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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA
CURSO: ENGENHARIA CIVIL
JACQUELINE ALMEIDA MURICY
CAPACIDADE DE CARGA DAS FUNDAÇÕES DE UMA OBRA COM ESTACA
TIPO STRAUSS, VARIANDO SUAS DIMENSÕES
Feira de Santana- BA
Setembro/2011
JACQUELINE ALMEIDA MURICY
CAPACIDADE DE CARGA DAS FUNDAÇÕES DE UMA OBRA COM ESTACA
TIPO STRAUSS, VARIANDO SUAS DIMENSÕES
Monografia apresentada à disciplina
Projeto Final II do Curso de Engenharia
Civil, da Universidade Estadual de Feira
de Santana, como parte dos requisitos
para conclusão do Curso de Engenharia
Civil.
Área do conhecimento: Geotecnia
Orientadora: Profª. D.Sc. Maria do
Socorro Costa São Mateus.
Feira de Santana - BA
Setembro/2011
JACQUELINE ALMEIDA MURICY
CAPACIDADE DE CARGA DAS FUNDAÇÕES DE UMA OBRA COM ESTACA
TIPO STRAUSS, VARIANDO SUAS DIMENSÕES
Esta monografia foi julgada e aprovada como parte dos requisitos para a obtenção parcial do título de Bacharel em Engenharia Civil pela Universidade Estadual de Feira de Santana.
Feira de Santana, 05 de setembro de 2011.
Profa. D.Sc. Maria do Socorro Costa São Mateus Orientadora do Trabalho de Conclusão de Curso
APROVADA POR:
________________________________________________________ Profa. D.Sc. Maria do Socorro Costa São Mateus (Orientadora) Universidade Estadual de Feira de Santana _________________________________________________________ Prof. M.Sc. Areobaldo Oliveira Aflitos (Examinador) Universidade Estadual de Feira de Santana _________________________________________________________ Prof. D.Sc. Koji de Jesus Nagahama (Examinador) Universidade Estadual de Feira de Santana
Dedico este trabalho aos meus pais, Terezinha e Jefté, como forma de agradecimento pelo estímulo, dedicação e ensinamentos transmitidos, pela garra e pelos momentos de fraqueza superados, pela força e motivação passadas e por acreditarem em mim sempre.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus, meu companheiro de todas as horas. Aquele que nunca me
abandonou, mesmo nos momentos em que eu O esqueci.
À minha família, que sempre me apoiou, acreditou em mim e me deu a mão nos
momentos em que eu mais precisei, não medindo esforços para que eu chegasse
aonde eu cheguei. E, principalmente à minha “mamãezinha”, pelo incansável
incentivo no desenvolvimento deste trabalho e por colocar o meu estudo acima de
todas as adversidades que a vida lhe pôs no caminho, me fazendo compreender a
grande importância deste na minha vida.
À professora e minha orientadora Socorro, pela confiança depositada em mim, pela
dedicação, ensinamentos transmitidos, paciência e, até mesmo, pelos “puxões de
orelha” e lágrimas que insistiam em cair dos meus olhos em alguns instantes, ao
decorrer do desenvolvimento deste trabalho. Foram de grande importância!
Ao Engenheiro Civil Juraci das Mercês Ramos e todo o pessoal da APOIO, pela
amizade, por possibilitar o acompanhamento de obras e fornecer dados destas
obras para a realização deste trabalho.
Aos meus companheiros da República Coração de Mãe, pelos momentos de
companheirismo, alegrias e dúvidas esclarecidas.
À minha grande família da UEFS, formada ao longo destes 5 anos, em especial: Ni,
Rosane, Gel, Iggor, Daisy, Paty, Alex, Marcello, Zazá e Sandrinho, que entre
momentos de alegrias, angústias, estudos, risos e lágrimas, me fizeram muito feliz.
À Universidade Estadual de Feira de Santana e aos professores desta, em especial:
Carlos Alves, Lysie, Zé Mário, Dindo, Freitinhas, Cintia, Janeide e Cris, pela
amizade, ensinamentos e exemplo de profissionalismo. À Verônica, que sempre se
mostrou disposta a me ajudar. Pela sua amizade e paciência.
A todos que fizeram parte da minha história ao longo destes 5 anos e que me
ajudaram direta ou indiretamente para a realização deste trabalho.
Muito obrigada!!!
“A inteligência é uma dádiva, mas a sabedoria se desenvolve através da persistência.” (Francisco Xavier)
I
RESUMO
O presente trabalho aplicou quatro métodos semi-empíricos para a previsão de
capacidade de carga das fundações de uma obra com estaca do tipo Strauss,
realizada em Feira de Santana – BA, tomando como base o seu perfil de sondagem
e, variando os diâmetros e as cotas de apoio das estacas para cada método.
Inicialmente realizou-se uma revisão bibliográfica sobre o tema em questão e sobre
os métodos semi-empíricos de previsão de capacidade de carga de estacas: Aoki-
Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e
Monteiro (1997). Após a revisão bibliográfica, foram apresentadas características da
obra estudada e do seu perfil de sondagem. Calculou-se a capacidade de carga das
estacas, e, na análise dos resultados obtidos, para os quatro métodos de previsão
de capacidade de carga de estacas estudados, verificou-se que a capacidade de
carga de ponta exerce maior influência sobre a capacidade de carga de ruptura
quando comparado com a carga por atrito lateral. Observou-se também que o
método de Aoki-Veloso (1975) mostra-se mais conservador tanto para a variação do
diâmetro, quanto para a variação da cota de apoio. Verificou-se, para o estudo
realizado, que a carga de ruptura sofre um incremento muito maior, quando o
comprimento da estaca é aumentado, quando comparado com os incrementos
promovidos pelo aumento do diâmetro. Em contrapartida, os valores de carga de
ruptura são muito superiores, quando os diâmetros sofrem variação.
Palavras-Chave: estacas escavadas, capacidade de carga, métodos semi-
empíricos, dimensões das estacas
II
ABSTRACT
This work applied four semi-empirical methods to preview the bearing capacity of the
Strauss piles, excavated in a building in Feira de Santana - BA, on the basis of soil
profile, varying the diameter and the length of foundation to each employed method.
A literature review was initially done about the studied subject and the semi-empirical
methods of piles load capacity: Aoki-Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978),
Laprovitera (1988) & Benegas (1993) and Monteiro (1997). The characteristics of the
studied building and of the soil profile were presented and the piles bearing capacity
was calculated. The obtained results to the applied methods showed a major
influence of the bottom load capacity over the ultimate load capacity when compared
to the lateral frictional load capacity. It was observed that Aoki-Velloso (1975) was
the most traditional method to diameter and length of piles variation. The study has
showed that the bearing capacity has a considerable increment because of the
increases in length of pile when compared to the increment due to an increases in
the diameter. On the other hand, the values of bearing capacity are much higher
when the variation is applied on the diameters.
Key-Words: excavated piles, bearing capacity, semi-empirical methods, pile
dimensions
III
LISTA DE FIGURAS
CAPÍTULO 2
Figura 2.2.1 - Esquema da capacidade de carga de fuste e capacidade de carga de
ponta de uma estaca (NIENOV, 2006) ...................................................................... 10
Figura 2.2.2 - Parâmetro k para cada tipo de solo: métodos semi-empíricos de Aoki-
Velloso (1975), Laprovitera (1988), Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978) ... 15
Figura 2.2.3 - Parâmetro α para cada tipo de solo: métodos semi-empíricos de Aoki-
Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Monteiro (1997) ............................................... 15
Figura 2.2.4 - Parâmetro F1 para cada tipo de estaca: métodos semi-empíricos de
Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997) ........ 16
Figura 2.2.5 - Parâmetro F2 para cada tipo de estaca: métodos semi-empíricos de
Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997) ........ 17
CAPÍTULO 3
Figura 3.1 - Realização de um pré-furo com o pilão do equipamento, para auxiliar na
introdução do tubo guia, e verificação do prumo da estaca ...................................... 29
Figura 3.2 - Colocação do tubo guia com coroa cortante na extremidade inferior e
lançamento de água no furo ...................................................................................... 29
Figura 3.3 - Balde sonda ou piteira ........................................................................... 30
Figura 3.4 - Remoção do material desagregado que fica retido no balde sonda ...... 30
Figura 3.5 - Travamento do balde sonda para avanço do tubo guia no terreno ........ 31
Figura 3.6 - Preparação do concreto ......................................................................... 31
Figura 3.7 - Lançamento do concreto no furo............................................................ 32
Figura 3.8 - Colocação da ferragem de espera ......................................................... 32
Figura 3.9 - Retirada do tubo guia do terreno ........................................................... 33
CAPÍTULO 4
Figura 4.1 - Diâmetro x Capacidade de Carga por Aoki-Velloso (1975) – estaca
Strauss com profundidade de 11,5m ......................................................................... 37
Figura 4.2 - Diâmetro x Capacidade de Carga por Laprovitera (1988) e Benegas
(1993) – estaca Strauss com profundidade de 11,5m ............................................... 38
IV
Figura 4.3 - Diâmetro x Capacidade de Carga por Monteiro (1997) – estaca Strauss
com profundidade de 11,5m ...................................................................................... 40
Figura 4.4 - Diâmetro x Capacidade de Carga por Décourt-Quaresma (1978) –
estaca Strauss com profundidade de 11,5m ............................................................. 41
Figura 4.5 - Diâmetro x Relação entre Capacidade Carga (%) – estaca Strauss com
profundidade de 11,5m ............................................................................................. 44
Figura 4.6 - Diâmetro x Capacidade de Carga por Atrito Lateral – estaca Strauss
com profundidade de 11,5m ...................................................................................... 45
Figura 4.7 - Diâmetro x Capacidade de Carga de Ponta– estaca Strauss com
profundidade de 11,5m ............................................................................................. 47
Figura 4.8 - Diâmetro x Capacidade de Carga de Ruptura – estaca Strauss com
profundidade de 11,5m ............................................................................................. 48
Figura 4.9 - Cota de Apoio x Capacidade de Carga por Aoki-Velloso (1975) – estaca
Strauss com diâmetro de 0,25m ................................................................................ 50
Figura 4.10 - Cota de Apoio x Capacidade de Carga por Laprovitera (1988) e
Benegas (1993) – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m ....................................... 52
Figura 4.11 - Cota de Apoio x Capacidade de Carga por Monteiro (1997) – estaca
Strauss com diâmetro de 0,25m ................................................................................ 53
Figura 4.12 - Cota de Apoio x Capacidade de Carga por Décourt-Quaresma (1978) –
estaca Strauss com diâmetro de 0,25m .................................................................... 55
Figura 4.13 - Cota de Apoio x Relação entre Cargas (%) – estaca Strauss com
diâmetro de 0,25m .................................................................................................... 58
Figura 4.14 - Cota de Apoio x Capacidade de Carga por Atrito Lateral – estaca
Strauss com diâmetro de 0,25m ................................................................................ 60
Figura 4.15 - Cota de Apoio x Capacidade de Carga de Ponta– estaca Strauss com
diâmetro de 0,25m .................................................................................................... 61
Figura 4.16 - Cota de Apoio x Capacidade de Carga de Ruptura – estaca Strauss
com diâmetro de 0,25m ............................................................................................. 63
V
LISTA DE TABELAS
CAPÍTULO 2
Tabela 2.1.1 - Diâmetros comerciais e carga admissível de algumas estacas ........... 8
Tabela 2.2.1 - Resumo de alguns métodos semi-empíricos brasileiros .................... 18
CAPÍTULO 3
Tabela 3.1 - Características da obra estudada.......................................................... 28
Tabela 3.2 - Resumo do perfil de solo da obra estudada ......................................... 33
CAPÍTULO 4
Tabela 4.1 - Capacidade de Carga por Aoki-Velloso (1975) e sua relação, tomando
como referência o menor diâmetro – estaca Strauss com profundidade de 11,5m ... 36
Tabela 4.2 - Capacidade de Carga por Laprovitera (1988) e Benegas (1993) e sua
relação, tomando como referência o menor diâmetro – estaca Strauss com
profundidade de 11,5m ............................................................................................. 38
Tabela 4.3 - Capacidade de Carga por Monteiro (1997) e sua relação, tomando
como referência o menor diâmetro – estaca Strauss com profundidade de 11,5m ... 39
Tabela 4.4 - Capacidade de Carga por Décourt-Quaresma (1978) e sua relação,
tomando como referência o menor diâmetro – estaca Strauss com profundidade de
11,5m ........................................................................................................................ 41
Tabela 4.5 - Relação entre capacidades de carga por atrito lateral e de ponta e
capacidade de carga de ruptura – estaca Strauss com profundidade de 11,5m ....... 43
Tabela 4.6 - Capacidade de carga por Atrito Lateral – estaca Strauss com
profundidade de 11,5m ............................................................................................. 45
Tabela 4.7 - Capacidade de Carga de Ponta – estaca Strauss com profundidade de
11,5m ........................................................................................................................ 46
Tabela 4.8 - Capacidade de Carga de Ruptura – estaca Strauss com profundidade
de 11,5m ................................................................................................................... 48
Tabela 4.9 - Resumo das conclusões dos métodos semi-empíricos para a variação
do diâmetro – estaca Strauss com cota de apoio de 11,5m ...................................... 49
VI
Tabela 4.10 - Capacidade de Carga por Aoki-Velloso (1975) e sua relação, tomando
como referência o menor diâmetro :– estaca Strauss com diâmetro de 0,25m......... 50
Tabela 4.11 - Capacidade de Carga por Laprovitera (1988) e Benegas (1993) e sua
relação, tomando como referência a menor cota de apoio – estaca Strauss com
diâmetro de 0,25m .................................................................................................... 51
Tabela 4.12 - Capacidade de Carga por Monteiro (1997) – e sua relação, tomando
como referência a menor cota de apoio – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m .. 53
Tabela 4.13 - Capacidade de Carga por Décourt-Quaresma (1978) – e sua relação,
tomando como referência a menor cota de apoio – estaca Strauss com diâmetro de
0,25m ........................................................................................................................ 54
Tabela 4.14 - Relação entre as capacidades de carga por atrito lateral e de ponta e a
capacidade de carga de ruptura – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m .............. 57
Tabela 4.15 - Capacidade de carga por Atrito Lateral – estaca Strauss com diâmetro
de 0,25m ................................................................................................................... 59
Tabela 4.16 - Capacidade de Carga de Ponta – estaca Strauss com diâmetro de
0,25m ........................................................................................................................ 61
Tabela 4.17 - Capacidade de Carga de Ruptura – estaca Strauss com diâmetro de
0,25m ........................................................................................................................ 62
Tabela 4.18 - Resumo das conclusões dos métodos semi-empíricos para a variação
da cota de apoio – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m ...................................... 69
VII
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas;
CPT Cone Penetration Test;
EEF Elemento Estrutural de Fundação;
EIF Elemento Isolado de Fundação;
SP Sondagem a percussão
SPT Standard Penetration Test;
SPT-T Standard Penetration Test com medida de torque.
VIII
LISTA DE SÍMBOLOS
área lateral da estaca;
área da sessão transversal da ponta da estaca;
B diâmetro ou lado da estaca;
C coeficiente tabelado que depende do tipo de solo;
D diâmetro ou lado da estaca;
L comprimento da estaca;
F1 coeficiente tabelado que varia em função do tipo de estaca;
F2 coeficiente tabelado que varia em função do tipo de estaca;
FS fator de segurança;
k coeficiente tabelado que varia em função do tipo de solo;
índice de resistência à penetração do ensaio SPT;
valor médio de SPT de cada camada ao longo do fuste da estaca,
exceto o da camada da ponta e do primeiro metro da superfície;
valor de SPT relativo à camada de solo na qual está apoiada a ponta
da estaca;
valor médio de SPT relativo à ponta da estaca, camada imediatamente
superior e camada imediatamente inferior;
capacidade de carga admissível da estaca;
tensão de ruptura unitária por atrito lateral da estaca;
capacidade de carga por atrito lateral da estaca;
capacidade de carga unitária de ponta da estaca;
IX
capacidade de carga de ponta da estaca;
capacidade de carga de ruptura da estaca;
α coeficiente tabelado que varia em função do tipo de solo;
β fator de redução que leva em conta o processo executivo da fundação.
