fundações profundas

download fundações profundas

of 71

  • date post

    11-Jul-2015
  • Category

    Documents

  • view

    5.616
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of fundações profundas

Disciplina: FUNDAES Cdigo: 101134 Professor: Erinaldo Hilrio Cavalcante Notas de Aula FUNDAES PROFUNDAS Captulo 7 Capacidade de Carga e Recalque Aracaju, maio de 2005 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL REA DE GEOTECNIA E ENGENHARIA DE FUNDAES 1831.0Introduo185 2.0Capacidade de Carga de Estacas185 2.1Conceituao Bsica da Capacidade de Carga de Estacas Isoladas186 2.2O Conceito de Ruptura186 2.3Mtodos de Previso de Capacidade de Carga de Estacas188 2.3.1Frmulas Tericas (Racionais) para Resistncia de Ponta188 2.3.2Frmulas Tericas (Racionais) para a Resistncia de Atrito Lateral194 2.3.3Frmulas Semi-Empricas que Empregam o SPT200 2.3.3.1Mtodo de Aoki e Velloso (1975)200 2.3.3.2Mtodo de Dcourt e Quaresma (1978)203 2.3.3.3Mtodo de Velloso (1981)205 2.3.3.4Mtodo de Teixeira206 2.3.3.5Mtodos para Casos Particulares de Estacas207 2.3.4Frmulas Semi-Empricas que Empregam o CPT209 2.3.4.1Mtodo de Philipponat209 2.3.4.2Mtodo de Holeyman210 2.3.4.3Mtodo de Almeida et al. (1996) - CPTU211 2.3.5Realizao de Provas de Carga Estticas212 2.3.5.1Prova de carga lenta (SML)213 2.3.5.2Prova de carga rpida (QML)213 2.3.5.3Montagem de uma Prova de Carga213 2.3.5.4Extrapolao e Interpretao de uma Curva Carga - Recalque214 2.3.6RecomendaesQuantoaoUsodosMtodosdePrevisodeCapacidadede Carga 216 3.0Capacidade de Carga de Tubules217 3.1Comportamento dos Tubules217 3.2Tubules a Cu Aberto219 3.3Tubules a Ar Comprimido221 4.0Mtodos Dinmicos de Capacidade de Carga de Estacas222 4.1Observao da resposta cravao do sistema soloestaca222 4.2Sistemas de cravao de estacas223 4.3Frmulas Dinmicas de Capacidade de Carga224 4.3.1Frmula Geral ou de Hiley226 4.3.2Frmula dos Holandeses226 4.3.3Frmula dos Dinamarqueses227 4.3.4Frmula de Brix227 1845.0Estimativas de Recalques de Fundaes Profundas228 5.1Transferncia de Carga e Recalque da Estaca para o Solo228 5.2Mtodos para Previso de Recalques de Estacas229 5.2.1Mtodos Tericos (Teoria da Elasticidade)230 5.2.1.1Mtodo de Poulos & Davis (1968)230 5.2.1.2Mtodo de Vsic (1969, 1975)232 5.2.2Mtodos Semi-Empricos234 5.2.3Ajuste da Curva Carga-Recalque235 6.0Procedimentos Gerais de Projeto237 6.1Disposio das estacas em bloco237 6.2Arrasamento da estaca243 7.0Grupos de Estacas e Tubules244 7.1Capacidade de Carga de Grupo de Estacas Instaladas em Areias244 7.2Capacidade de Carga de Grupo de Estacas Instaladas em Argila245 7.3Recalque de Grupo de Estacas246 7.3.1Recalque de Grupo de Estacas Instaladas em Areias247 8.0Atrito Negativo247 8.1Avaliao do Atrito Negativo em Estacas Isoladas248 8.2Atrito Negativo Coeficiente de Segurana249 8.3Preveno do Atrito Negativo249 8.4Atrito Negativo em Grupo de Estacas249 9.0Exemplos de Aplicao250 10.0Bibliografia Consultada252 Acargaadmissveldeumestaqueamento(grupodeelementosisoladosdefundaoemestacas)fixadapor cada profissional que se julgue especialista neste tipo de fundao. O valor numrico por ele fixado decorre de sua experincia pessoal com aquele tipo especfico de fundao naquela formao geolgica, quando executado com o equipamentodaquelafirmaespecializada.Nestecontextofundaoumaarteeasdecisesdeengenharia dependero da sensibilidade e experincia do artista. Neste caso, entende-se por experincia profissional o fato de terprojetadoumestaqueamentoparaumdeterminadovalordecargaadmissveletertomadoconhecimento posterior do seu comportamento sob ao deste tipo de carga em prova de carga esttica. Se o comportamento foi satisfatriohtendnciaemseconsolidarovaloradotadoeatdeaument-lomedidaqueaexperinciase acumulasemprecombonsresultados.Seocomportamentofoideficienteatendnciacontrria.Aexperincia confere uma medida confiabilidade de um determinado tipo de fundao e um fator subjetivo. (Prof. Nelson Aoki, 2000). 1851.0Introduo Noprojetodeumafundaoprofundaoengenheirodevesepreocuparnoscomaseguranaem relao perda de capacidade de carga, mas, e tambm (embora em menor grau) com a avaliao dos recalquesquepodemocorrersobascargasdetrabalho.Seroestudadosnestecaptuloosmtodos estticosedinmicosutilizadosparaclculoouestimativadacapacidadedecargadeestacase tubules, para o caso de cargas axiais. 2.0Capacidade de Carga de Estacas Em se tratando de capacidade de carga de uma estaca, a primeira coisa a verificar sua capacidade de resistir aos esforos atuantes sem sofrer fissuras ou se romper. sua resistncia estrutural. Neste caso, deacordocomsuasdimensesedomaterialutilizado,cadatipodeestacatemumacapacidadede cargaestrutural.ATabela7.1,extradadolivrodeVellosoeLopes(2002),mostraacapacidade estrutural e tambm a tenso mxima () para estacas prmoldadas de concreto. Tabela 7.1 Capacidade de carga estrutural de estacas prmoldadas de concreto (Velloso e Lopes, 2002). Umavezsatisfeitasuacapacidadeestrutural,umsistemaestaca-solosubmetidoaumacargavertical resistir a essa solicitao parcialmente pela resistncia ao cisalhamento gerada ao longo de seu fuste e parcialmente pelas tenses normais geradas ao nvel de sua ponta. Portanto, podemos definir como capacidadedecargadeumsistemaestaca-solo(Qr)acargaqueprovocaarupturadoconjunto 186formado pelo solo e a estaca. Essa carga de ruptura pode ser avaliada atravs dos mtodos estticos, dinmicos e das provas de carga. Por sua vez, os mtodos estticos se dividem em: i)mtodosracionaisoutericos:utilizamsoluestericasdecapacidadedecargae parmetros do solo; ii)mtodossemi-empricos:sebaseiamemensaiosinsitudepenetrao,comopor exemplo, o SPT e o CPT. Poderiasefalaraindadosmtodosempricos,apartirdosquaissepodetambmestimar, grosseiramente, a capacidade de carga de uma estaca ou tubulo com base apenas na descrio das camadas atravessadas. 2.1 Conceituao Bsica da Capacidade de Carga de Estacas Isoladas Nos mtodos estticos, parte-se do equilbrio entre a carga aplicada mais o peso prprio da estaca ou tubuloearesistnciaoferecidapelosolo,conformemostradonaFigura7.1.Oequilbrioexpresso com a seguinte equao: Qr + W = Qp + Ql (1) em queQr = capacidade de carga total da estaca. W = peso prprio da estaca. Qp = capacidade de carga de ponta (de base). Ql = capacidade de carga do fuste (atrito/adeso lateral). Namaioriaabsolutadoscasos,opesoprpriodesprezvelemvirtudedasuapoucarepresentao emrelaoscargasatuantessobreaestaca,detalformaqueaEquao1podeserreescrita introduzindo-se as resistncias unitrias (qp e ql), da seguinte maneira: + =L0l p p rdz q U q A Q (2) ou + = ll p p rq U q A Q (3) em que Ap = rea da ponta da estaca (base) qp = resistncia de ponta unitria U = permetro da estaca ql = resistncia lateral unitria l = trecho do comprimento da estaca ao qual se refere ql. 187AEquao3deveservirdepremissaparatodososmtodosdecapacidadedecargadeestacase tubules.Evidentemente,otipodeestacaeoperfildoterrenodeterminaroparacadacasoquem prevalecenacapacidadedecargatotal,searesistnciadepontaouoatritolateralouambos.Para efeitosde melhorcompreenso,aFigura7.1 serdenominadaestacaderefernciaoupadro,que de deslocamento, de concreto armado e seo circular, com dimetro B. Figura 7.1 Estaca padro submetida a carga de ruptura de compresso. 2.2 O Conceito de Ruptura Oautordestetrabalhoconsideradesumaimportnciadeixarclarooconceitoderuptura,vistoque, conformelembradoporDcourtetal.(1998),asteoriasdecapacidadedecargasereferemaruptura sem muitas vezes serem discutidas as deformaes necessrias para atingi-la. Asverificaesexperimentaisdecapacidadedecargasointerpretadasemtermosdecurvacarga-recalque,emqueainexistnciadecondiesclarasderupturaquasesemprearegrageral.Da,a necessidadedeseterumadefinioderuptura.DeBeer(1988)apresentaosconceitosderuptura fsica e ruptura convencional, conforme definies que seguem. Ruptura fsica (QUU) : definida como o limite da relao do acrscimo do recalque da ponta da estaca (SB) pelo acrscimo de carga (Q), tendendo ao infinito, ou seja: Q QUU=para QSB(4) 188Dcourt (1996) prope definir a ruptura fsica a partir do conceito de rigidez. Para o autor, a rigidez de uma fundao qualquer (R) expressa a relao entre a carga a ela aplicada e o recalque produzido (s). Portanto, nesta conceituao, a ruptura fsica acontece quando o valor da rigidez se torna nulo, ou seja: QUU = limite de Q quando s .Portanto, 0sQR =(5) Ruptura convencional (QUC): definida quando existe uma carga correspondente a uma deformao da ponta(oudotopo)equivalenteaumpercentualdodimetrodaestaca,sendo10%deB,nocasode estacas de deslocamento e de estacas escavadas em argila, e 30% no caso de estacas escavadas em solos granulares. 2.3 Mtodos de Previso de Capacidade de Carga de Estacas 2.3.1 Frmulas Tericas (Racionais) para Resistncia de Ponta SegundoVellosoeLopes(2002),asprimeirasfrmulastericasforamdesenvolvidasnoinciodo sculo XIX. Sero apresentadas inicialmente as formulaes para resistncia de ponta, que se baseiam naTeoriadaPlasticidadee,emseguida,sodesenvolvidasasteoriasusadasparaclculoda resistncia de atrito lateral. i) Soluo de Terzaghi amesmateoriadesenvolvidaparaacapacidadedecargadefundaessuperficiais.Nestecaso,a rupturadosoloabaixodapontadaestaca,nopodeocorrersemdeslocamentodesoloparabaixoe para cima, conforme mostrado na Figura 7.2. Figura 7.2 Configuraes da ruptura para fundaes profundas: (a) Terzaghi; (b) Meyerhof. SeaolongodocomprimentoLdaestacaosolobemmaiscompressvelqueoexistenteabaixoda base, as tenses cisalhantes (l) provocadas ao longo do fuste pelos deslocamentos so desprezveis. 