X
SUMÁRIO
RESUMO...................................................................................................................... I
ABSTRACT ................................................................................................................. II
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................. III
LISTA DE TABELAS ................................................................................................. V
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS .................................................................. VII
LISTA DE SÍMBOLOS ............................................................................................ VIII
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 1
1.1 JUSTIFICATIVA ................................................................................................ 2
1.2 OBJETIVOS ...................................................................................................... 3
1.2.1 Objetivo Geral .......................................................................................... 3
1.2.2 Objetivos Específicos .............................................................................. 3
1.3 HIPÓTESE ........................................................................................................ 3
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................ 4
2.1 Tipos, características e processo executivo das estacas .................................. 5
2.2 Capacidade de carga das fundações profundas ............................................... 8
2.3 O método Aoki-Velloso (1975)......................................................................... 23
2.4 O método Laprovitera (1988) e Benegas (1993) ............................................. 24
2.5 O método Monteiro (1997) .............................................................................. 25
2.6 O método Décourt-Quaresma (1978) .............................................................. 25
3 METODOLOGIA ................................................................................................. 27
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................... 36
4.1 Obra A: estaca tipo Strauss – variação de diâmetro ....................................... 36
4.1.1 Previsão da capacidade de carga para os quatro métodos e relação
........................................................................................................ 36
4.1.2 Percentuais de participação de e na capacidade de carga de
ruptura.. .............................................................................................................. 43
4.1.3 Calculo de – comparação entre os métodos estudados ................... 45
4.1.4 Calculo de – comparação entre os métodos estudados .................. 46
4.1.5 Calculo de – comparação entre os métodos estudados .................. 47
XI
4.2 Obra A: estaca tipo Strauss – variação de comprimento ................................. 49
4.2.1 Previsão da capacidade de carga para os quatro métodos e relação
.......................................................................................................... 49
4.2.2 Percentuais de participação de e na capacidade de carga de
ruptura.. .............................................................................................................. 56
4.2.3 Calculo de – comparação entre os métodos estudados ................... 59
4.2.4 Calculo de – comparação entre os métodos estudados .................. 60
4.2.5 Calculo de – comparação entre os métodos estudados .................. 62
5 CONCLUSÕES .................................................................................................. 65
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................. 68
7 REFERÊNCIAS .................................................................................................. 69
8 ANEXOS ............................................................................................................. 73
8.1 ANEXO A – PARÂMETROS ESTABELECIDOS PELOS DIFERENTES
MÉTODOS SEMI-ÉMPÍRICOS DE PREVISÃO DE CAPACIDADE DE CARGA DE
ESTACAS.................................................................................................................. 73
8.2 ANEXO B – ESPECIFICAÇÕES DO RELATÓRIO DE SONDAGEM (OBRA
A)....... ........................................................................................................................ 77
8.3 ANEXO C – CROQUI DE LOCALIZAÇÃO DOS FUROS DE SONDAGEM
(OBRA A) .................................................................................................................. 78
8.4 ANEXO D – FUROS DE SONDAGEM (OBRA A) ........................................... 79
8.5 ANEXO E – MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS PREVISÕES DE CAPACIDADE
DE CARGA ................................................................................................................ 81
1
1 INTRODUÇÃO
A previsão da capacidade de carga de estacas requer, na teoria, a estimativa
das propriedades do solo, suas alterações pela execução da fundação e o
conhecimento do mecanismo de interação solo-estaca (LOBO, 2005).
Devido à grande dificuldade de reproduzir analítica e numericamente o
mecanismo de interação solo-estaca, é comum no Brasil fazer uso de correlações
empíricas, relacionando diretamente os resultados do ensaio SPT (Standard
Penetration Test) com o desempenho do elemento de fundação (LOBO, 2005).
Prever o comportamento ou o desempenho de uma fundação antes de entrar
em trabalho não parece tarefa fácil. Sendo assim, diversas tentativas foram
realizadas através dos métodos de capacidade de carga para se chegar a um
resultado. Porém, através da experiência acumulada, pode-se chegar à conclusão
de que a prova de carga é a melhor maneira de se interpretar o desempenho de
uma estaca (GONÇALVES, 2008).
Entretanto, na maioria das vezes esse tipo de ensaio não é realizado porque
implica em custo adicional para a obra e tempo gasto na execução do ensaio,
optando-se pela previsão da capacidade de carga por meio de métodos estáticos
semi-empíricos.
Segundo Décourt et al (1996), no Brasil, dentre os métodos semi-empíricos os
mais conhecidos são os de Aoki-Velloso (1975) e de Décourt-Quaresma (1978)
(apud ARAÚJO e WOLLE, 2006).
Este trabalho analisa a influência das dimensões na previsão da capacidade
de carga das estacas escavadas do tipo Strauss, adotadas em uma obra da cidade
de Feira de Santana, por meio de quatro métodos semi-empíricos que introduzem
nas suas equações, parâmetros relacionados ao tipo de solo e ao processo
executivo da estaca. Para isto foram levantados dados tais como característica da
obra e do subsolo.
Este trabalho está dividido em 7 capítulos, distribuídos da seguinte maneira:
- Capítulo 1 – Introdução: apresentação inicial e objetivos;
2
- Capítulo 2 – Revisão bibliográfica: resume assuntos como a interação solo-
estaca e a capacidade de carga de estacas, mostrando alguns dos diferentes
métodos semi-empíricos utilizados para essa previsão;
- Capítulo 3 – Metodologia: apresenta a descrição da parte prática do
trabalho, com o detalhamento do perfil de solo estudado, bem como as metodologias
de cálculo empregadas nas diversas simulações realizadas;
- Capítulo 4 – Análise e discussão: resultados e interpretações das
simulações desenvolvidas;
- Capítulo 5 – Conclusões;
- Capítulo 6 – Sugestões para trabalhos futuros;
- Capítulo 7 – Referências.
1.1 JUSTIFICATIVA
O diâmetro e o comprimento de uma estaca são características fundamentais
para um bom desempenho das mesmas, pois estes parâmetros são utilizados na
maioria dos métodos para previsão de capacidade de carga. A capacidade se dá
também pelo material da estaca e pelas camadas de solo atravessadas.
A escolha do tema partiu do interesse em analisar a influência das dimensões,
diâmetro e comprimento, na capacidade de carga das estacas, utilizando um mesmo
perfil geotécnico de Feira de Santana - BA.
Os métodos estudados possuem algumas características que podem limitar a
sua aplicação. Tais limitações podem ser representadas pelo fato da maioria dos
métodos não considerar estaca do tipo Strauss em seus parâmetros F1 e F2, ou
ainda, no fato de um dos mais conhecidos e tradicionais métodos de previsão de
capacidade de carga, o método de Décourt-Quaresma (1978), não considerar em
seus cálculos o tipo de estaca que está sendo empregado.
3
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Geral
O objetivo geral deste trabalho é verificar a dispersão na capacidade de carga
de estacas do tipo Strauss, utilizando os métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso
(1975), Décourt-Quaresma (1978), Laprovitera (1988) e Benegas (1993) e Monteiro
(1997), variando as dimensões da estaca.
1.2.2 Objetivos Específicos
Os objetivos específicos são:
Calcular a capacidade de carga por atrito lateral, de ponta, de
ruptura e admissível utilizando os métodos semi-empíricos de
Aoki-Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978), Laprovitera
(1988) e Benegas (1993), Monteiro (1997) para uma obra na
cidade de Feira de Santana-Ba, com estaca escavada do tipo
Strauss;
Variar as dimensões das estacas, diâmetro e comprimento,
utilizando os métodos supracitados, e verificar a influência nos
resultados e a dispersão entre os métodos.
1.3 HIPÓTESE
Neste estudo, foi considerada a seguinte hipótese:
O diâmetro e o comprimento das estacas, a partir de um determinado valor,
não alteram de maneira significativa os resultados de capacidade de carga
das estacas.
4
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Para se elaborar projetos geotécnicos e, principalmente, de fundações, deve-
se conhecer o solo adequadamente. Para tanto, se faz necessário identificar e
classificar as diversas camadas que o compõem, além de avaliar as suas
propriedades de engenharia. Tal identificação e classificação podem ser definidas
através de ensaios in situ, já as suas propriedades podem ser avaliadas através de
ensaios de laboratório e de campo (VELLOSO e LOPES, 2002).
Um projeto de fundações depende principalmente das cargas transmitidas
pela superestrutura e à resposta do solo a estas solicitações. Porém, cada tipo de
solo responde de maneira diferente, pois são distintos entre si, fazendo com que o
projeto analise cuidadosamente tal componente.
A NBR 6122 - Projetos e Execução de Fundações (ABNT, 1996) – define
fundações profundas como elementos que transferem a carga da superestrutura ao
terreno através da sua base (resistência de ponta), através da sua superfície lateral
(resistência de fuste), ou ainda através da combinação desses dois elementos. Tais
fundações, para serem consideradas profundas, devem estar apoiadas em
profundidades superiores ao dobro de sua menor dimensão em planta ou a, no
mínimo, três metros de profundidade, salvo justificativa. São exemplos desse tipo de
fundação as estacas, os tubulões e os caixões.
Segundo Velloso e Lopes (2002), estaca pode ser definida como elemento de
fundação profunda executada com a utilização de equipamentos ou ferramentas,
através de processo de cravação a percussão, prensagem, vibração ou escavação,
podendo ainda ser executada por mais de um destes processos, caracterizando-se
como um processo misto.
Segundo Reese et al (2006), existem dois motivos básicos para que o
emprego das estacas seja considerado. O primeiro motivo diz respeito ao aumento
da capacidade de carga do solo, e o segundo diz respeito à redução dos recalques
da fundação (apud ANDRAOS, 2009).
5
2.1 Tipos, características e processo executivo das estacas
Existem diversos tipos de fundações, que são indicadas para os mais
diversos tipos de obra. A escolha do tipo de fundação que será executada depende
de fatores técnicos e econômicos (ALONSO, 1983).
A seguir, alguns tipos de fundações em estacas, bem como algumas
características de cada uma e seu processo executivo.
Brocas
- Pequenas cargas (50 a 100 kN);
- É recomendada acima do nível da água;
- Diâmetro variável entre 0,20m e 0,50m;
- Profundidade varia de 6 a 8m.
É uma estaca escavada, moldada in loco, onde o processo executivo consiste
na escavação manual até a cota de apoio desejada, seguido da limpeza do furo e
posterior concretagem.
Raiz
- Cargas (150 a 1300 kN);
- Podem ser utilizadas em áreas restritas e altura reduzida, devido ao tamanho do
equipamento utilizado;
- Não provocam vibrações;
- Indicadas para todos os tipos de terreno, inclusive matacões e rocha;
- Diâmetros (0,12m, 0,15m, 0,16m, 0,20m, 0,25m, 0,31m e 0,40m).
É uma estaca moldada in loco, escavada com perfuratriz, executadas com
equipamento de rotação ou rotopercussão, que retira o solo do terreno através da
circulação de água, lama bentonítica ou ar comprimido. A argamassa é injetada no
fuste através dos tubos de perfuração, e quando este estiver preenchido, o mesmo é
tampado e uma pressão de ar comprimido é aplicada, fazendo com que a
argamassa penetre no solo, formando uma espécie de “raiz” (FIGUERÊDO, 2010).
Strauss
- Cargas (200 a 800 kN);
- Baixo custo;
- Não provocam vibrações;
6
- Não se recomenda: abaixo do nível da água;
- Não se recomenda em solos com SPT > 20 (dificuldade de escavação com o
equipamento da estaca Strauss);
- Não se recomenda em camada espessa de solo mole, pois pode causar
“estrangulamento” do seu fuste;
- Diâmetros (0,25m, 0,32m, 0,38m, 0,45m).
É uma estaca moldada in loco, escavada com revestimento metálico
recuperável, por meio da desagregação do solo com água e com o auxílio do balde
sonda, que retira o solo do terreno. A concretagem é realizada após a cota de apoio
ser atingida, com lançamento e posterior apiloamento do concreto.
Pré-moldadas de concreto
- Cargas (200 a 1500 kN);
- Provocam vibrações;
- Cravadas em terrenos rijos ou compactos, sem causar o rompimento do seu fuste;
- Não se recomenda em terrenos com matacões ou camadas de pedregulhos.
É uma estaca cravada por meio de bate estacas de gravidade, cravação
dinâmica (FIGUERÊDO, 2010).
Metálicas
- Cargas (400 a 3000 kN);
- Indicadas para todos os tipos de terreno;
- Não provocam vibrações;
- Custo elevado.
É uma estaca cravada à percussão ou, no caso das helicoidais, através de
equipamentos com torque e pressão (FIGUERÊDO, 2010).
Hélice contínua
- Cargas (300 a 5000 kN);
- Custo elevado;
- É preciso central de concreto próxima ao local da obra, devido a alta produtividade
da estaca;
7
- Indicada para solos com SPT > 50;
- Diâmetros (0,25m, 0,30m, 0,35m, 0,40m, 0,50m, 0,60m, 0,70m, 0,80m, 0,90m e
1,00m);
- Não se recomenda em terrenos com matacões e rocha;
- Não se recomenda em camada espessa de solo mole, pois pode causar o
“estrangulamento” do seu fuste.
É uma estaca escavada moldada in loco, executada por meio de trado contínuo,
do tipo hélice que, simultaneamente com a retirada do solo do terreno, a
concretagem é realizada por injeção de concreto sob pressão controlada. A
armadura é colocada após a concretagem (ALMEIDA NETO, 2002).
Madeira
- Cargas (150 a 500 kN)
- Recomenda-se o seu uso em terrenos saturados e abaixo do nível da água, para
evitar o seu apodrecimento;
- Provocam vibrações;
- Indicadas para obras provisórias, como pontes e obras marítimas;
- Diâmetros (0,20m, 0,25m, 0,30m, 0,35m e 0,40m);
- Estão em desuso, pois necessitam de licença dos órgãos ambientais.
É uma estaca cravada por meio de bate estacas de pequenas dimensões e
martelos leves (FIGUERÊDO, 2010).
Os diâmetros comerciais para as estacas do tipo Franki, Strauss, escavadas e
pré-fabricadas de concreto seção circular maciça, bem como a carga admissível de
cada estaca, estão apresentados na tabela 2.1.1.
8
Tabela 2.1.1 – Diâmetros comerciais e carga admissível de algumas estacas
TIPO DE FUNDAÇÃO DIÂMETROS COMERCIAIS (cm) CARGA ADMISSÍVEL (tf)
Franki
35 75
40 95
45 130
52 170
60 260
70 -
Strauss
25 20
32 30
38 40
45 60
Escavadas
25 20
30 28
40 50
50 80
60 113
70 154
80 200
90 254
Pré-fabricada de concreto seção circular maciça -
"BENATON"
15 15
17 20
20 30
23 40
26 50
Fonte: Revista Construção Mercado – A Revista dos negócios da construção, n° 64, Nov. 2006 - PINI
2.2 Capacidade de carga das fundações profundas
As estacas funcionam interagindo com o solo na ponta e/ou ao longo do fuste.
Essa interação é avaliada calculando-se, respectivamente, as cargas de ponta e por
atrito lateral, conforme dito anteriormente. A capacidade de carga de uma fundação
profunda tipo estaca pode ser calculada segundo a equação 2.2.1:
= + (2.2.1)
onde:
= capacidade de carga de ruptura
9
= capacidade de carga de ponta
= capacidade de carga por atrito lateral
pode ser definida, genericamente, como o produto da capacidade de carga
unitária de ponta, , da camada de solo na cota de apoio da estaca, e da área da
sessão transversal da ponta da estaca, , conforme equação 2.2.2:
= . (2.2.2)
pode ser definida, genericamente, como o produto da tensão de ruptura
unitária por atrito lateral, , ao longo do fuste da estaca, e da área lateral da estaca,
, conforme equação 2.2.3:
= . (2.2.3)
Um projeto de fundações é baseado na interação solo-estaca. Nesse tipo de
interação, geralmente o elo mais fraco do sistema é o solo. Existem normatizações
correspondentes a cada um dos elementos que fazem parte do sistema. A NBR
6118 – Projetos de Estruturas de Concreto – Procedimento (ABNT, 2003) - faz a
verificação da resistência estrutural, já a NBR 6122 (ABNT, 1996) faz a verificação
da resistência geotécnica (AOKI e SILVA, 2006).
O funcionamento de uma estaca pode ser previsto pelo somatório das suas
capacidades de carga por atrito lateral e de ponta, que deverá suportar a carga que
levará à ruptura a estaca no solo, que pode ser observado na figura 2.2.1.
10
Figura 2.2.1 – Esquema da capacidade de carga de fuste e capacidade de carga de ponta de uma estaca (NIENOV, 2006)
Na figura 2.2.1, diz respeito à carga que levará à ruptura a estaca no solo,
à sua capacidade de carga por atrito lateral, à sua capacidade de carga de
ponta, D ou B refere-se ao seu diâmetro ou lado da estaca, respectivamente, e L ao
seu comprimento.
Segundo Gonçalves (2008), as fundações profundas por estacas são
recomendadas, principalmente, quando se deseja transmitir a carga da
superestrutura, atravessando camadas de material de baixa capacidade de carga,
até atingir uma camada mais profunda com capacidade de carga adequada.
Entende-se por material de baixa capacidade de carga argila mole ou muito
mole, areia fofa ou muito fofa. Com relação às argilas moles e muito moles, além de
não oferecerem resistência para servirem de cota de apoio a uma fundação, quando
atravessadas comportam-se como uma sobrecarga para a estaca, uma vez que
esse tipo de solo age em sentido contrário à resistência por atrito lateral.
Levando-se em consideração que a resistência do solo, onde será implantada
a fundação, é de grande importância para que o mesmo atenda à solicitação
11
proveniente da superestrutura, estudos e ensaios devem ser realizados uma vez que
um carregamento vertical aplicado em uma estaca será resistido parcialmente pela
resistência ao cisalhamento gerada ao longo de seu fuste e, parcialmente, pelas
tensões normais geradas em sua ponta (ANDRAOS, 2009).
“Quando uma estaca isolada é sujeita a um carregamento axial, o sistema
solo-estaca reage mobilizando resistência, re-estabelecendo a condição de equilíbrio
do sistema” (LIMA e GUSMÃO, 2006).
Para que a solicitação seja atendida pela fundação, as estacas podem
trabalhar de forma isolada ou em grupo, sendo esta última, prevista quando a carga
da superestrutura ultrapassa a capacidade de suporte do material que constitui uma
estaca isolada, necessitando, portanto, de uma quantidade maior destas para que a
carga seja distribuída entre as mesmas.
No dimensionamento das estacas, utiliza-se a capacidade de carga
admissível que é obtida, dividindo-se a capacidade de carga de ruptura por um fator
de segurança (equação 2.2.4).
=
(2.2.4)
onde:
= capacidade de carga admissível
= capacidade de carga de ruptura
FS = fator de segurança
A NBR 6122 (ABNT, 1996) define a capacidade de carga admissível sobre um
elemento isolado de fundação (EIF) como a força aplicada sobre este, que provoca
apenas recalques que podem ser suportados pela construção e que,
consequentemente, oferece segurança satisfatória contra a ruptura do solo e do
elemento de fundação. De acordo com Lima e Gusmão (2006), esses aspectos
devem ser assegurados em um projeto de fundações.