189Assim,ainflunciadosoloqueenvolveaestasemelhantedeumasobrecarga(q=.L),ea resistncia de ponta ser calculada por uma das frmulas usadas em fundaes superficiais: NBLN cN qq c rup p26 0 2 1 , ,,+ + = (6) para estacas de base circular e dimetro B, ou NBLN cN qq c rup p28 0 2 1 , ,,+ + =(7) para estacas de base quadrada, de lado B. Emargilashomogneas,emcondionodrenada(=0),aresistnciadepontasetorna praticamenteconstanteparavaloresdeL/Dacimade4,podendoseradmitidaiguala9Su,portanto, independentedasdimensesdaestaca,comosugereSkempton(1951).NaTabela7.2so apresentados os valores dos fatores de capacidade de carga Nc, Nq e N, para o caso de ruptura geral, e Nc, Nq e N, para o caso de ruptura localizada. Tabela 7.2 Fatores de capacidade de carga propostos por Bowles (1968). ii) Soluo de Meyerhof anloga soluo de Terzaghi, tendo a seguinte diferena: enquanto na soluo de Terzaghi o solo situado acima do nvel da base da fundao substitudo por uma sobrecarga frouxa L, onde as linhas de ruptura so interrompidas no plano BD, na soluo de Meyerhof essas linhas de ruptura so levadas ao macio situado acima de tal plano, conforme mostrado na Figura 7.2b.Meyerhof (1953) props um procedimento relativamente simples para o clculo da capacidade de carga de estacas, sendo a resistncia de ponta obtida de: NBLN K cN qq s c rup p2+ + =,(8) 190em queKS = coeficiente de empuxo do solo contra o fuste na zona de ruptura prxima ponta e Nc Nq e N = fatores de capacidade de carga, que dependem de e da relao L/B. OsvaloresdeKS,empuxodoterrenocontraofuste,navizinhanadapontadeumaestacacravada situam-seemtornode0,5(areiasfofas)e1,0(areiascompactas),conformeresultadosobtidosde ensaios de laboratrio e de campo (Velloso e Lopes, 2002).No caso de fundaes profundas, o valor da relao L/B muito grande. Por essa razo, despreza-se a ltima parcela da Equao 8, ficando: q s c rup pLN K cN q + =, (9) onde os fatores Nc e Nq so obtidos dos bacos da Figura 7.3, para o caso de estacas de seo circular ou quadrada e para valores comuns de . Capacidade de carga de estacas em solos argilosos: como neste caso, = 0, a Equao 9 reescrita: L S qu rup p + = 5 9,, (10) onde Nc est entre 9 e 10, e de acordo coma Teoria da Plasticidade, Nq = 1 e KS aproximadamente igualunidade.Exige-sequeapontadaestacapenetrenacamadaargilosapelomenos2B.Para penetraesmenores,valordeNcdiminuiquaselinearmenteat2/3doseuvalorquandoabasese apia no topo da camada argilosa. Figura 7.3 Fatores de capacidade de carga propostos por Meyerhof (1953). 191Capacidade de carga de estacas em solos granulares: como neste caso, c = 0, a Equao 9 fica: q s rup pLN K q =,(11) necessrioqueapontadaestacapenetrepelomenos2Bnacamadadebase.Parapenetraes menoresque2B,seroutilizadososvaloresdeNq eNquecorrespondampenetraoreal, introduzindo-os na Equao 8, com c = 0. Capacidadedecargadeestacasemsolosestratificados:paraumaestacainstaladaemperfildesolo estratificado,pode-seconsiderararesistnciaporatritolateraltotalcomosendoasomadas resistnciasindividuaisdecadacamadaatravessada.Jaresistnciadeponta,inevitavelmente, determinada pela camada na qual est fincada a ponta da estaca, conforme as Equaes 10 e 11. iii) Soluo de Berezantzev A soluo de Berezantzev contempla a capacidade de ponta de estacas em solos arenosos. De acordo com essa soluo, a parcela correspondente dimenso da estaca (B) no desprezada, obtendo-se a seguinte expresso: L B B A qT k k rup p + =,(12) em que os valores do coeficiente T so obtidos da relao L/B e do ngulo , conforme mostrado na Tabela 7.3. Os valores de AK e BK so tambm funes de , sendo obtidos das curvas da Figura 7.4.De acordo com essa formulao, a tenso horizontal contra o fuste da estaca cravada no cresce linear e indefinidamente com a profundidade, contrrio ao que intuitivamente se poderia pensar. Tabela 7.3 Valores de T para aplicao do mtodo de Berezantzev et al (1961), citados por Velloso e Lopes (2002). 192 Figura 7.4 Fatores de capacidade de carga propostos por Berezantzev et al. (1961). iv) Soluo de Vsic Nasformulaesdassoluesclssicas,aresistnciadepontadeumaestacafunoapenasda resistncia do solo. Cabe ressaltar, todavia, que a rigidez do solo desempenha um papel fundamental, visto que o mecanismo de ruptura funo dessa rigidez. Da, a introduo de solues baseadas na teoria de expanso de cavidades em um meio elasto-plstico, conforme esquematizado na Figura 7.5. NapropostadeVsic(1972),aresistnciadepontadeumafundaoprofundapodeserobtidada seguinte equao: N cN qc rup p 0 ,+ =(13) em que vooK 32 1 += (13A) K0 = coeficiente de empuxo no estado de repouso. v = tenso vertical efetiva no nvel da ponta da estaca. Nc, N = fatores de capacidade de carga (Tabela 7.4), relacionados pela expresso: ( ) cot 1 = N Nc(13B) 193ParaentradanaTabela7.4,necessrio,almdongulo,dondicedeRigidez(Ir),quepodeser calculado com a seguinte equao: ( )( ) tg cGtg cEIr 1 2 +=+ += (13C) Nc so os valores superiores, enquanto N so os nmeros inferiores em cada linha corresponde a cada valor de mostrados na Tabela 7.4. DaEquao13seobservaqueVsicexpressaaresistnciadepontaemfunodatensonormal mdia (v) atuando no nvel da ponta da estaca. Figura 7.5 (a) Analogia entre a ruptura de ponta de uma estaca e a expanso de uma cavidade esfrica; (b) mecanismo de expanso de uma cavidade esfrica (Velloso e Lopes, 2002, apud Vsic, 1972).

Tabela 7.4 Fatores de capacidade de carga Nc e N propostos por Vsic. 1942.3.2 Frmulas Tericas (Racionais) para a Resistncia de Atrito Lateral A segunda parcela da capacidade de carga de uma estaca a resistncia de atrito lateral, conforme foi mostrado nas Equaes 2 e 3. O tratamento terico aplicado ao atrito lateral unitrio (ql) anlogo ao usadopara analisararesistnciaaodeslizamentodeumslidoemcontatocomosolo.Dessaforma, seu valor , usualmente, considerado como a soma de duas parcelas: tg L K c tg K c tg c qs a v s a h a rup l + = + = + = , (14) em que ca a aderncia entre a estaca e o solo, h a tenso horizontal mdia atuando na superfcie lateral da estaca na ruptura e o ngulo de atrito entre a estaca e o solo. Os valores de ca e podem, em determinados casos, serem determinados atravs de ensaios de laboratrio, executando-se ensaios de resistncia ao cisalhamento na interface entre o material da estaca e o solo, porm, esse processo est sujeito a limitaes (p. ex., o nvel de tenso horizontal na superfcie de contato). Por isso, ql,rup comumepreferencialmenteestimadocombaseemdadosempricosoriundosdeobservaesde campo. Outro aspecto importante lembrado por Velloso e Lopes (2002) fato comprovado: medies emestacasinstrumentadascravadasemsolosgranularesparecemmostrarqueoatritolateralno crescecomaprofundidadeabaixodecertaprofundidade,denominadacrtica,assumindodapara baixo um valor constante. a) Frmula de Terzaghi: Terzaghi(1943)apresentaaparceladeresistnciacorrespondendoaoefeitodeprofundidadeda seguinte forma: qLN1 , onde 1 seria o peso especfico majorado, obtido com o seguinte raciocnio: na ruptura, a rea anelar BD, da Figura 7.2a, tende a subir, o que faz surgir uma fora resistente dada por: ( )((