Para as obras de fundações faz-se a verificação do estado-limite último ( ),
que atende também à verificação do estado-limite de utilização ( ) (AOKI e
SILVA, 2006).
Partindo desse pressuposto, Aoki e Alonso (1990) afirmam que um projeto de
fundações deve atender a três premissas básicas: os materiais que deverão
constituir o elemento estrutural de fundação devem ser controlados; o projeto deve
12
garantir a integridade do elemento estrutural de fundação, ou seja, o elemento
estrutural deve suportar a carga que recebe, não podendo ser danificado por
excesso desta, para tanto, a escolha do tipo e do diâmetro do elemento de fundação
é decisiva; e, por fim, deve garantir que os recalques sejam compatíveis com a
superestrutura ou edificação, analisando as deformações do terreno onde a
fundação será apoiada, deformações estas que deverão ser analisadas em toda
totalidade do seu bulbo de pressões (apud AOKI e SILVA, 2006).
A carga de ruptura é a máxima carga para a qual o solo de fundação rompe.
Sendo assim, um projeto de fundações deve ser realizado para atender não só ao
elemento estrutural de fundação (EEF), mas também ao solo em que este estará
apoiado.
Como o desempenho das fundações é difícil de ser previsto, devido à
diversificação dos solos, à falta de precisão dos ensaios de campo e à
impossibilidade de visualização das fundações após a sua execução (NIYAMA et al,
1998), a norma recomenda o uso de coeficientes de segurança na realização dos
projetos de fundação, utilizados no cálculo de capacidade de carga admissível.
Esses coeficientes de segurança podem ser reduzidos caso tenha sido realizada
uma quantidade adequada de provas de carga (apud SILVA et al, 2008).
A NBR 6122 (ABNT, 1996) afirma que, para as estacas escavadas, a
capacidade de carga por atrito lateral deve corresponder a 80% (oitenta por cento)
ou mais da carga de trabalho a ser adotada, ou seja, carga que chega a cada
estaca. Isto se deve aos elevados recalques necessários para a atuação da carga
de ponta (quando comparados com os recalques necessários para a atuação do
atrito lateral), ou ainda pelas dúvidas sobre a limpeza de fundo do furo.
Quando ocorrem dúvidas quanto à capacidade de carga das fundações ou
quando se deseja verificar se os parâmetros adotados nos projetos de fundações
são os encontrados na prática, ou seja, para comprovar o desempenho real de uma
fundação, realiza-se a prova de carga. Este tipo de ensaio é utilizado para se fazer a
verificação do conjunto solo-elemento estrutural de fundação e também da
capacidade de suporte do solo (SILVA et al, 2008).
A NBR 12131 – Estacas – Prova de carga estática (ABNT, 1992) - afirma que
a prova de carga em estacas fornece componentes que prevêem o comportamento
13
carga-deslocamento e fazem a estimativa da capacidade de carga destes
elementos.
Existem as provas de carga estáticas e dinâmicas. Segundo a NBR 12131
(ABNT, 1992), nas provas de carga estáticas, a estaca é carregada até a sua ruptura
ou duas vezes a sua carga de trabalho. É um ensaio direto, onde a estaca utilizada
no mesmo não é mais reutilizada. Segundo a NBR 13208 (ABNT, 1994), as provas
de cargas dinâmicas é um ensaio dinâmico realizado através de golpes de um
sistema de percussão com a utilização de dispositivos que fornecem valores de
deformabilidade, de aceleração ou de deslocamento da estaca. É um ensaio
indireto, onde a estaca utilizada no mesmo é reutilizada na obra.
Segundo Silva et al (2008), dentre as provas de carga, as mais importantes
para a engenharia de fundações são as provas de carga estáticas, porque são as
que melhor representam o carregamento da superestrutura sobre um EIF durante a
vida útil da obra. Porém, a realização destas implica em custos adicionais e requer
tempo, fatores estes, responsáveis pela substituição da prova de carga estática pela
prova de carga dinâmica.
A prova de carga dinâmica foi desenvolvida para facilitar a previsão da
capacidade de carga de um EIF, não implicando em custos excessivos e, além disto,
é realizada de forma rápida (ALVES, VIANA e FONSECA, 2008).
“Apesar da qualidade reconhecida das provas de carga, ainda é pequeno o
percentual de projetos elaborados com base nos resultados prévios de provas de
carga” (SALES e PACHECO, 2006).
A estimativa de capacidade de carga, no dimensionamento de fundações
profundas, pode ser realizada através de métodos teóricos, empíricos e semi-
empíricos. Os métodos teóricos fazem referência às propriedades geotécnicas do
solo como: coesão, ângulo de atrito, módulo de deformabilidade. Já os métodos
empíricos e semi-empíricos, necessitam de dados de ensaios de campo, como por
exemplo, sondagem a percussão – SPT e cone de penetração estática – CPT (Cone
Penetration Test) (LIMA e GUSMÃO, 2006).
Dentre esses métodos, os mais utilizados são os semi-empíricos, uma vez
que estes englobam, além da base teórica, parâmetros determinados através do
empirismo (SILVA, MIGUEL e BELINCANTA, 2006).
14
Velloso e Alonso (2000) alertam para o uso cauteloso de tais métodos, pois,
como estes foram desenvolvidos a partir de experiências realizadas em solos
específicos da região de seus autores, não são de caráter universal (apud AMANN,
2010).
A maioria dos projetos de fundações realizados no Brasil faz uso de
correlações semi-empíricas, baseadas em ensaios de SPT (SALES e PACHECO,
2006).
Milititsky (1986) já afirmava que “A Engenharia de Fundações correntes no
Brasil pode ser descrita como a Geotecnia do SPT” (apud VELLOSO e LOPES,
2002).
Segundo Cavalcante (2002), o ensaio SPT é bastante difundido e realizado, e
seus dados bastante utilizados. Porém, por se tratar de um ensaio rico em detalhes
na sua execução, esse tipo de minúcia pode acabar influenciando nos resultados
que o ensaio apresenta, demonstrando, algumas vezes, dados não condizentes com
a realidade (apud ÁVILA e CONCIANI, 2006).
Segundo Araújo e Wolle (2006), os métodos semi-empíricos, na sua maioria,
fazem uso de coeficientes empíricos que ajustam as suas equações aos mais
diversos tipos de solo que as estacas atravessam, assim como ao tipo de estaca
utilizada como fundação, ou seja, ao seu processo executivo.
O processo executivo da estaca é importante, pois altera as condições
iniciais do terreno, o ângulo de atrito da interface solo-estaca, a tensão horizontal
que age sobre a estaca, a adesão solo-estaca e a dimensão da área de contato
(NIENOV, 2006).
Os métodos semi-empíricos introduzem essas características em seu
desenvolvimento numérico através de parâmetros. k, α e C para os tipos de solo, e
F1 e F2 para o processo executivo das estacas (ANEXO A).
Os maiores valores de k para as areias são apresentados por Aoki-Velloso
(1975), e para as argilas, os maiores valores são apresentados por Laprovitera
(1988) e por Monteiro (1997), porém, três destes valores se igualam aos de outros
autores. Para os siltes com areia, Aoki-Velloso (1975) fornecem maiores valores, e
para os siltes com argila, Laprovitera (1988) fornece maiores valores, comentários
estes que podem ser melhor visualizados na figura 2.2.2.
15
Figura 2.2.2 - Parâmetro k para cada tipo de solo: métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988), Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978)
Para o parâmetro α, os maiores valores para as areias e siltes são
apresentados por Monteiro (1997). Para as argilas, quem apresenta os maiores
valores é Laprovitera (1988), comentários estes apresentados na figura 2.2.3.
Figura 2.2.3 - Parâmetro α para cada tipo de solo: métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Monteiro (1997)
0
200
400
600
800
1000
Are
ia
Are
ia s
iltosa
Are
ia s
ilto-a
rgilo
sa
Are
ia a
rgilo
-silt
osa
Are
ia a
rgilo
sa
Silt
e a
renoso
Silt
e a
reno-a
rgilo
so
Silt
e
Silt
e a
rgilo
-are
noso
Silt
e a
rgilo
so
Arg
ila a
renosa
Arg
ila a
reno-s
iltosa
Arg
ila s
ilto-a
renosa
Arg
ila s
iltosa
Arg
ila
k
Tipo de Solo
Aoki-Velloso (1975)
Laprovitera (1988)
Monteiro (1997)
Décourt-Quaresma (1978)
0,000
0,010
0,020
0,030
0,040
0,050
0,060
Are
ia
Are
ia s
iltosa
Are
ia s
ilto-a
rgilo
sa
Are
ia a
rgilo
-silt
osa
Are
ia a
rgilo
sa
Silt
e a
renoso
Silt
e a
reno-a
rgilo
so
Silt
e
Silt
e a
rgilo
-are
noso
Silt
e a
rgilo
so
Arg
ila a
renosa
Arg
ila a
reno-s
iltosa
Arg
ila s
ilto-a
renosa
Arg
ila s
iltosa
Arg
ila
α
Tipo de Solo
Aoki-Velloso (1975)
Laprovitera (1988)
Monteiro (1997)
16
Em relação aos valores de F1 e F2, referentes ao tipo de estaca, como
Monteiro (1997) faz uma descrição detalhada dos diferentes tipos, só foi possível
realizar comparação entre os métodos, para a estaca metálica. Para esta, o maior
valor para F1 é apresentado por Laprovitera (1988).
Em relação aos demais tipos de estaca, analisados por Aoki-Velloso (1975) e
Laprovitera (1988), pode-se verificar que os maiores valores para F1 são
apresentados por Laprovitera (1988) e Benegas (1993), comentários estes que
podem ser observados na figura 2.2.4.
Figura 2.2.4 - Parâmetro F1 para cada tipo de estaca: métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997)
Para as estacas metálicas, o maior valor para F2 é apresentado por Aoki-
Velloso (1975) e Monteiro (1997), pois é igual para ambos. Para os demais tipos de
estaca, Aoki-Velloso (1975) também apresentam os maiores valores, comentários
estes que podem ser verificados na figura 2.2.5.
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5
Fra
nki
Fra
nki de f
uste
apilo
ado
Fra
nki de f
uste
vib
rado
Metá
lica
Pré
-mold
ada d
e c
oncre
to
Pré
-mold
ada d
e c
oncre
to
cra
vada à
perc
ussão
Pré
-mold
ada d
e c
oncre
to
cra
vada p
or
pre
nsagem
Escavada
Escavada c
om
lam
a b
eto
nític
a
Raiz
Str
auss
Hélic
e-c
ontínua
F1
Tipo de Estaca
Aoki-Velloso (1975)
Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Monteiro (1997)
17
Figura 2.2.5 - Parâmetro F2 para cada tipo de estaca: métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997)
Além disto, pode-se verificar que para Aoki-Velloso (1975) os valores de F2
são o dobro dos valores de F1. Os demais autores não apresentam uma relação
definida, mas variam entre 0,93 e 2,00.
Tais valores influenciam diretamente nos resultados dos cálculos da
capacidade de carga de ponta e lateral de uma estaca. Quanto maior o valor de k e
α, maiores são os valores de capacidade de carga, uma vez que tais parâmetros são
diretamente proporcionais a estes. Ao passo que, para F1 e F2 esta relação é
inversa.
Antes de qualquer tomada de decisão, o projetista verifica os diversos
resultados que os diferentes métodos semi-empíricos apresentam (AMANN, 2006).
A tabela 2.2.1 apresenta o resumo de alguns métodos semi-empíricos
brasileiros, que podem ser utilizados para o cálculo da capacidade de carga de
estacas.
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
Fra
nki
Fra
nki de f
uste
apilo
ado
Fra
nki de f
uste
vib
rado
Metá
lica
Pré
-mold
ada d
e c
oncre
to
Pré
-mold
ada d
e c
oncre
to c
ravada à
perc
ussão
Pré
-mold
ada d
e c
oncre
to c
ravada p
or
pre
nsagem
Escavada
Escavada c
om
lam
a b
eto
nític
a
Raiz
Str
auss
Hélic
e-c
ontínua
F2
Tipo de Estaca
Aoki-Velloso (1975)
Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Monteiro (1997)
18
Tabela 2.2.1: Resumo de alguns métodos semi-empíricos brasileiros
Método semi-empírico
Tipo de Estaca Capacidade de Carga por Atrito Lateral Capacidade de Carga de
Ponta Observação
Aoki-Velloso (1975)
Franki;
Metálica;
Pré-moldada de
concreto;
Escavada
=
= k.
Décourt-Quaresma (1978)
Pré-moldada de
concreto;
Franki;
Escavada;
Strauss
=
= .(
3≤ N ≤ 50
P. P. C. Velloso (1981)
Cravada;
Escavada = =
: fator de execução da estaca : fator de carregamento : fator de dimensão da base
19
Tabela 2.2.1: Resumo de alguns métodos semi-empíricos brasileiros
Método semi-empírico
Tipo de Estaca Capacidade de Carga por Atrito Lateral Capacidade de Carga de
Ponta Observação
Milititsky e Alves (1985)
Escavada;
Strauss = =
e : coeficientes de proporcionalidade
: média dos valores do SPT ao longo do fuste da estaca, exceto o valor imediatamente acima da ponta da estaca
: média dos valores do
SPT na ponta, acima e abaixo da estaca
Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Franki;
Metálica;
Pré-moldada de
concreto;
Escavada
=
= k.
Alonso (1996) Hélice contínua =
=
N ≤ 40
20
Tabela 2.2.1: Resumo de alguns métodos semi-empíricos brasileiros
Método semi-empírico
Tipo de Estaca Capacidade de Carga por Atrito Lateral Capacidade de Carga de
Ponta Observação
Décourt et al (1996)
Pré-moldada de
concreto;
Franki;
Escavada;
Strauss
=
=
3 ≤ N ≤ 50
Antunes e Cabral (1996)
Hélice contínua
= =
: Coeficiente para determinação da carga lateral : Coeficiente para determinação da carga de ponta ( )
Teixeira (1996)
Pré-moldada de
concreto;
Metálica;
Franki;
Escavada a céu
aberto;
Raiz
=
: valor médio do SPT no
intervalo de 4 diâmetros acima da base e 1 diâmetro abaixo da base da estaca
: valor médio do SPT ao
longo do fuste da estaca
21
Tabela 2.2.1: Resumo de alguns métodos semi-empíricos brasileiros
Método semi-empírico
Tipo de Estaca Capacidade de Carga por Atrito Lateral Capacidade de Carga de
Ponta Observação
Monteiro (1997)
Franki;
Metálica;
Pré-moldada de
concreto;
Escavada;
Raiz;
Strauss;
Hélice-contínua
=
= k.
Bustamante e Gianeselli (1998)
Ômega Carga de Atrito Lateral na Ruptura
=
Carga de Ruptura na Ponta
=
: atrito lateral, depende do tipo de estaca e do solo : coeficiente adimensional, depende do ensaio de campo executado, e pode ser particularizado em (pressiômetro de
Ménard), (CPT), (SPT)
: valor da resistência do solo na região da ponta da estaca que pode ser tomado igual ao do pressiômetro
de Ménard; ou do CPT; ou ainda igual a N do SPT
22
Tabela 2.2.1: Resumo de alguns métodos semi-empíricos brasileiros
Método semi-empírico
Tipo de Estaca Capacidade de Carga por Atrito Lateral Capacidade de Carga de
Ponta Observação
Kárez e Rocha (2000)
Hélice contínua = 4,9 = : 210 (argila), 250 (silte) e 290 (areia)
Gotlieb et al (2000) Hélice contínua = (
Vorcaro e Velloso (2000)
Hélice contínua =
= U
=
Cabral et al (2000) Ômega = =
: Coeficiente para determinação da carga lateral : Coeficiente para determnação da carga de ponta ( )
Lobo (2006)
Cravada pré-moldada;
Metálica;
Hélice contínua;
Escavada
= α.
.
: área lateral total do amostrador (interna + externa) : área de ponta do
amostrador SPT : variação da energia potencial
23
Os métodos semi-empíricos foram elaborados para estimar, estatisticamente,
a capacidade de carga de ruptura de uma fundação profunda. Para isto, levam em
conta a soma das parcelas de capacidade de carga por atrito lateral e da capacidade
de carga de ponta, chegando a um valor próximo ao extrapolado por van der Veen
que, segundo Cabral (2008), “usa uma relação exponencial entre carga e
deslocamento na determinação da carga de ruptura interpretada”.
Logo, tais métodos não devem ser utilizados para fazer estimativas das
parcelas de capacidade de carga por atrito lateral ou da capacidade de carga de
ponta separadamente, nem para prever, em camadas individuais, a transferência de
carga ou o atrito lateral (ARAÚJO e WOLLE, 2006).
Para entender um pouco sobre os métodos semi-empíricos, que foram
utilizados no trabalho, apresenta-se a seguir uma abordagem resumida sobre cada
um, extraída de diversos autores. A escolha de tais métodos se deu pelo fato destes
serem aplicáveis a uma maior diversidade de estacas, e dentre elas as estacas
escavadas.
2.3 O método Aoki-Velloso (1975)
O método semi-empírico, para previsão de capacidade de carga de estacas,
de Aoki-Velloso (1975) foi proposto originalmente a partir de correlações entre
resultados de provas de carga em estacas e ensaios de CPT. Posteriormente, para
que o método pudesse ser aplicado com resultados de ensaio de SPT, buscou-se
desenvolver um fator de conversão “k”, que transforma a resistência da ponta do
cone para (LOBO, 2005).