+ + B n BBn Ll4122 (15) em que nB o dimetro externo da rea anelar e a resistncia ao cisalhamento do solo. Por unidade de rea, tem-se: ( )( )LBnB n BBn Lql1222214141 =((

+ + = (16) onde ( ) 1421++ =n Bnl (17) adotando-se para n o valor que torna mnima a capacidade de carga da estaca. 195A maior limitao do uso da Equao 17 (e tambm 18) refere-se s incertezas sobre o valor de , pois astensesdecisalhamentoaolongodasuperfcieDE,naFigura7.2a,somuitodependentesda compressibilidadedosolo.Sendoosolopoucocompressvel(areiascompactas),astenses cisalhantes na regio DE so muito significativas. Em contrapartida, no caso de solos fofos (areia fofa muitocompressvel),essastensescisalhantesaolongodeDEsoinexpressivas,vistoqueo movimentonecessrioaumapenetraodafundaoparabaixopodeserproduzidoporuma compressolateraldaareialocalizadaabaixodeBDea tendnciaparalevantarareiaacima dabase da estaca , certamente, insignificante. Portanto, quando se escolhe um valor de para a Equao 17, deve-sesuporumamobilizaoincompletadaresistnciaaocisalhamentodosoloaolongoda superfciecilndricaDE.Emtodocaso,acompressibilidadedosolodeveserlevadaemconsiderao pelo fato dela influenciar decisivamente na capacidade de carga da fundao. b) Frmula de Meyerhof: TendocomobaseaEquao14,Meyerhofpropeasseguintesexpressesparaclculodoatrito lateral unitrio de estacas: cos 2__L K Sh=(18) parasolosgranulares(ca=0),sendoongulodeatritosolo-estacae __SK ocoeficientedeempuxo mdio ao longo de todo o fuste. O atrito lateral unitrio da estaca, obtido em consonncia com a Equao 18, ser dado por: tgL KqSrup l2___,= (19) O valor mdio de KS (__SK ) pode ser determinado a partir de ensaios de penetrao esttica, analisando-seosvaloresdaresistncialateral;KSseriaobtidonotrechoinferior(2Ba4B)dahastedeensaioe __SK obtidaapartirdamdiadosKSobtidosemdiferentesprofundidades.NaTabela7.5,deBroms (1966), so apresentados valores de KS para fins de estimativas do atrito lateral unitrio. Para sugere-se os seguintes valores (Velloso e Lopes, 2002 apud Aas, 1966): Estacas de ao: = 20 Estacas de concreto: 43 = Estacas de madeira: 32= Tabela 5 Valores de KS (Broms, 1966). Tipo de EstacaAreia fofaAreia compacta Metlica (ao)0,51,0 Concreto1,02,0 Madeira1,53,0 196Observaes: i) se a ponta da estaca estiver apoiada numa profundidade L, abaixo do lenol fretico, a capacidade de carga total da estaca (Qr) dever ser reduzida pela aplicao do seguinte coeficiente multiplicador: LL 11||.|