O método considera os diversos tipos de solos existentes. Entretanto, essa
sofisticação encontra limitações, devido à qualidade dos resultados de sondagem a
percussão que, em muitos casos, fica prejudicada pelo baixo nível de qualificação
dos operários (ANJOS, 2006).
As equações que determinam a capacidade de carga de ponta e lateral de
uma estaca, previstas por Aoki-Velloso (1975), estão representadas pelas equações
2.3.1 e 2.3.2, respectivamente e, pela equação 2.3.3, a capacidade de carga
admissível:
24
= (k.
). (2.3.1)
=
. (2.3.2)
(2.3.3)
onde, k e α referem-se ao tipo de solo, ao valor de SPT na camada de solo na
qual está apoiada a ponta da estaca, ao valor médio de SPT de cada
camada ao longo do fuste da estaca, à área da sessão transversal da ponta da
estaca, à área do fuste da estaca em contato com cada camada atravessada, F1
e F2, fatores de correção que levam em conta as diferenças de comportamento da
estaca e do cone de penetração estática, sendo esses relativos ao processo
executivo.
Para obtenção de , leva-se em conta os valores de SPT médios de cada
camada, ao longo do fuste da estaca. Para obtenção de , leva-se em conta
apenas o valor de SPT na cota de apoio da estaca. Para obtenção de , o autor
trabalha com a soma de e de . Para obtenção de , o método de Aoki-
Velloso (1975) trabalha com a metade do valor de , sendo o fator de segurança
global mínimo igual a dois, para capacidade de carga de estacas ou tubulões sem
prova de carga, recomendado pela NBR 6122 (ABNT, 1996).
2.4 O método Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
O método de estimativa da capacidade de carga de estacas de Laprovitera
(1988) e Benegas (1993) é uma versão modificada do método de Aoki-Velloso
(1975) (NIENOV, 2006).
Segundo Emmer (2004), o coeficiente “α” foi readaptado por Laprovitera
(1988), conforme a confiabilidade da sondagem à percussão. Já os valores de “k”,
propostos por Danziger (1982), foram mantidos, porém, Velloso e Lopes (2002)
afirmam que tais valores foram também complementados por Laprovitera (1988).
Emmer (2004) afirma ainda que os coeficientes “F1“ e ”F2” foram alterados por
Laprovitera (1988) e Benegas (1993).
25
As equações que determinam a capacidade de carga de uma estaca,
previstas por Laprovitera (1988) e Benegas (1993), são as mesmas utilizadas por
Aoki-Velloso (1975).
2.5 O método Monteiro (1997)
Monteiro (1997), com base na sua experiência na empresa Estacas Franki
Ltda, utilizou a mesma formulação de Aoki-Velloso (1975), porém propôs novos
valores tanto para “k” e “α” quanto para F1 e F2. De acordo com Monteiro (1997), o
objetivo da sua proposta era de melhorar o desempenho do método original
(NIENOV, 2006). Entretanto, o autor não informa o significado de melhorar o
desempenho, se seria, por exemplo, obter resultados próximos da realidade.
As equações que determinam a capacidade de carga de uma estaca,
previstas por Monteiro (1997), são as mesmas utilizadas por Aoki-Velloso (1975).
2.6 O método Décourt-Quaresma (1978)
O método semi-empírico para previsão de capacidade de carga de estacas de
Décourt-Quaresma (1978) é baseado somente no ensaio de SPT (LOBO, 2005).
Este método foi desenvolvido inicialmente para estacas pré-moldadas de
concreto cravadas com o uso de bate-estacas. Posteriormente, tal método passou a
abranger outros tipos de estacas, com a introdução de dois fatores de ajuste da
equação,”α” e “β”, que multiplicam, respectivamente, a capacidade de carga de
ponta e a capacidade de carga por atrito lateral das estacas (ARAÚJO e WOLLE,
2006).
A grande vantagem do método de Décourt-Quaresma (1978), em relação ao
método de Aoki-Velloso (1975), é o fato do primeiro apresentar simplicidade na sua
utilização e, sobretudo, pelo fato de não apresentar a grande variedade nas classes
de solo, o que acaba facilitando, no ensaio SPT, a interpretação da estratigrafia do
solo (ANJOS, 2006).
26
Segundo Cabral (2008), o método de Décourt-Quaresma (1978) obtém
valores bem seguros e próximos do real, segundo comparações realizadas, de
valores calculados com resultados de provas de carga. Apesar dessas estimativas
serem baseadas apenas em estacas do tipo pré-moldadas, os autores afirmam que
as mesmas servem de base também para estacas do tipo Franki, escavadas e
Strauss.
As equações que determinam a capacidade de carga de ponta e lateral de
uma estaca, previstas por Décourt-Quaresma (1978), estão representadas nas
equações 2.6.1 e 2.6.2, respectivamente, e a que apresenta a capacidade de carga
admissível na 2.6.3:
= (
). (2.6.1)
= 10.π.D.L
(2.6.2)
(2.6.3)
onde: C refere-se ao tipo de solo, ao valor de SPT médio relativo à cota de
apoio da ponta da estaca, SPT imediatamente superior e inferior à cota de apoio,
ao valor médio de SPT ao longo do fuste da estaca, à área da seção
transversal na ponta da estaca e à área relativa ao fuste da estaca. Os valores
“1,3” e “4,0”, apresentados na equação 2.6.3, correspondem ao FS da carga por
atrito lateral e de ponta, considerados no método.
Na determinação de valores de , os valores de menores que três
devem ser considerados iguais a três e os valores de maiores que cinquenta
devem ser considerados cinquenta.
Para obtenção de , o autor também adota a soma de e . E é
obtida de duas formas diferentes, onde o menor dos valores obtidos prevalece. A
primeira forma de obtenção é equivalente aos demais métodos, já a segunda é
obtida utilizando a equação 2.6.3.
Dos quatro métodos estudados, os métodos de Aoki-Velloso (1975),
Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997) fazem uso das mesmas
equações de previsão de capacidade de carga, diferindo-se apenas nos valores dos
parâmetros k, α, F1 e F2.
27
3 METODOLOGIA
A busca pelo conhecimento do tema proposto neste trabalho foi o que
motivou a realização da revisão bibliográfica, onde se procurou abranger o conteúdo
geral de livros, artigos técnico-científicos, dissertações e materiais obtidos através do
acesso à internet, relacionados ao tema em questão.
Após essa coleta de dados em literatura nacional, fez-se a escolha de uma
obra na cidade de Feira de Santana – BA, com fundação profunda, para que os
métodos semi-empíricos de cálculo de capacidade de carga de fundações profundas
fossem aplicados a um caso real.
A obra escolhida (obra A) diz respeito a um galpão comercial, situado na
Avenida Getúlio Vargas, cuja fundação profunda adotada foi estaca do tipo Strauss.
As principais informações levantadas em relação à obra e sua fundação
referem-se ao tipo e localização do empreendimento, relatório e furos de sondagem
a percussão realizados no terreno, tipo de fundação utilizada, bem como,
quantidade, dimensões e cota de apoio da mesma, informações estas sintetizadas
na tabela 3.1.
28
Tabela 3.1 - Características da obra estudada
OBRA A
TIPO Galpão comercial
LOCALIZAÇÃO Av. Getúlio Vargas
CIDADE Feira de Santana - BA
QUANTIDADE DE FUROS DE SONDAGEM 2
TIPO DE FUNDAÇÃO Estaca Strauss
QUANTIDADE DE ESTACAS 32
DIÂMETRO DAS ESTACAS (m) 0,25 e 0,32
COTA DE APOIO MÉDIA (m) 11,5
O ANEXO B contém as especificações do relatório de sondagem, e o ANEXO
C contém o croqui de localização dos furos de sondagem da obra A.
Além das informações levantadas para a obra A, conta-se ainda com um
acompanhamento fotográfico, no que tange ao processo executivo da estaca
Strauss, que pode ser observado da figura 3.1 à 3.9.
Inicialmente houve a realização de um pré-furo de 1,0m no terreno, com o
pilão do equipamento, que serviu de base para a introdução do primeiro segmento
do tubo guia, com posterior verificação do prumo da estaca (Figura 3.1).
29
Figura 3.1 Realização de um pré-furo com o pilão do equipamento, para auxiliar na introdução do tubo guia e verificação do prumo da estaca
Com o pré-furo aberto, lançou-se água para facilitar a colocação do tubo guia
com coroa cortante na extremidade inferior. Esse tubo foi fixado ao tripé por meio de
cabo de aço (Figura 3.2).
Figura 3.2 - Colocação do tubo guia com coroa cortante na extremidade inferior e lançamento de água no furo
30
O balde sonda foi içado pelo tripé e cabo de aço, colocado dentro do tubo
guia e retirado sucessivas vezes, simultaneamente com o lançamento de água para
facilitar a desagregação do solo e, posteriormente, a descida do tubo. O balde sonda
é provido de uma válvula borboleta em sua base, que se abre quando este encontra
o solo e o material penetra no mesmo. Com o solo dentro, a válvula
automaticamente se fecha devido ao peso do material que se encontra em seu
interior (Figura 3.3).
Figura 3.3 - Balde sonda ou piteira
Todo o material que fica retido no interior do balde sonda é removido através
da sua janela lateral e da válvula borboleta. Em seguida, esse balde é recolocado
dentro do tubo guia (Figura 3.4).
Figura 3.4 - Remoção do material desagregado que fica retido no balde sonda
31
Em alguns momentos, o balde sonda foi travado com uma espécie de
parafuso colocado entre o tubo e o balde, para evitar que a descida do balde e, com
sucessivas batidas deste, facilitar a introdução do tubo guia no terreno (figura 3.5).
Figura 3.5 - Travamento do balde sonda para avanço do tubo guia no terreno
Estas ações se repetiram sucessivamente, até que a cota de apoio
estabelecida em projeto fosse alcançada.
Ao final, o balde sonda foi retirado definitivamente de dentro do tubo guia e o
concreto foi preparado, para dar início à concretagem da estaca. Tudo foi preparado
manualmente dentro do próprio canteiro de obras, sem inspeção (Figura 3.6).
Figura 3.6 - Preparação do concreto
O concreto foi lançado dentro do furo, contendo ainda o tubo guia,
preenchendo-o quase que totalmente (Figura 3.7).
32
Figura 3.7 - Lançamento do concreto no furo
Logo após, a ferragem de espera foi colocada sem presença de espaçadores
e o concreto foi lançado até o nível do terreno (Figura 3.8).
Figura 3.8 - Colocação da ferragem de espera
Dando prosseguimento, o tubo guia foi retirado do terreno pelo tripé e cabo de
aço do equipamento (figura 3.9).
33
Figura 3.9 - Retirada do tubo guia do terreno
A partir da análise dos perfis de sondagem da obra A, escolheu-se o SP 02
para realizar os cálculos da capacidade de carga, pois o mesmo é mais desfavorável
em suas cotas finais, como pode ser notado ao observar os valores de SPT destes
perfis de sondagem, no ANEXO D.
De acordo com a sondagem a percussão realizada no local da obra A, pode-
se observar na tabela 3.2, o resumo do perfil geotécnico escolhido.
Tabela 3.2 - Resumo do perfil de solo da obra estudada
OBRA A – SP 02
PROFUNDIDADE (m) TIPO DE SOLO
0,00 - 1,00 Areia siltosa fina e média, fofa
1,00 - 7,60 Silte arenoso, fofo
7,60 - 9,10 Argila areno-siltosa, mole a dura
9,10 - 12,70 Argila arenosa, dura
12,70 - 15,45 Areia grossa, silto argilosa, medianamente
compacta a compacta
Em seguida, calculou-se a capacidade de carga das fundações da obra A,
aplicando os métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e
Benegas (1993), Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978), cuja memória de
cálculo está disponível no ANEXO E. O método de Laprovitera (1988) modificou os
valores de k e α, propostos por Aoki-Velloso (1975) e, em 1993, Benegas, utilizando
o método de Laprovitera (1988), sugeriu valores para F1 e F2.
34
A escolha dos quatro métodos adotados no trabalho se deu pelo fato dos
mesmos serem aplicáveis a vários tipos de estacas, incluindo as escavadas,
apresentando parâmetros para estas estacas. Tais métodos se aplicam,
genericamente, a estacas do tipo Franki, metálica, pré-moldada de concreto,
escavada, raiz, Strauss e hélice contínua. Os métodos tradicionais de Aoki-Velloso
(1975) e Décourt-Quaresma (1978) são os mais utilizados e serviram como ponto de
partida para a proposição de muitos métodos brasileiros existentes. Os cálculos
foram realizados para as estacas escavadas do tipo Strauss.
Para cada um dos métodos, fez-se a análise da sua capacidade de carga por
atrito lateral ( ), de ponta ( ), de ruptura ( ) e admissível ( ), variando
separadamente as dimensões da estaca, diâmetro e comprimento. Para o cálculo de
, utilizou-se FS = 2,0, sugerido pela NBR 6122 (ABNT, 1996), quando não se
dispõe de resultados de prova de carga. Para a obra A, com estaca do tipo Strauss,
os diâmetros comerciais utilizados foram 0,25m, 0,32m, 0,38m e 0,45m.
O comprimento das estacas variou em função da profundidade máxima de
investigação do subsolo. Na obra A, as profundidades utilizadas para a previsão de
capacidade de carga foram 8,0m, 9,0m, 10,0m, 11,0m e 12,0m, quando foram
aplicados os métodos de Aoki-Velloso, Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e
Monteiro (1997). Para aplicação do método de Décourt-Quaresma (1978), as cotas
de apoio foram de 8,0m, 9,0m, 10,0m e 11,0m, por causa dos requisitos necessários
para obtenção do . Por exemplo, o perfil de sondagem da obra mostra para uma
cota de apoio de 12,0m, que a camada imediatamente inferior à cota de apoio,
apresenta um valor de SPT menor que o das cotas superiores, impedindo, portanto,
a adoção dessa profundidade como cota de apoio, uma vez que provocaria a
redução da capacidade de carga da estaca.
Os resultados obtidos foram analisados separadamente para cada autor
estudado e, em conjunto, podendo assim fazer comparações entre os diferentes
métodos e verificar a dispersão entre os mesmos. Além disto, para cada diâmetro e
comprimento estudado, tomou-se como referência os resultados de capacidade de
carga encontrados para o menor valor de cada uma dessas dimensões, 0,25m e
8,0m, e comparou-se com os resultados dos demais valores adotados no estudo,
procurando verificar o percentual de ganho ou perda de capacidade de carga,
35
quando da variação dessas dimensões, analisando assim sua influência na previsão
de capacidade de carga.
Para os métodos que não apresentaram restrição quanto ao valor máximo de
SPT, este foi limitado a 50, que é o valor máximo sugerido pelo método proposto por
Décourt-Quaresma (1978).
Neste trabalho, considerou-se que até 20% o aumento da capacidade de
carga das estacas não é relevante.
Os dados foram trabalhados em planilha Excel, procurando-se inserir todas as
informações necessárias ao cálculo da capacidade de carga, como: valores de α, k,
C, F1 e F2 intrínsecos a cada método; perfil de sondagem da obra estudada;
diâmetros comerciais das estacas, bem como, diferentes cotas de apoio para as
mesmas; equações referentes à capacidade de carga por atrito lateral, de ponta, de
ruptura e admissível para cada método.
36
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Obra A: estaca tipo Strauss – variação de diâmetro
4.1.1 Previsão da capacidade de carga para os quatro métodos e
relação
A tabela 4.1 e a figura 4.1 apresentam a previsão da capacidade de carga por
atrito lateral ( ), de ponta ( ), de ruptura ( ) e admissível ( ), utilizando o
método semi-empírico de Aoki-Velloso (1975), para diferentes diâmetros: 0,25m,
0,32m, 0,38m e 0,45m, com profundidade de apoio de 11,5m, e a relação entre ,
e , tomando como referência o menor diâmetro de 0,25m.
Ainda na tabela 4.1, apresenta-se o aumento da capacidade de carga quando
o diâmetro da estaca varia de 0,25m (menor diâmetro) para 0,45m (maior diâmetro).
Tabela 4.1 - Capacidade de Carga por Aoki-Velloso (1975) e sua relação, tomando como referência o menor diâmetro – estaca Strauss com profundidade de 11,5m
Diâmetro (m)
(kN) (kN) (kN) (kN)
(%)
(%)
(%)
0,25 159,74 286,34 446,09 223,04 100,00 100,00 100,00
0,32 204,47 469,14 673,61 336,81 128,00 163,84 151,01
0,38 242,81 661,57 904,38 452,19 152,00 231,04 202,74
0,45 287,54 927,75 1215,29 607,64 180,00 324,00 272,43
Relação entre capacidade de carga para o maior e menor
diâmetros Ganho de Ganho de Ganho de
Ganho de
Q0,45/Q0,25 1,8 3,2 2,7 2,7
37
Figura 4.1 - Diâmetro x Capacidade de Carga por Aoki-Velloso (1975) – estaca Strauss com profundidade de 11,5m
Observa-se na tabela 4.1 um aumento das cargas à medida que há um
crescimento do diâmetro das estacas, sendo mais acentuado para a , a qual
exerce maior influência sobre a . Isto está relacionado com o quadrado do
aumento do diâmetro.
Além disso, observa-se na tabela 4.1, um aumento de 3,2 vezes da ,
enquanto que para esse aumento foi de 1,8 vezes, e para as demais cargas esse
aumento foi de 2,7 vezes. Verifica-se que a carga de ponta é mais sensível à
variação do diâmetro da estaca, quando comparada à carga por atrito lateral.