\| (20) em que o peso especfico do solo submerso. ii) para solos argilosos ( = 0), Meyerhof prope a seguinte expresso para a aderncia lateral: a rup lc q =, (21) emquecaacoesodosolo,quedependedoprocessoexecutivodaestacaedasensibilidadeda argila. Para uma estaca cravada em uma argila pouco sensvel, pode-se adotar ca = Su (resistncia ao cisalhamento no drenada), com limite superior aproximado da ordem de 100 kPa. O fato da resistncia lateral crescer e atingir um valor mximo da resistncia no drenada da argila, levou os pesquisadores a comparar estas duas resistncias por uma expresso do tipo:u rup lS q =, (22) em que um coeficiente que pode variar de 0,2 a 1,25, de acordo com o tipo de estaca e o tipo solo, conforme mostrado na Figura 7.6. Figura 7.6 Valores do coeficiente de adeso para atrito lateral de estacas. c) Frmula Geral para Solos Arenosos: Foivistoqueql,rupdependededuasparcelas:i)aderncia(ca),aqualindependedatensonormal efetiva (h) que atua contra o fuste e ii) a parcela de atrito, que a sim, proporcional a essa tenso. A experincia adquirida com estacas de rugosidade normal permite adotar tg = tg , sendo o ngulo deatritointernodosoloamolgadoemtermosdetensesefetivas.Comoatensonormalatuando contraofustenormalmenterelacionadatensoverticalefetivanaprofundidadecorrespondente, 197atravs de um coeficiente de empuxo KS, pode-se reescrever a Equao 14, para solos granulares (ca = 0) da seguinte forma: , ,, tg K qv s rup l= (23) SegundoVellosoeLopes(2002),ocoeficienteKSafetadopelocomprimentoeformadaestaca, principalmente se for cnica. Em estacas escavadas e jateadas, KS igual ou menor que K0 (coeficiente deempuxonorepouso).Emestacascravadascompequenodeslocamento,eleumpoucomaior, porm,raramenteexcedendo1,5,mesmoemareiascompactas.Paraestacascravadascurtasede grandedeslocamento,instaladasemareia,KSpodeseaproximardocoeficientedeempuxopassivo, dado por Kp = tg2 (45 + /2). d) Mtodos para Solos Argilosos: d.1)Mtodo:nossolosargilosos,aresistncialateraltemsidorelacionadaresistnciaao cisalhamento (coeso) no drenada, conforme visto na Equao 22. Os valores de : so apresentados na Figura 7.7, cujas curvas levam em considerao a natureza da camada sobrejacente e a resistncia no-drenada da argila antes da instalao da estaca. d.2)Mtodo:DeacordocomdiscussesapresentadasemVellosoeLopes(2002),Burland(1973) sugeriuqueoatritoestaca-solonofosseassociadoresistnciaaocisalhamentono-drenada,mas sim s condies de tenses efetivas, de cuja proposta so tiradas as seguintes consideraes: i)Antes do carregamento, os excessos de poropresso gerados na instalao da estaca esto completamente dissipados; ii)Uma vez que a zona de maior distoro em torno do fuste delgada, o carregamento ocorre em condies drenadas; iii)Emdecorrnciadoamolgamentocausadoduranteainstalao,osolonotercoeso efetiva, razo pela qual o atrito lateral em qualquer ponto ser dado por: tg qhrup l,,= (24) onde h a tenso horizontal efetiva que atua na estaca e o ngulo de atrito efetivo entre a argila e o fuste da estaca. iv)Admite-se que a tenso horizontal efetiva proporcional tenso vertical efetiva inicial, v: , ,vohK = (25) 198 Figura 7.7 Curvas para obteno do coeficiente (Velloso e Lopes, 2002, apud Tomlinson, 1994). Com relao Equao 25, h que se ter bastante cuidado para no confundir K com o coeficiente de empuxo do solo no repouso, K0, visto que o valor de K muito dependente do processo de instalao daestacanosolo,quepodesermuitodiferentedasituaooriginal.ComaEquao25,pode-se reescrever a Equao 24 da seguinte forma: tg K qvrup l,,0= (26) Da Equao 26, o produto Ktg pode ser substitudo pelo smbolo , resultando em: Ktgqvrup l= =,,0 (26A) Valores mdios de podem ser obtidos empiricamente, a partir de provas de carga, desde que se tenha deixado passar algum tempo entre a instalao da estaca e a realizao do ensaio, e que o ensaio seja realizado de forma lenta. 199Valores de para argilas moles normalmente adensadas: , ,sena atg |.|