A tabela 4.2 e a figura 4.2 apresentam a previsão de , , e ,
utilizando o método semi-empírico de Laprovitera (1988) e Benegas (1993), para
diferentes diâmetros: 0,25m, 0,32m, 0,38m e 0,45m, com profundidade de apoio de
11,5m, e a relação entre , e , tomando como referência o menor diâmetro de
0,25m.
Ainda na tabela 4.2, apresenta-se o aumento da capacidade de carga quando
o diâmetro da estaca varia de 0,25m (menor diâmetro) para 0,45m (maior diâmetro).
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50
Carg
a (k
N)
Diâmetro (m)
Carga por atrito lateral
Carga de ponta
Carga de ruptura
Carga admissível
38
Tabela 4.2 - Capacidade de Carga por Laprovitera (1988) e Benegas (1993) e sua relação, tomando como referência o menor diâmetro – estaca Strauss com profundidade de 11,5m
Diâmetro (m)
(kN) (kN) (kN) (kN)
(%)
(%)
(%)
0,25 414,56 261,80 676,36 338,18 100,00 100,00 100,00
0,32 530,63 428,93 959,56 479,78 128,00 163,84 141,87
0,38 630,13 604,86 1234,99 617,49 152,00 231,04 182,59
0,45 746,20 848,23 1594,43 797,22 180,00 324,00 235,74
Relação entre capacidade de carga para o maior e menor
diâmetros Ganho de Ganho de Ganho de
Ganho de
Q0,45/Q0,25 1,8 3,2 2,4 2,4
Figura 4.2 - Diâmetro x Capacidade de Carga por Laprovitera (1988) e Benegas (1993) – estaca Strauss com profundidade de 11,5m
Percebe-se na figura 4.2, comportamento semelhante ao apresentado quando
se aplica o método de Aoki-Velloso (1975), no que se refere ao aumento da
capacidade de carga com o diâmetro, sendo os maiores valores para . Além disso,
observa-se na tabela 4.2, um aumento de 3,2 vezes da , enquanto que para
esse aumento foi de 1,8 vezes, e para as demais cargas esse aumento foi de 2,4
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50
Carg
a (k
N)
Diâmetro (m)
Carga por atrito lateral
Carga de ponta
Carga de ruptura
Carga admissível
39
vezes. Mais uma vez, a carga de ponta se mostrou mais sensível à variação no
diâmetro da estaca, quando comparada à carga por atrito lateral.
Percebe-se também que na passagem do diâmetro 0,38m para 0,45m, as
cargas por atrito lateral e de ponta se igualam, mostrando que e possuem igual
participação no valor de .
A tabela 4.3 e a figura 4.3 apresentam a previsão de , , e ,
utilizando o método semi-empírico de Monteiro (1997), para diferentes diâmetros:
0,25m, 0,32m, 0,38m e 0,45m, com profundidade de apoio de 11,5m, e a relação
entre , e , tomando como referência o menor diâmetro de 0,25m.
Ainda na tabela 4.3, apresenta-se o aumento da capacidade de carga quando
o diâmetro da estaca varia de 0,25m (menor diâmetro) para 0,45m (maior diâmetro).
Tabela 4.3 - Capacidade de Carga por Monteiro (1997) e sua relação, tomando como referência o menor diâmetro – estaca Strauss com profundidade de 11,5m
Diâmetro (m)
(kN) (kN) (kN) (kN)
(%)
(%)
(%)
0,25 377,78 257,12 634,91 317,45 100,00 100,00 100,00
0,32 483,56 421,27 904,83 452,42 128,00 163,84 142,51
0,38 574,23 594,06 1168,29 584,14 152,00 231,04 184,01
0,45 680,01 833,08 1513,09 756,55 180,00 324,00 238,32
Relação entre capacidade de carga para o maior e menor
diâmetros Ganho de Ganho de Ganho de
Ganho de
Q0,45/Q0,25 1,8 3,2 2,4 2,4
40
Figura 4.3 - Diâmetro x Capacidade de Carga por Monteiro (1997) – estaca Strauss com profundidade de 11,5m
Percebe-se também um crescimento das capacidades de carga à medida que
há um crescimento do diâmetro da estaca. A figura 4.3 mostra comportamento
semelhante aos resultados obtidos pelo método de Laprovitera (1988) e Benegas
(1993).
O crescimento da é de 3,2 vezes, quando o diâmetro é aumentado de
0,25m para 0,45m. Para a mesma situação, observa-se um aumento de 1,8 vezes
para , e 2,4 vezes para as demais cargas, como mostrado na tabela 4.3. E,
novamente, mostra-se mais sensível à variação do diâmetro, quando comparada
a , embora tenha apresentado valores maiores, em geral.
Para esse autor, observou-se também que os valores das cargas por atrito
lateral e ponta se igualam, quando o diâmetro é aumentado de 0,32m para 0,38m,
conforme apresentado na figura 4.3.
A tabela 4.4 e a figura 4.4 apresentam a previsão de , , e ,
utilizando o método semi-empírico de Décourt-Quaresma (1978), para diferentes
diâmetros: 0,25m, 0,32m, 0,38m e 0,45m, com profundidade de apoio de 11,5m, e a
relação entre , e , tomando como referência o menor diâmetro de 0,25m.
Ainda na tabela 4.4, apresenta-se o aumento da capacidade de carga quando
o diâmetro da estaca varia de 0,25m (menor diâmetro) para 0,45m (maior diâmetro).
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50
Carg
a (k
N)
Diâmetro (m)
Carga por atrito lateral
Carga de ponta
Carga de ruptura
Carga admissível
41
Tabela 4.4 - Capacidade de Carga por Décourt-Quaresma (1978) e sua relação, tomando como referência o menor diâmetro – estaca Strauss com profundidade de 11,5m
Diâmetro (m)
(kN) (kN) (kN) (kN)
(%)
(%)
(%)
0,25 267,04 263,11 530,14 265,07 100,00 100,00 100,00
0,32 341,81 431,08 772,88 370,70 128,00 163,84 145,79
0,38 405,89 607,89 1013,78 464,20 152,00 231,04 191,23
0,45 480,66 852,47 1333,13 582,86 180,00 324,00 251,47
Relação entre capacidade de carga para o maior e menor
diâmetros Ganho de Ganho de Ganho de
Ganho de
Q0,45/Q0,25 1,8 3,2 2,5 2,2
Figura 4.4 - Diâmetro x Capacidade de Carga por Décourt-Quaresma (1978) – estaca Strauss com profundidade de 11,5m
Percebe-se um crescimento das capacidades de carga à medida que há o
aumento do diâmetro da estaca. Da mesma forma que no método de Aoki-Velloso
(1975), a teve uma participação maior na carga de ruptura da estaca.
A tabela 4.4 mostra que, o crescimento de foi de 1,8 vezes, enquanto que o
de foi de 3,2 vezes, o de foi de 2,5 vezes, e o de foi de 2,2 vezes,
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50
Carg
a (k
N)
Diâmetro (m)
Carga por atrito lateral
Carga de ponta
Carga de ruptura
Carga admissível
42
quando o diâmetro é aumentado de 0,25m para 0,45m. A maior sensibilidade de
em relação a , também é mostrada para Décourt-Quaresma (1978).
Além disso, observou-se também que os valores da carga por atrito lateral e
de ponta, para o diâmetro de 0,25m, são praticamente iguais, porém, quando o
diâmetro é aumentado de 0,25m para 0,32m, o aumento não é proporcional, cerca
de 30% para a carga por atrito lateral, e de aproximadamente 64% para a carga de
ponta.
Para Décourt-Quaresma (1978), não se nota a mesma proporção entre as
cargas de ruptura e admissível, uma vez que esses autores não trabalham com o
mesmo método de cálculo de capacidade de carga admissível que os demais
autores, conforme explicado na metodologia.
Comparando-se os quatro métodos estudados, verifica-se que os maiores
valores de foram encontrados para o método de Laprovitera (1988) e Benegas
(1993) e os de , para Aoki-Velloso (1975), considerando todos os diâmetros.
Porém, os métodos semi-empíricos não devem ser utilizados para estimar estas
parcelas separadamente, mas sim para estimar a . Neste caso, os maiores
valores de foram encontrados para o método de Laprovitera (1988) e Benegas
(1993) e o menor, para Aoki-Velloso (1975).
Em linhas gerais, comparando-se as tabelas 4.1 a 4.4, o comportamento da
capacidade de carga para os 4 métodos estudados é o mesmo, aumentando quanto
maior for o diâmetro.
Observa-se que o método de Aoki-Velloso (1975) apresenta valores de
inferiores a 80% dos valores de , valores estes não condizentes com as
especificações da NBR 6122 (ABNT, 1996).
Observa-se que os percentuais para e são iguais
para todos os métodos estudados, podendo-se afirmar que os métodos coincidem
quando se trata de valores relativos. O mesmo comportamento não é observado
para , porém, para todos os métodos, os valores são aproximados, e
seus percentuais de ganho, quando do aumento do diâmetro de 0,25m para 0,45m,
variam entre 136% e 172%.
43
4.1.2 Percentuais de participação de e na capacidade de carga de
ruptura
A tabela 4.5 e a figura 4.5, referem-se à relação entre a e , para
diferentes diâmetros: 0,25m, 0,32m, 0,38m e 0,45m, para os 4 métodos estudados.
Tabela 4.5 - Relação entre capacidades de carga por atrito lateral e de ponta e capacidade de carga de ruptura – estaca Strauss com profundidade de 11,5m
Aoki-Velloso (1975)
Diâmetro (m) (%) (%)
0,25 35,81 64,19
0,32 30,35 69,65
0,38 26,85 73,15
0,45 23,66 76,34
Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Diâmetro (m) (%) (%)
0,25 61,29 38,71
0,32 55,30 44,70
0,38 51,02 48,98
0,45 46,80 53,20
Monteiro (1997)
Diâmetro (m) (%) (%)
0,25 59,50 40,50
0,32 53,44 46,56
0,38 49,15 50,85
0,45 44,94 55,06
Décourt-Quaresma (1978)
Diâmetro (m) (%) (%)
0,25 50,37 49,63
0,32 44,22 55,78
0,38 40,04 59,96
0,45 36,06 63,94
44
Figura 4.5 - Diâmetro x Relação entre Capacidade Carga (%) – estaca Strauss com profundidade de 11,5m
Observa-se uma relação inversa da com o diâmetro da estaca, para
todos os métodos estudados, ou seja, à medida que o diâmetro da estaca aumenta
essa relação diminui, enquanto que para a relação é direta, podendo-se
afirmar que exerce maior influência sobre a . Isto pode ser observado
matematicamente, onde é uma função do diâmetro ( = b.x, sendo x o diâmetro
da estaca) e é uma função do quadrado do diâmetro ( = a.x2). Sendo assim,
como é a soma das duas parcelas, teremos = b.x + a.x2. Quando “x” aumenta,
e aumentam em função do seu quadrado, enquanto aumenta de igual valor
dessa variável e, portanto, a relação decresce. Observando-se as equações,
verifica-se também que = x. . Ou seja, quando o diâmetro cresce, cresce do
valor de multiplicado pelo diâmetro, considerando as demais variáveis constantes
e analisando apenas a variação do diâmetro da estaca.
Percebe-se que para Aoki-Velloso (1975), os valores de e se afastam
mais entre si, desde o primeiro diâmetro. Para Décourt-Quaresma (1978), o
comportamento é o mesmo, porém com valores mais aproximados.
Os valores para Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro se mantêm
quase os mesmos para todos os diâmetros.
20
30
40
50
60
70
80
0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50
Rela
ção
en
tre C
ap
cacid
ad
e d
e C
arg
a
(%)
Diâmetro (m)
Ql/Qr (Aoki-Velloso (1975))
Qp/Qr (Aoki-Velloso (1975))
Ql/Qr (Laprovitera (1988) e Benegas (1993))
Qp/Qr (Laprovitera (1988) e Benegas (1993))
Ql/Qr (Monteiro (1997))
Qp/Qr (Monteiro (1997))
Ql/Qr (Décourt-Quaresma (1978))
Qp/Qr (Décourt-Quaresma (1978))
45
A participação de é predominante para os métodos de Aoki-Velloso (1975)
e Décourt-Quaresma (1978).
4.1.3 Calculo de – comparação entre os métodos estudados
A tabela 4.6 e a figura 4.6, apresentam a previsão da capacidade de carga
por atrito lateral ( ), utilizando os métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975),
Laprovitera (1988) e Benegas (1993), Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978),
para estacas com profundidade de apoio de 11,5m, e diferentes diâmetros: 0,25m,
0,32m, 0,38m e 0,45m.
Tabela 4.6 – Capacidade de Carga por Atrito Lateral – estaca Strauss com profundidade de 11,5m
Capacidade de Carga por Atrito Lateral (kN)
Diâmetro/Método Aoki-Velloso
(1975) Laprovitera (1988) e
Benegas (1993) Monteiro
(1997) Décourt-
Quaresma (1978)
0,25 159,74 414,56 377,78 267,04
0,32 204,47 530,63 483,56 341,81
0,38 242,81 630,13 574,23 405,89
0,45 287,54 746,20 680,01 480,66
Figura 4.6 - Diâmetro x Capacidade de Carga por Atrito Lateral – estaca Strauss com profundidade de 11,5m
0
300
600
900
1200
1500
1800
0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50
Cap
acid
ad
e d
e C
arg
a p
or
Atr
ito
Late
ral
(kN
)
Diâmetro (m)
Aoki-Velloso (1975)
Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Monteiro (1997)
Décourt-Quaresma (1978)
46
Observa-se uma relação direta, crescente e linear da com o diâmetro da
estaca, para todos os métodos estudados, sendo que o método de Laprovitera
(1988) e Benegas (1993) mostrou maior ganho para quando do aumento do
diâmetro.
Além disto, nota-se que o método de Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
prevê a maior , para todos os diâmetros, pois, são estes autores que estabelecem
os maiores valores para os parâmetros α e k, parâmetros estes que possuem uma
relação direta com os valores de capacidade de carga. O mesmo não pode ser
observado para o método de Décourt-Quaresma (1978), que não faz uso desses
parâmetros na sua equação de cálculo para .
4.1.4 Calculo de – comparação entre os métodos estudados
A tabela 4.7 e a figura 4.7, apresentam a previsão da capacidade de carga de
ponta ( ), utilizando os métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975),
Laprovitera (1988) e Benegas (1993), Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978),
para estacas com profundidade de apoio de 11,5m e diferentes diâmetros: 0,25m,
0,32m, 0,38m e 0,45m.
Tabela 4.7 - Capacidade de Carga de Ponta – estaca Strauss com profundidade de 11,5m
Capacidade de Carga de Ponta (kN)
Diâmetro/Método Aoki-Velloso
(1975) Laprovitera (1988) e
Benegas (1993) Monteiro
(1997) Décourt-
Quaresma (1978)
0,25 286,34 261,80 257,12 263,11
0,32 469,14 428,93 421,27 431,08
0,38 661,57 604,86 594,06 607,89
0,45 927,75 848,23 833,08 852,47
47
Figura 4.7 - Diâmetro x Capacidade de Carga de Ponta– estaca Strauss com
profundidade de 11,5m
Observa-se uma relação direta e crescente de , com o diâmetro da estaca,
para todos os métodos estudados.
Observa-se que o método de Aoki-Velloso (1975) prevê a maior para todos
os diâmetros, pois são estes autores que estabelecem os maiores valores para a
relação , relação esta diretamente proporcional aos valores de capacidade de
carga.
Pode-se observar na figura 4.7, que os métodos possuem valores de muito
mais próximos do que os valores de (figura 4.6). Isto acontece porque a variação
do tipo de solo da ponta da estaca praticamente inexiste, o que geralmente não é
observado ao longo do seu fuste.
4.1.5 Calculo de – comparação entre os métodos estudados
A tabela 4.8 e a figura 4.8, apresentam a previsão da capacidade de carga de
ruptura ( ), utilizando os métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975),
Laprovitera (1988) e Benegas (1993), Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978),
para estacas com profundidade de apoio de 11,5m e diferentes diâmetros: 0,25m,
0,32m, 0,38m e 0,45m.
0
300
600
900
1200
1500
1800
0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50
Cap
acid
ad
e d
e C
arg
a d
e P
on
ta (
kN
)
Diâmetro (m)
Aoki-Velloso (1975)
Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Monteiro (1997)
Décourt-Quaresma (1978)
48
Tabela 4.8 - Capacidade de Carga de Ruptura – estaca Strauss com profundidade de 11,5m
Capacidade de Carga de Ruptura (kN)
Diâmetro/Método Aoki-Velloso
(1975) Laprovitera (1988) e
Benegas (1993) Monteiro
(1997) Décourt-
Quaresma (1978)
0,25 446,09 676,36 634,91 530,14
0,32 673,61 959,56 904,83 772,88
0,38 904,38 1234,99 1168,29 1013,78
0,45 1215,29 1594,43 1513,09 1333,13
Figura 4.8 - Diâmetro x Capacidade de Carga de Ruptura – estaca Strauss com profundidade de 11,5m
Nota-se uma relação direta e crescente de com o diâmetro da estaca, para
todos os métodos estudados. Os maiores resultados obtidos são para o método de
Laprovitera (1988) e Benegas (1993), resultados estes que poderiam ser previstos,
uma vez que estes autores apresentam valores maiores na sua parcela , que
somada a fornece valores maiores para .
O resumo das conclusões obtidas em relação aos métodos semi-empíricos,
para a variação do diâmetro, pode ser observado na tabela 4.9.
0
300
600
900
1200
1500
1800
0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
Cap
acid
ad
e d
e C
arg
a d
e R
up
tura
(k
N)
Diâmetro (m)
Aoki-Velloso (1975)
Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Monteiro (1997)
Décourt-Quaresma (1978)
49
4.9 - Resumo das conclusões dos métodos semi-empíricos para a variação do diâmetro – estaca Strauss com cota de apoio de 11,5m
VARIAÇÃO DO DIÂMETRO
Ql; Qp; QR; Qadm
Q/Q(0,25m)
4.1.1
Q cresce com o diâmetro Maior Ql e Maior QR - Laprovitera (1988) e Benegas (1993) Menor QR - Aoki-Velloso (1975) Maior Qp - Aoki-Velloso (1975)
Q/Q(0,25m) praticamente iguais
Ql/QR; Qp/QR
4.1.2
Maior o diâmetro - Menor Ql/QR e Maior Qp/QR
Maior participação de Qp - Aoki-Velloso (1975); Décourt-Quaresma (1978) Maior participação de Ql - Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997)
Ql - Métodos 4.1.3
Menor Ql - Aoki-Velloso (1975)
Qp - Métodos 4.1.4
Qp praticamente iguais para todos os métodos Aoki-Velloso (1975) - Valores ligeiramente menores
QR - Métodos 4.1.5
Maior QR - Laprovitera (1988) e Benegas (1993); Monteiro (1997) Menor QR - Aoki-Velloso (1975)
4.2 Obra A: estaca tipo Strauss – variação de comprimento
4.2.1 Previsão da capacidade de carga para os quatro métodos e
relação
A tabela 4.10 e a figura 4.9 apresentam a previsão da capacidade de carga
por atrito lateral ( ), de ponta ( ), de ruptura ( ) e admissível ( ), utilizando o
método semi-empírico de Aoki-Velloso (1975), para diferentes cotas de apoio: 8,0m,
9,0m, 10,0m, 11,0m e 12,0m.
Ainda na tabela 4.10, apresenta-se o aumento da capacidade de carga
quando a cota de apoio da estaca varia de 8,0m (menor cota de apoio) para 12,0m
(maior cota de apoio).
50
Tabela 4.10 - Capacidade de Carga por Aoki-Velloso (1975) e sua relação, tomando como referência a menor cota de apoio – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m
Cota de Apoio (m)
(kN) (kN) (kN) (kN)
(%)
(%)
(%)
8,0 43,57 54,00 97,57 48,79 100,00 100,00 100,00
9,0 53,36 206,17 259,53 129,76 122,46 381,82 265,99
10,0 89,81 194,71 284,52 142,26 206,11 360,61 291,61
11,0 127,31 286,34 413,65 206,82 292,16 530,30 423,95
12,0 181,73 572,69 754,42 377,21 417,07 1060,61 773,21
Relação entre capacidade de carga para a maior e menor
cotas de apoio Ganho de Ganho de Ganho de
Ganho de
Q8,0/Q12,0 4,2 10,6 7,7 7,7
Figura 4.9 - Cota de Apoio x Capacidade de Carga por Aoki-Velloso (1975) – estaca
Strauss com diâmetro de 0,25m
Percebe-se na figura 4.9 o crescimento das capacidades de carga quando a
cota de apoio da estaca varia de 8,0m para 12,0m.
O aumento de é de 4,2 vezes, o de é de 10,6 vezes, enquanto que, o de
e é de 7,7 vezes, como observado na tabela 4.10. Observa-se que é
muito mais sensível à variação do comprimento quando comparado a .
Percebe-se que o crescimento de , , e , não se dá de maneira
linear, como observado, para o mesmo autor, na variação do diâmetro.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
7 8 9 10 11 12 13
Carg
a (k
N)
Cota de Apoio (m)
Carga por atrito lateral
Carga de ponta
Carga de ruptura
Carga admissível
51
Para , observa-se quando do aumento da cota de apoio de 9,0m para
10,0m, um pequeno decréscimo do seu valor. Isto se deve, unicamente, ao fato do
SPT da camada que serve de apoio para a ponta da estaca, ser menor para a cota
de apoio de 10,0m, uma vez que o diâmetro da estaca é constante, 0,25m, o tipo de
solo da cota de apoio da estaca é o mesmo, logo o parâmetro k é igual, e o método
executivo também é o mesmo, implicando num valor de F1 igual.
A tabela 4.11 e a figura 4.10 apresentam a previsão da capacidade de carga
por atrito lateral ( ), de ponta ( ), de ruptura ( ) e admissível ( ), utilizando o
método semi-empírico de Laprovitera (1988) e Benegas (1993), para diferentes
cotas de apoio: 8,0m, 9,0m, 10,0m, 11,0m e 12,0m.
Ainda na tabela 4.11, apresenta-se o aumento da capacidade de carga
quando a cota de apoio da estaca varia de 8,0m (menor cota de apoio) para 12,0m
(maior cota de apoio).
Tabela 4.2 - Capacidade de Carga por Laprovitera (1988) e Benegas (1993) e sua relação, tomando como referência a menor cota de apoio – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m
Cota de Apoio (m)
(kN) (kN) (kN) (kN)
(%)
(%)
(%)
8,0 70,12 36,00 106,12 53,06 100,00 100,00 100,00
9,0 91,09 188,50 279,59 139,79 129,91 523,64 263,47
10,0 201,43 178,02 379,45 189,73 287,26 494,55 357,58
11,0 315,70 261,80 577,50 288,75 450,23 727,27 544,21
12,0 481,58 289,07 770,65 385,32 686,79 803,03 726,22
Relação entre capacidade de carga para a maior e menor
cotas de apoio Ganho de Ganho de Ganho de
Ganho de
Q8,0/Q12,0 6,9 8 ,7,3 7,3
52
Figura 4.10 - Cota de Apoio x Capacidade de Carga por Laprovitera (1988) e
Benegas (1993) – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m
Percebe-se na figura 4.10 o crescimento das capacidades de carga quando a
cota de apoio da estaca varia de 8,0m para 12,0m. Além disso, observa-se na tabela
4.11 que o aumento de é de 6,9 vezes, o de é de 8 vezes, enquanto que, o de
e é de 7,3 vezes. Nota-se também que é mais sensível à variação do
comprimento, quando comparada com .
Para , observa-se o mesmo comportamento já observado para Aoki-Velloso
(1975), quando do aumento da cota de apoio de 9,0m para 10,0m, pelo mesmo
motivo já exposto.
Quando da passagem da cota de apoio de 8,0m para 9,0m e de 9,0m para
10,0m, os valores de e se igualam em algum momento, mostrando que ambos
possuem igual influência sobre .
A tabela 4.12 e a figura 4.11 apresentam a previsão da capacidade de carga
por atrito lateral ( ), de ponta ( ), de ruptura ( ) e admissível ( ), utilizando o
método semi-empírico de Monteiro (1997), para diferentes cotas de apoio: 8,0m,
9,0m, 10,0m, 11,0m e 12,0m.
Ainda na tabela 4.12, apresenta-se o aumento da capacidade de carga
quando a cota de apoio da estaca varia de 8,0m (menor cota de apoio) para 12,0m
(maior cota de apoio).
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
7 8 9 10 11 12 13
Carg
a (k
N)
Cota de Apoio (m)
Carga por atrito lateral
Carga de ponta
Carga de ruptura
Carga admissível
53
Tabela 4.2 - Capacidade de Carga por Monteiro (1997) – e sua relação, tomando como referência a menor cota de apoio – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m
Cota de Apoio (m)
(kN) (kN) (kN) (kN)
(%)
(%)
(%)
8,0 83,42 38,57 121,99 61,00 100,00 100,00 100,00
9,0 103,85 185,13 288,98 144,49 124,49 480,00 236,89
10,0 197,45 174,84 372,29 186,15 236,68 453,33 305,18
11,0 294,14 257,12 551,26 275,63 352,59 666,67 451,89
12,0 434,49 368,16 802,65 401,32 520,84 954,55 657,96
Relação entre capacidade de carga para a maior e menor
cotas de apoio Ganho de Ganho de Ganho de
Ganho de
Q8,0/Q12,0 5,2 9,5 6,6 6,6
Figura 4.11 – Cota de Apoio x Capacidade de Carga por Monteiro (1997) – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m
Percebe-se na figura 4.11 o crescimento das capacidades de carga quando a
cota de apoio da estaca varia de 8,0m para 12,0m.
O aumento de é de 5,2 vezes, o de é de 9,5 vezes, enquanto que o de
e o de se dão igualmente, 6,6 vezes, como observado na tabela 4.12. Mais
uma vez, mostra-se mais sensível que , quanto à variação do comprimento.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
7 8 9 10 11 12 13
Carg
a (k
N)
Cota de Apoio (m)
Carga por atrito lateral
Carga de ponta
Carga de ruptura
Carga admissível
54
Para , observa-se o mesmo comportamento já observado para Aoki-Velloso
(1975), e, Laprovitera (1988) e Benegas (1993), quando do aumento da cota de
apoio de 9,0m para 10,0m, pelo mesmo motivo também já explanado anteriormente.
Para Monteiro (1997), observou-se também o mesmo comportamento já
observado para Laprovitera (1988) e Benegas (1993) para e , quando da
passagem da cota de apoio de 8,0m para 9,0m e de 9,0m para 10,0m. Laprovitera
(1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997) apresentam comportamento
semelhante.
A tabela 4.13 e a figura 4.12 apresentam a previsão da capacidade de carga
por atrito lateral ( ), de ponta ( ), de ruptura ( ) e admissível ( ), utilizando o
método semi-empírico de Décourt-Quaresma (1978), para diferentes cotas de apoio:
8,0m, 9,0m, 10,0m e 11,0m.
Ainda na tabela 4.13, apresenta-se o aumento da capacidade de carga
quando a cota de apoio da estaca varia de 8,0m (menor cota de apoio) para 11,0m
(maior cota de apoio).
Tabela 4.2 - Capacidade de Carga por Décourt-Quaresma (1978) – e sua relação, tomando como referência a menor cota de apoio – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m
Cota de Apoio (m)
(kN) (kN) (kN) (kN
(%)
(%)
(%)
8,0 109,96 100,14 210,09 105,05 100,00 100,00 100,00
9,0 128,28 159,04 287,32 138,44 116,67 158,82 136,76
10,0 164,93 235,62 400,55 185,78 150,00 235,29 190,65
11,0 267,04 263,11 530,14 265,07 242,86 262,75 252,34
Relação entre capacidade de carga para a maior e menor
cotas de apoio Ganho de Ganho de Ganho de
Ganho de
Q8,0/Q11,0 2,4 2,6 2,5 2,5
55
Figura 4.12 – Cota de Apoio x Capacidade de Carga por Décourt-Quaresma (1978) – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m
Percebe-se na figura 4.12 o crescimento das capacidades de carga quando a
cota de apoio da estaca varia de 8,0m para 11,0m. A tabela 4.20, mostra a
proporção deste crescimento.
Observa-se que o aumento de foi de 2,4 vezes, o de é de 2,6 vezes, o
de e o de é de 2,5 vezes, como observado na tabela 4.13.
Nota-se que para , e , os valores são muito próximos na cota de
apoio de 8,0m, afastando-se nas cotas de apoio de 9,0m e 10,0m, porém
convergindo para valores também muito próximos na cota de apoio de 11,0m.
Para estes autores, não se nota a mesma proporção entre as cargas de
ruptura e admissível, uma vez que o mesmo não trabalha com o mesmo método de
cálculo da carga admissível que os demais autores, conforme mostrado na revisão
bibliográfica.
Comparando-se os quatro métodos estudados, verifica-se que os maiores
valores de são apresentados por Décourt-Quaresma (1978), nas cotas de apoio
de 8,0m e 9,0m. Nas cotas de apoio de 10,0m, 11,0m e 12,0m, os maiores valores
são fornecidos por Laprovitera (1988) e Benegas (1993). Para e , nota-se que
os maiores valores oscilam a cada cota de apoio, porém são sempre menores para
Aoki-Velloso (1975).
Mais uma vez o método de Aoki-Velloso (1975) apresenta valores de
inferiores a 80% dos valores de , não seguindo as recomendações normativas.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
7 8 9 10 11 12 13
Carg
a (k
N)
Cota de Apoio (m)
Carga por atrito lateral
Carga de ponta
Carga de ruptura
Carga admissível
56
Verifica-se também que os maiores ganhos na relação entre capacidade de
carga para a maior e menor cotas de apoio, são de capacidade de carga de ponta.
Observa-se que os percentuais para e tem uma
relação direta e crescente com a cota de apoio da estaca. Os percentuais para
não tem o mesmo comportamento observado anteriormente, há um
pequeno decréscimo quando da passagem da cota de apoio de 9,0m para 10,0m.
Fato este não observado para o método de Décourt-Quaresma (1978).
4.2.2 Percentuais de participação de e na capacidade de carga de
ruptura
A tabela 4.14 e a figura 4.13, referem-se à relação entre a e ,
para diferentes cotas de apoio: 8,0m, 9,0m, 10,0m, 11,0m e 12,0m, para os 4
métodos estudados.
57
Tabela 4.14 - Relação entre as capacidades de carga por atrito lateral e de ponta e a capacidade de carga de ruptura – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m
Aoki-Velloso (1975)
Cota de Apoio (m) (%) (%)
8,0 44,66 55,34
9,0 20,56 79,44
10,0 31,57 68,43
11,0 30,78 69,22
12,0 24,09 75,91
Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Cota de Apoio (m) (%) (%)
8,0 66,08 33,92
9,0 32,58 67,42
10,0 53,08 46,92
11,0 54,67 45,33
12,0 62,49 37,51
Monteiro (1997)
Cota de Apoio (m) (%) (%)
8,0 68,38 31,62
9,0 35,94 64,06
10,0 53,04 46,96
11,0 53,36 46,64
12,0 54,13 45,87
Décourt-Quaresma (1978)
Cota de Apoio (m) (%) (%)
8,0 52,34 47,66
9,0 44,65 55,35
10,0 41,18 58,82
11,0 50,37 49,63
58
Figura 4.13 - Diâmetro x Relação entre Cargas (%) – estaca Strauss com diâmetro
de 0,25m
Observa-se que decresce para três dos métodos estudados, quando do
aumento da cota de apoio de 8,0m para 9,0m e 10,0m para 12,0m, exceção feita ao
método de Décourt-Quaresma (1978), que decresce entre 8,0m e 10,0m. Enquanto
que a relação tem comportamento inverso entre 8,0m e 9,0m, podendo-se
afirmar que exerce maior influência sobre a , para os métodos de Aoki-Velloso
(1975) e Décourt-Quaresma (1978), assim como já observado quando da variação
do diâmetro.
Percebe-se que para Aoki-Velloso (1975), os valores de e são bastante
diferentes, com valores de acima de 55%, desde o primeiro comprimento. Para
Décourt-Quaresma (1978), o comportamento é o mesmo, porém existe um equilíbrio
entre os valores de e .
Observa-se uma queda brusca nos valores da quando do aumento da
cota de apoio de 8,0m para 9,0m, para os métodos de Aoki-Velloso (1975),
Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997), cerca de 100%, enquanto
que para Décourt-Quaresma (1978), esse decréscimo é ameno, cerca de 14%.
Quando do aumento da cota de apoio de 9,0m para 10,0m, o comportamento é
contrário ao observado anteriormente, ou seja, há uma ascensão abrupta para os
métodos de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro
20
30
40
50
60
70
80
7 8 9 10 11 12 13
Rela
ção
en
tre C
arg
as (
%)
Cota de Apoio (m)
Ql/Qr (Aoki-Velloso (1975))
Qp/Qr (Aoki-Velloso (1975))
Ql/Qr (Laprovitera (1988) e Benegas (1993))
Qp/Qr (Laprovitera (1988) e Benegas (1993))
Ql/Qr (Monteiro (1997))
Qp/Qr (Monteiro (1997))
Ql/Qr (Décourt-Quaresma (1978))
Qp/Qr (Décourt-Quaresma (1978))
59
(1997), enquanto que para Décourt-Quaresma (1978) os valores continuam
decrescendo.
Nota-se que os valores para Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro
se mantêm aproximados para todas as cotas de apoio, com exceção da cota de
apoio de 12,0m.
4.2.3 Calculo de – comparação entre os métodos estudados
A tabela 4.15 e a figura 4.14, apresentam a previsão da capacidade de carga
por atrito lateral, utilizando os métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975),
Laprovitera (1988) e Benegas (1993), Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978),
para estacas com diâmetro de 0,25m, e diferentes cotas de apoio: 8,0m, 9,0m,
10,0m, 11,0m e 12,0m.
Tabela 4.15 – Capacidade de Carga por Atrito Lateral – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m
Capacidade de Carga por Atrito Lateral (kN)
Cota de Apoio/Método
Aoki-Velloso (1975)
Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Monteiro (1997)
Décourt-Quaresma (1978)
8,0 43,57 70,12 83,42 109,96
9,0 53,36 91,09 103,85 128,28
10,0 89,81 201,43 197,45 164,93
11,0 127,31 315,70 294,14 267,04
12,0 181,73 481,58 434,49 -
60
Figura 4.14 - Cota de Apoio x Capacidade de Carga por Atrito Lateral – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m
Percebe-se uma relação direta crescente da com a cota de apoio das
estacas, para todos os métodos estudados.
Percebe-se que Aoki-Velloso (1975) mostra-se mais conservador em relação
aos outros autores, uma vez que, os valores de encontrados para todas as cotas
de apoio são inferiores.
O método de Décourt-Quaresma (1978) prevê a maior até a cota de apoio
de 9,0m. A partir desta profundidade Laprovitera (1988) e Benegas (1993),
apresentam os maiores valores para .
4.2.4 Calculo de – comparação entre os métodos estudados
A tabela 4.16 e a figura 4.15, apresentam a previsão da capacidade de carga
de ponta, utilizando os métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera
(1988) e Benegas (1993), Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978), para
estacas, com diâmetro de 0,25m e diferentes cotas de apoio: 8,0m, 9,0m, 10,0m,
11,0m e 12,0m.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
8 9 10 11 12
Cap
acid
ad
e d
e C
arg
a p
or
Atr
ito
Late
ral
(KN
)
Cota de Apoio (m)
Aoki-Velloso (1975)
Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Monteiro (1997)
Décourt-Quaresma (1978)
61
Tabela 4.16 - Capacidade de Carga de Ponta – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m
Capacidade de Carga de Ponta (kN)
Cota de Apoio/Método
Aoki-Velloso (1975)
Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Monteiro (1997)
Décourt-Quaresma (1978)
8,0 54,00 36,00 38,57 100,14
9,0 206,17 188,50 185,13 159,04
10,0 194,71 178,02 174,84 235,62
11,0 286,34 261,80 257,12 263,11
12,0 572,69 289,07 368,16 -
Figura 4.15 - Diâmetro x Capacidade de Carga de Ponta– estaca Strauss com diâmetro de 0,25m
Percebe-se na figura 4.15, o crescimento da , para Décourt-Quaresma
(1978), à medida que há um crescimento da cota de apoio da estaca. Isto se deve
ao aumento do valor de , uma vez que o diâmetro da estaca é o mesmo e o
parâmetro “C”, para todas as cotas de apoio, apresentar o mesmo valor, uma vez
que o solo é o mesmo.
Para os demais autores, observa-se quando do aumento da cota de apoio de
9,0m para 10,0m, um decréscimo no valor de . Isto se deve, unicamente, ao fato
do SPT da camada que serve de apoio para a ponta da estaca, ser menor para a
cota de apoio de 10,0m, uma vez que o diâmetro da estaca é constante, 0,25m, o
0
100
200
300
400
500
600
8 9 10 11 12 Cap
acid
ad
e d
e C
arg
a d
e P
on
ta (
KN
)
Cota de Apoio (m)
Aoki-Velloso (1975)
Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Monteiro (1997)
Décourt-Quaresma (1978)
62
tipo de solo da cota de apoio da estaca é o mesmo, logo o parâmetro k é igual, e o
método executivo também é o mesmo, implicando num valor de F1 igual, fato este já
observado anteriormente, quando da análise de para cada autor, individualmente.
O que se observa é que a capacidade de carga de ponta teve um aumento
maior do que a capacidade de carga por atrito lateral, quando do aumento da cota
de apoio da estaca de 8,0m para 11,0m.
Além disso, nota-se que as curvas do gráfico de , para os métodos
estudados, são muito próximas umas das outras, afastando-se apenas, quando do
aumento da cota de apoio de 11,0m para 12,0m.
Os valores de são maiores para Aoki-Velloso (1975) e quase idênticos
para Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997).
4.2.5 Calculo de – comparação entre os métodos estudados
A tabela 4.17 e a figura 4.16, apresentam a previsão da capacidade de carga
de ruptura, utilizando os métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975),
Laprovitera (1988) e Benegas (1993), Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978),
para estacas com diâmetro de 0,25m, e diferentes cotas de apoio: 8,0m, 9,0m,
10,0m, 11,0m e 12,0m.
Tabela 4.17 - Capacidade de Carga de Ruptura – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m
Capacidade de Carga de Ruptura (kN)
Cota de Apoio/Método
Aoki-Velloso (1975)
Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Monteiro (1997)
Décourt-Quaresma (1978)
8,0 97,57 106,12 121,99 210,09
9,0 259,53 279,59 288,98 287,32
10,0 284,52 379,45 372,29 400,55
11,0 413,65 577,50 551,26 530,14
12,0 754,42 770,65 802,65 -
63
Figura 4.16 - Diâmetro x Capacidade de Carga de Ruptura – estaca Strauss com
diâmetro de 0,25m
Nota-se que a capacidade de carga de ruptura tem uma relação direta e
crescente, quando da análise da cota de apoio.
Os maiores resultados obtidos, para as cotas de apoio de 8,0m e 10,0m, são
para o método de Décourt-Quaresma (1978), uma vez que a sua parcela de ponta é
mais representativa, pois a média dos três SPT’s da ponta resultou em um valor
mais elevado. Para a cota de apoio de 9,0m, os métodos de Monteiro (1997) e
Décourt-Quaresma (1978), apresentaram os maiores valores, para a cota de apoio
de 11,0m, Monteiro (1997) e Laprovitera (1988) e Benegas (1993) e, para a cota de
apoio de 12,0m, Monteiro (1997). Embora os parâmetros k e α variem para cada
método, esses resultados encontram explicação na composição desses parâmetros
com a área de contato da estaca com o solo. Os maiores valores de k e α foram
sugeridos por Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997), para as cotas
de apoio analisadas. Já os menores resultados obtidos, para todas as cotas de
apoio, são para o método de Aoki-Velloso (1975).
Comparando-se os 4 métodos estudados, percebe-se um aumento da relação
com o aumento da cota de apoio da estaca. Os maiores valores podem
ser observados para o método de Laprovitera (1988) e Benegas (1993), seguido do
50
150
250
350
450
550
650
750
850
8 9 10 11 12 Cap
acid
ad
e d
e C
arg
a d
e R
up
tura
(K
N)
Cota de Apoio (m)
Aoki-Velloso (1975)
Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Monteiro (1997)
Décourt-Quaresma (1978)
64
método de Monteiro (1997), Aoki-Velloso (1975) e Décourt-Quaresma (1978),
respectivamente.
Percebe-se o aumento da relação com o aumento da cota de
apoio da estaca, para o método de Décourt-Quaresma (1978). Para os demais
autores, o mesmo comportamento pode ser observado, com exceção quando da
passagem da cota de apoio de 9,0m para 10,0m, onde há uma queda de valores.
O resumo das conclusões obtidas em relação aos métodos semi-empíricos,
para a variação da cota de apoio, pode ser observado na tabela 4.18.
4.18 - Resumo das conclusões dos métodos semi-empíricos para a variação da cota de apoio da estaca – estaca Strauss com diâmetro de 0,25m
VARIAÇÃO DA COTA DE APOIO
Ql; Qp; QR; Qadm
Q/Q(8,0m)
4.2.1
Q cresce com a profundidade Maior Ql (8,0m e 9,0m) – Décourt-Quaresma (1978) Maior Ql (10,0m, 11,0m e 12,0m) - Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Menor QR - Aoki-Velloso (1975)
Ql/QR; Qp/QR
4.2.2
Maior a cota de apoio - Menor Ql/QR e Maior Qp/QR
Maior participação de Qp - Aoki-Velloso (1975); Décourt-Quaresma (1978) Maior participação de Ql - Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997)
Ql - Métodos 4.2.3
Menor Ql - Aoki-Velloso (1975)
Qp - Métodos 4.2.4
Maior Qp - Aoki-Velloso (1975)
Qp quase idênticos para Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997)
QR - Métodos 4.2.5
Menor QR - Aoki-Velloso (1975)
65
5 CONCLUSÕES
A partir da análise dos resultados de previsão de capacidade de carga utilizando
os quatro métodos estudados, as principais conclusões obtidas são:
A) Conclusões com relação à variação do diâmetro da estaca:
- O ganho de capacidade de carga por atrito lateral não foi muito significativo
quando do aumento de um diâmetro para outro. Porém, quando o diâmetro aumenta
de aproximadamente 2 vezes (0,25m para 0,45m), o ganho de capacidade de carga
por atrito lateral foi de 80% para os quatro métodos estudados, mantido o mesmo
perfil de solo.
- O ganho de capacidade de carga de ponta para as mesmas variações de
diâmetros, foi muito mais significativo quando comparado com a carga por atrito
lateral. Quando o diâmetro aumenta de 0,25m para 0,45m, foi de cerca de 224%,
mantido o mesmo perfil de solo.
- O método de Aoki-Velloso (1975) é bastante conservador no cálculo de
capacidade de carga por atrito lateral, e o método de Monteiro (1997), no cálculo de
capacidade de carga de ponta, quando da análise da variação de diâmetro.
- O método de Laprovitera (1988) e Benegas (1993) apresenta maiores
resultados para a capacidade de carga por atrito lateral, pois, a sua relação
apresenta maiores valores. Enquanto que o método de Aoki-Velloso (1975)
apresenta maiores resultados para a capacidade de carga de ponta, pois a sua
relação
apresenta maiores valores. Ambos da análise da variação de diâmetro.
- A capacidade de carga das estacas, representada pela capacidade de carga
de ruptura, tem seus maiores valores apresentados pelo método de Laprovitera
(1988) e Benegas (1993), enquanto o método de Aoki-Velloso (1975) mostra-se
mais conservador para esta previsão, quando da observação da variação do
diâmetro.
B) Conclusões com relação à variação na cota de apoio da estaca:
- O ganho de capacidade de carga por atrito lateral não foi significativo quando a
cota de apoio da estaca aumentou de um metro para outro, porém, quando esta
aumentou de 8,0m para 12,0m, esse ganho foi de cerca de 317% para o método de
66
Aoki-Veloso (1975), 587% para o método de Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e
de 421% para o método de Monteiro (1997). Para o método de Décourt-Quaresma
(1978), há um ganho de capacidade de carga por atrito lateral, porém foi o método
que apresentou o menor ganho, cerca de 143%, quando do aumento da sua cota de
apoio de 8,0m para 11,0m, para o mesmo perfil de solo.
- O ganho de capacidade de carga de ponta também só se mostrou significativo
quando a variação da cota de apoio da estaca se deu entre o menor e o maior
valores. Para a variação de 8,0m para 12,0m, esse ganho foi de cerca de 961% para
o método de Aoki-Veloso (1975), 703% para o método de Laprovitera (1988) e
Benegas (1993), e de 855% para o método de Monteiro (1997). Para o método de
Décourt-Quaresma (1978), esse ganho foi de cerca de 163%, para o mesmo perfil
de solo.
- O método de Aoki-Velloso (1975) é mais conservador para a capacidade de
carga por atrito lateral, para a variação da cota de apoio da estaca, assim como
aconteceu quando o diâmetro variou.
- A capacidade de carga das estacas, representada pela capacidade de carga
de ruptura, apresenta menores valores para o método de Aoki-Veloso (1975),
quando da observação da variação da cota de apoio.
C) Conclusões gerais:
- A capacidade de carga de ponta, quando comparada à capacidade de carga
por atrito lateral, mostra-se mais sensível às variações das dimensões das estacas,
tanto para o diâmetro quanto para o comprimento, exercendo assim, maior influência
para a capacidade de carga de ruptura, para o perfil estudado.
- As capacidades de carga admissível de praticamente todos os diâmetros, para
os quatro métodos estudados, tiveram resultados acima dos valores especificados
na tabela 3.3 - Diâmetros comerciais e carga admissível de algumas estacas.
- A hipótese estabelecida no começo do trabalho não foi confirmada para e
quando da variação do diâmetro, pois o menor aumento foi de 29%. Entretanto,
para os valores de essa hipótese foi confirmada, a partir do segundo diâmetro
(0,32m). Neste caso, o maior aumento foi de 19%. Neste trabalho, considerou-se
que até 20% o aumento não é relevante. Para a variação da cota de apoio da
67
estaca, para todas as situações estudadas, a hipótese não foi confirmada, para o
perfil de solo estudado.
Em valores absolutos, a variação de diâmetro exerce maior influência sobre a
capacidade de carga da estaca do que a variação de comprimento. Ou seja, os
valores de capacidade de carga são muito maiores, para o perfil estudado.
Em valores relativos, observou-se que quando se aumenta o comprimento
das estacas, o ganho na capacidade de carga é muito maior do que quando se
aumenta o diâmetro, para o perfil estudado.
Como não se dispõe de resultados de provas de carga, não foi possível
observar, para o solo estudado, se o método de Monteiro (1997) promoveu
melhorias nos resultados.
É imprescindível a realização de provas de carga para que os resultados
calculados pelos métodos estudados possam ser aferidos quanto à previsão da
capacidade de carga de estacas.
68
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
- Analisar a influência das dimensões na previsão da capacidade de carga de
estacas, utilizando os métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Décourt-
Quaresma (1978), Laprovitera (1988) e Benegas (1993) e Monteiro (1997),
comparando com resultados de provas de carga.
- Utilizar outro tipo de estaca escavada, no mesmo perfil de solo e comparar com os
resultados obtidos para a estaca Strauss, para avaliar a influência dos parâmetros
sugeridos pelos métodos de capacidade de carga estudados.
69
7 REFERÊNCIAS
ALMEIDA NETO, José Albuquerque de. Análise do desempenho de estacas
hélice contínua e ômega – Aspectos Executivos. 2002. 174p. Dissertação
(Mestrado em Engenharia) – Universidade de São Paulo, São Paulo – SP.
ALONSO, Urbano Rodrigues. Exercícios de fundações. São Paulo: Ed. Edgard
Blücher, 1983.
ALVES, Eder Chaveiro; VIANA, Paulo Márcio Fernandes; FONSECA, Antônio
Luciano. Uso de Fórmulas Dinâmicas para Verificar a Capacidade de Carga de
Estacas Cravadas: Estudo de Caso Baseado na Teoria da Energia Complementar.
2008. In: XV Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica
(COBRAMSEG), São Paulo.
AMANN, Kurt André Pereira. Discussão de Conceito e Validação da "Hierarquia dos
Solos" a partir da Análise dos Métodos Semi-Empíricos para Previsão da
Capacidade de Carga de Estacas. 2006. In: XIII Congresso Brasileiro de Mecânica
dos Solos e Engenharia Geotécnica (COBRAMSEG), São Paulo.
AMANN, Kurt André Pereira. Metodologia semiempírica unificada para estimativa
da capacidade de carga de estacas - V.1. 2010. 430p. Tese (Doutorado em
Engenharia) – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo – SP.
ANDRAOS, Neile Cristina. Ensaio de carregamento dinâmico em estacas
moldadas in locu: contribuições para a seleção do sistema de impacto e
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VELLOSO, Dirceu de Alencar; LOPES, Francisco de Rezende. Fundações. Volume
2. Fundações Profundas. Rio de Janeiro: COPPE/ UFRJ, 2002.
73
8 ANEXOS
8.1 ANEXO A – PARÂMETROS ESTABELECIDOS PELOS DIFERENTES
MÉTODOS SEMI-ÉMPÍRICOS DE PREVISÃO DE CAPACIDADE DE CARGA
DE ESTACAS
Os métodos semi-empíricos introduzem características referentes ao tipo de
solo e ao processo executivo das estacas, em suas equações, através de
parâmetros.
Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988), Benegas (1993) e Monteiro (1997)
estabelecem os parâmetros k e α, para o tipo de solo, e F1 e F2 para o método
executivo, apresentados nas tabelas A.1 a A.6. Décourt-Quaresma (1978)
estabelecem os valores de C referentes ao tipo de solo, conforme tabela A.7.
Tabela A.1 – Valores de k e α propostos por Aoki-Velloso (1975) (VELLOSO e LOPES, 2002 - adaptado)
Tipo de solo k (kPa) α
Areia 1000 0,014
Areia siltosa 800 0,020
Areia silto-argilosa 700 0,024
Areia argilo-siltosa 500 0,028
Areia argilosa 600 0,030
Silte arenoso 550 0,022
Silte areno-argiloso 450 0,028
Silte 400 0,030
Silte argilo-arenoso 250 0,030
Silte argiloso 230 0,034
Argila arenosa 350 0,024
Argila areno-siltosa 300 0,028
Argila silto-arenosa 330 0,030
Argila siltosa 220 0,040
Argila 200 0,060
74
Tabela A.2 – Valores de F1 e F2 propostos por Aoki-Velloso (1975) (VELLOSO e LOPES, 2002)
Tipo de estaca F1 F2
Franki 2,5 5
Metálica 1,75 3,5
Pré-moldada de concreto 1,75 3,5
Escavada 3 6
Tabela A.3 – Valores de k e α propostos por Laprovitera (1988) (VELLOSO e
LOPES, 2002 - adaptado)
Tipo de solo k (kPa) α
Areia 600 0,014
Areia siltosa 530 0,019
Areia silto-argilosa 530 0,024
Areia argilo-siltosa 530 0,028
Areia argilosa 530 0,030
Silte arenoso 480 0,030
Silte areno-argiloso 380 0,030
Silte 480 0,030
Silte argilo-arenoso 380 0,030
Silte argiloso 300 0,034
Argila arenosa 480 0,040
Argila areno-siltosa 300 0,045
Argila silto-arenosa 300 0,050
Argila siltosa 250 0,055
Argila 250 0,060
75
Tabela A.4 – Valores de F1 e F2 propostos por Laprovitera (1988) e Benegas (1993) (VELLOSO e LOPES, 2002)
Tipo de estaca F1 F2
Franki 2,5 3
Metálica 2,4 3,4
Pré-moldada de concreto 2 3,5
Escavada 4,5 4,5
Tabela A.5 – Valores de k e α propostos por Monteiro (1997) (VELLOSO e LOPES,
2002 - adaptado)
Tipo de solo k (kPa) α
Areia 730 0,021
Areia siltosa 680 0,023
Areia silto-argilosa 630 0,024
Areia argilo-siltosa 570 0,029
Areia argilosa 540 0,028
Silte arenoso 500 0,030
Silte areno-argiloso 450 0,032
Silte 480 0,032
Silte argilo-arenoso 400 0,033
Silte argiloso 320 0,036
Argila arenosa 440 0,032
Argila areno-siltosa 300 0,038
Argila silto-arenosa 330 0,041
Argila siltosa 260 0,045
Argila 250 0,055
76
Tabela A.6 – Valores de F1 e F2 propostos por Monteiro (1997) (VELLOSO e LOPES, 2002)
Tipo de estaca F1 F2
Franki de fuste apiloado 2,3 3
Franki de fuste vibrado 2,3 3,2
Metálica 1,75 3,5
Pré-moldada de concreto cravada à percussão 2,5 3,5
Pré-moldada de concreto cravada por prensagem 1,2 2,3
Escavada com lama betonítica 3,5 4,5
Raiz 2,2 2,4
Strauss 4,2 3,9
Hélice contínua 3 3,8
Tabela A.7 – Valores de C propostos por Décourt-Quaresma (1978) (VELLOSO e LOPES, 2002 - adaptado)
Tipo de solo C (kPa)
Argilas 120
Siltes argilosos (alteração de rocha) 200
Siltes arenosos (alteração de rocha) 250
Areias 400
81
8.5 ANEXO E - MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS PREVISÕES DE CAPACIDADE
DE CARGA
Apresenta-se neste anexo, a memória de cálculo das previsões de
capacidade de carga para os métodos de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e
Benegas (1993), Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978).
Estacas da obra A, separadas em diâmetro e comprimento.
E.1 OBRA A - DIÂMETRO
A seguir são apresentados os valores encontrados para a previsão da
capacidade de carga da obra A, com variação do diâmetro da estaca, para cada
método estudado.
Tabela E1.1 – Dados utilizados para o cálculo da capacidade de carga para as
estacas da obra 1, através do método de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e
Benegas (1993), Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978).
Tipo de estaca Strauss
Cota de apoio (m) 11,50
Iteração Diâmetro (m)
1 0,25
2 0,32
3 0,38
4 0,45
Tabela E1.2 – Camadas do solo utilizadas para o cálculo da capacidade de carga
para as estacas da obra A, através do método de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera
(1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997), para uma profundidade de 11,5m.
Camada Espessura da camada (m) Nlmédio Tipo de solo
2 6,60 4 Silte arenoso, fofo, com pedregulho fino,
variegado (cinza)
3 1,50 7,5 Argila areno-siltosa, mole a dura, variegada
(cinza)
4 2,40 40 Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
82
Tabela E1.3 – Área de ponta de cada diâmetro das estacas da obra A, utilizadas
para o método de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Benegas (1993),
Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978).
D1 (m) Ap1 (m²)
0,25 0,049
D2 (m) Ap2 (m²)
0,32 0,080
E.1.1 Aoki-Velloso (1975)
Tabela E1.1.1 – Dados da ponta das estacas da obra A, utilizados para o método de
Aoki-Velloso (1975).
Np Np
utilizado k (kPa) F1
25/10 50 350 3,0
Tabela E1.1.2 – Área lateral de cada camada de solo das estacas da obra A e dados
de cada uma dessas camadas utilizados para o método de Aoki-Velloso (1975).
Camada Espessura da camada
(m) Al1 (m²) Al2 (m²) Al3 (m²) Al4 (m²) α k (kPa) F2
2 6,60 5,184 6,635 7,879 9,331 0,022 550 6,0
3 1,50 1,178 1,508 1,791 2,121 0,028 300 6,0
4 2,40 1,885 2,413 2,865 3,393 0,024 350 6,0
Tabela E1.1.3 – Carga por atrito lateral de cada camada de solo das estacas da obra
A, utilizadas para o método de Aoki-Velloso (1975).
Iteração 1 2 3 4
Ql2 41,815 53,523 63,558 75,266
Ql3 12,370 15,834 18,802 22,266
Ql4 105,558 135,114 160,447 190,004
D3 (m) Ap3 (m²)
0,38 0,113
D4 (m) Ap4 (m²)
0,45 0,159
83
E.1.2 Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Tabela E2.1.1 – Dados da ponta das estacas da obra A, utilizados para o método de
Laprovitera (1988) e Benegas (1993).
Np Np
utilizado k (kPa) F1
25/10 50 480 4,5
Tabela E2.1.2 – Área lateral de cada camada de solo das estacas da obra A e dados
de cada uma dessas camadas utilizados para o método de Laprovitera (1988) e
Benegas (1993).
Camada Espessura da camada
(m) Al1 (m²) Al2 (m²) Al3 (m²) Al4 (m²) α k (kPa) F2
2 6,60 5,184 6,635 7,879 9,331 0,030 480 4,5
3 1,50 1,178 1,508 1,791 2,121 0,045 300 4,5
4 2,40 1,885 2,413 2,865 3,393 0,040 480 4,5
Tabela E2.1.3 – Carga por atrito lateral de cada camada de solo das estacas da obra
A utilizadas para o método de Laprovitera (1988) e Benegas (1993).
Iteração 1 2 3 4
Ql2 66,350 84,929 100,853 119,431
Ql3 26,507 33,929 40,291 47,713
Ql4 321,699 411,775 488,983 579,058
E.1.3 Monteiro (1997)
Tabela E3.1.1 – Dados da ponta das estacas da obra A, utilizados para o método de
Monteiro (1997).
Np Np
utilizado k (kPa) F1
25/10 50 440 4,2
84
Tabela E3.1.2 – Área lateral de cada camada de solo das estacas da obra A e dados
de cada uma dessas camadas utilizados para o método de Monteiro (1997).
Camada Espessura da camada
(m) Al1 (m²) Al2 (m²) Al3 (m²) Al4 (m²) α k (kPa) F2
2 6,60 5,184 6,635 7,879 9,331 0,030 500 3,9
3 1,50 1,178 1,508 1,791 2,121 0,038 300 3,9
4 2,40 1,885 2,413 2,865 3,393 0,032 440 3,9
Tabela E3.1.3 – Carga por atrito lateral de cada camada de solo das estacas da obra
A, utilizadas para o método de Monteiro (1997).
Iteração 1 2 3 4
Ql2 79,748 102,078 121,217 143,547
Ql3 25,828 33,059 39,258 46,490
Ql4 272,207 348,425 413,755 489,973
E.1.4 Décourt-Quaresma (1978)
Tabela E4.1.1 – Valores de SPT do fuste das estacas da obra A, utilizados para o
método de Décourt-Quaresma (1978).
Profundidade (m) Nl Nl utilizado
2,0 4 4
3,0 4 4
4,0 4 4
5,0 4 4
6,0 4 4
7,0 4 4
8,0 4 4
9,0 11 11
10,0 36 36
Nlmédio 8,333
85
Tabela E4.1.2 – Dados da ponta das estacas da obra A, utilizados para o método de
Décourt-Quaresma (1978).
Np Np utilizado C (kPa) Tipo de solo
34 34 - Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
25/10 50 120 Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
25/10 50 - Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
Npmédio 44,667
E.2 OBRA 1 - COMPRIMENTO
A seguir são apresentados os valores encontrados para a previsão da
capacidade de carga da obra A, com variação do comprimento da estaca, para cada
método estudado.
Tabela E1.2 – Dados utilizados para o cálculo da capacidade de carga para as
estacas da obra A, através do método de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e
Benegas (1993), Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978).
Tipo de estaca Strauss
Diâmetro (m) 0,25
Variação na Cota de Apoio Cota de apoio (m)
1 8,0
2 9,0
3 10,0
4 11,0
5 12,0
86
Tabela E2.2 – Camadas do solo utilizadas para o cálculo da capacidade de carga
para as estacas da obra A, referentes a cada iteração, através do método de Aoki-
Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997), para um
diâmetro de 0,25m.
Iteração 1
Camada Espessura da camada (m) Nlmédio Tipo de solo
2 6,60 4 Silte arenoso, fofo, com pedregulho
fino, variegado (cinza)
3 0,40 4 Argila areno-siltosa, mole a dura,
variegada (cinza)
Iteração 2
Camada Espessura da camada (m) Nlmédio Tipo de solo
2 6,60 4 Silte arenoso, fofo, com pedregulho
fino, variegado (cinza)
3 1,40 7,5 Argila areno-siltosa, mole a dura,
variegada (cinza)
Iteração 3
Camada Espessura da camada (m) Nlmédio Tipo de solo
2 6,60 4 Silte arenoso, fofo, com pedregulho
fino, variegado (cinza)
3 1,50 7,5 Argila areno-siltosa, mole a dura,
variegada (cinza)
4 0,90 36 Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
Iteração 4
Camada Espessura da camada (m) Nlmédio Tipo de solo
2 6,60 4 Silte arenoso, fofo, com pedregulho
fino, variegado (cinza)
3 1,50 7,5 Argila areno-siltosa, mole a dura,
variegada (cinza)
4 1,90 35 Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
Iteração 5
Camada Espessura da camada (m) Nlmédio Tipo de solo
2 6,60 4 Silte arenoso, fofo, com pedregulho
fino, variegado (cinza)
3 1,50 7,5 Argila areno-siltosa, mole a dura,
variegada (cinza)
4 2,90 40 Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
Tabela E2.3 – Área da ponta das estacas da obra A, utilizadas para o método de
Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), Monteiro (1997) e
Décourt-Quaresma (1978).
D (m) Ap (m²)
0,25 0,049
87
E.2.1 Aoki-Velloso (1975)
Tabela E2.1.1 – Dados da ponta das estacas da obra A, referentes a cada iteração,
utilizados para o método de Aoki-Velloso (1975).
Iteração 1
Np1 Np utilizado k (kPa) F1
11 11 300 3,0
Iteração 2
Np2 Np utilizado k (kPa) F1
36 36 350 3,0
Iteração 3
Np3 Np utilizado k (kPa) F1
34 34 350 3,0
Iteração 4
Np4 Np utilizado k (kPa) F1
25/10 50 350 3,0
Iteração 5
Np5 Np utilizado k (kPa) F1
25/10 50 700 3,0
88
Tabela E2.1.2 – Dados do fuste das estacas da obra A, referentes a cada iteração,
utilizados para o método de Aoki-Velloso (1975).
Iteração 1
Espessura da camada (m) Al (m²) α k (kPa) F2
6,60 5,184 0,022 550 6,0
0,40 0,314 0,028 300 6,0
Iteração 2
Espessura da camada (m) Al (m²) α k (kPa) F2
6,60 5,184 0,022 550 6,0
1,40 1,100 0,028 300 6,0
Iteração 3
Espessura da camada (m) Al (m²) α k (kPa) F2
6,60 5,184 0,022 550 6,0
1,50 1,178 0,028 300 6,0
0,90 0,707 0,024 350 6,0
Iteração 4
Espessura da camada (m) Al (m²) α k (kPa) F2
6,60 5,184 0,022 550 6,0
1,50 1,178 0,028 300 6,0
1,90 1,492 0,024 350 6,0
Iteração 5
Espessura da camada (m) Al (m²) α k (kPa) F2
6,60 5,184 0,022 550 6,0
1,50 1,178 0,028 300 6,0
2,90 2,278 0,024 350 6,0
Tabela E2.1.3 – Carga por atrito lateral de cada camada de solo das estacas da obra
A, utilizadas para o método de Aoki-Velloso (1975).
Iteração 1 2 3 4 5
Ql2 41,815 41,815 41,815 41,815 41,815
Ql3 1,759 11,545 12,370 12,370 12,370
Ql4 - - 35,626 73,121 127,549
89
E.2.2 Laprovitera (1988) e Benegas (1993)
Tabela E2.2.1 – Dados da ponta das estacas da obra A, referentes a cada iteração,
utilizados para o método de Laprovitera (1988) e Benegas (1993).
Iteração 1
Np1 Np utilizado k (kPa) F1
11 11 300 4,5
Iteração 2
Np2 Np utilizado k (kPa) F1
36 36 480 4,5
Iteração 3
Np3 Np utilizado k (kPa) F1
34 34 480 4,5
Iteração 4
Np4 Np utilizado k (kPa) F1
25/10 50 480 4,5
Iteração 5
Np5 Np utilizado k (kPa) F1
25/10 50 530 4,5
90
Tabela E2.2.2 – Dados do fuste das estacas da obra A, referentes a cada iteração,
utilizados para o método de Laprovitera (1988) e Benegas (1993).
Iteração 1
Espessura da camada (m) Al (m²) α k (kPa) F2
6,60 5,184 0,030 480 4,5
0,40 0,314 0,045 300 4,5
Iteração 2
Espessura da camada (m) Al (m²) α k (kPa) F2
6,60 5,184 0,030 480 4,5
1,40 1,100 0,045 300 4,5
Iteração 3
Espessura da camada (m) Al (m²) α k (kPa) F2
6,60 5,184 0,030 480 4,5
1,50 1,178 0,045 300 4,5
0,90 0,707 0,040 480 4,5
Iteração 4
Espessura da camada (m) Al (m²) α k (kPa) F2
6,60 5,184 0,030 480 4,5
1,50 1,178 0,045 300 4,5
1,90 1,492 0,040 480 4,5
Iteração 5
Espessura da camada (m) Al (m²) α k (kPa) F2
6,60 5,184 0,030 480 4,5
1,50 1,178 0,045 300 4,5
2,90 2,278 0,040 480 4,5
Tabela E2.2.3 – Carga por atrito lateral de cada camada de solo das estacas da obra
A, utilizadas para o método de Laprovitera (1988) e Benegas (1993).
Iteração 1 2 3 4 5
Ql2 66,350 66,350 66,350 66,350 66,350
Ql3 3,770 24,740 26,507 26,507 26,507
Ql4 - - 108,573 222,844 388,720
91
C.2.3 Monteiro (1997)
Tabela E2.3.1 – Dados da ponta das estacas da obra A, referentes a cada iteração,
utilizados para o método de Monteiro (1997).
Iteração 1
Np1 Np utilizado k (kPa) F1
11 11 300 4,2
Iteração 2
Np2 Np utilizado k (kPa) F1
36 36 440 4,2
Iteração 3
Np3 Np utilizado k (kPa) F1
34 34 440 4,2
Iteração 4
Np4 Np utilizado k (kPa) F1
25/10 50 440 4,2
Iteração 5
Np5 Np utilizado k (kPa) F1
25/10 50 630 4,2
92
Tabela E2.3.2 – Dados do fuste das estacas da obra A, referentes a cada iteração,
utilizados para o método de Monteiro (1997).
Iteração 1
Espessura da camada (m) Al (m²) α k (kPa) F2
6,60 5,184 0,030 500 3,9
0,40 0,314 0,038 300 3,9
Iteração 2
Espessura da camada (m) Al (m²) α k (kPa) F2
6,60 5,184 0,030 500 3,9
1,40 1,100 0,038 300 3,9
Iteração 3
Espessura da camada (m) Al (m²) α k (kPa) F2
6,60 5,184 0,030 500 3,9
1,50 1,178 0,038 300 3,9
0,90 0,707 0,032 440 3,9
Iteração 4
Espessura da camada (m) Al (m²) α k (kPa) F2
6,60 5,184 0,030 500 3,9
1,50 1,178 0,038 300 3,9
1,90 1,492 0,032 440 3,9
Iteração 5
Espessura da camada (m) Al (m²) α k (kPa) F2
6,60 5,184 0,030 500 3,9
1,50 1,178 0,038 300 3,9
2,90 2,278 0,032 440 3,9
Tabela E2.3.3 – Carga por atrito lateral de cada camada de solo das estacas da obra
A, utilizadas para o método de Monteiro (1997).
Iteração 1 2 3 4 5
Ql2 79,748 79,748 79,748 79,748 79,748
Ql3 3,673 24,106 25,828 25,828 25,828
Ql4 - - 91,870 188,560 328,917
93
E.2.4 Décourt-Quaresma (1978)
Tabela E2.3.1 – Valores de SPT do fuste das estacas e dados da ponta das estacas
da obra A, utilizados para o método de Décourt-Quaresma (1978).
Iteração 1
Profundidade (m) Nl Nl utilizado
2,0 4 4
3,0 4 4
4,0 4 4
5,0 4 4
6,0 4 4
7,0 4 4
Nlmédio 4,000
Np Np utilizado C (kPa) Tipo de solo
4 4 - Argila areno-siltosa, mole a dura, variegada (cinza)
11 11 120 Argila areno-siltosa, mole a dura, variegada (cinza)
36 36 - Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
Npmédio 17,000
Iteração 2
Profundidade (m) Nl Nl utilizado
2,0 4 4
3,0 4 4
4,0 4 4
5,0 4 4
6,0 4 4
7,0 4 4
8,0 4 4
Nlmédio 4,000
Np Np utilizado C (kPa) Tipo de solo
11 11 - Argila areno-siltosa, mole a dura, variegada (cinza)
36 36 120 Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
34 34 - Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
Npmédio 27,000
94
Iteração 3
Profundidade (m) Nl Nl utilizado
2,0 4 4
3,0 4 4
4,0 4 4
5,0 4 4
6,0 4 4
7,0 4 4
8,0 4 4
9,0 11 11
Nlmédio 4,875
Np Np utilizado C (kPa) Tipo de solo
36 36 - Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
34 34 120 Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
25/10 50 - Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
Npmédio 40,000
Iteração 4
Profundidade (m) Nl Nl utilizado
2,0 4 4
3,0 4 4
4,0 4 4
5,0 4 4
6,0 4 4
7,0 4 4
8,0 4 4
9,0 11 11
10,0 36 36
Nlmédio 8,333
Np Np utilizado C (kPa) Tipo de solo
34 34 - Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
25/10 50 120 Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
25/10 50 - Argila arenosa, dura, variegada (cinza)
Npmédio 44,667
95
Tabela E2.3.2 – Área lateral das estacas da obra A, utilizados para o método de
Décourt-Quaresma (1978).
Iteração 1 Cota de Apoio (m) Al (m²)
8,00 4,712
Iteração 2 Cota de Apoio (m) Al (m²)
9,00 5,498
Iteração 3
Cota de Apoio (m) Al (m²)
10,00 6,283
Iteração 4
Cota de Apoio (m) Al (m²)
11,00 7,069