\| = 1 (26B) onde a o ngulo de atrito do solo amolgado e drenado, que estima-se se situar entre 20 e 30. Valores de para argilas rijas: A resistncia lateral de argilas rijas muito difcil de se avaliar. Para uma estaca ideal, cuja instalao no provoque grandes perturbaes no terreno, razovel admitir-se que a resistncia lateral total seja dada por: L tg K B QLvrup l =000 ,, (27) onde B e L so o dimetro e o comprimento da estaca, respectivamente.O valor mdio de ql,rup da resistncia unitria da estaca seria dado por: L tg KL BLQqLvrup lrup l = = 00,0,,1 (27A) Mtodo : Nesta abordagem, expressa-se a resistncia lateral em funo da tenso vertical efetiva e da resistnciano-drenadadaargila.Porisso,omtodorecebetambmadenominaodeenfoque misto. Neste caso, a resistncia lateral pode ser calculada por: |.|

\|+ =uvrup lS q 20,, (28) emqueumcoeficientequedependedocomprimentodaestaca,oqualvariade0,1paraestacas com mais de 50m de comprimento a 0,3 para estacas menores de 10m. Evoluo da Resistncia com o Tempo aps a Cravao da Estaca Pesquisastmreveladoqueapsacravaodeumaestacaemumdepsitodeargilamolehum aumento considervel da resistncia lateral com o decorrer do tempo. Esse aumento na resistncia est associadomigraodeguadosporos,causadapeloexcessodeporopressogeradodurantea cravao da estaca.Vriospesquisadorestmconfirmadoessaocorrncia(VellosoeLopes,2002),dosquaispode-se destacar Soderberg (1962), o qual prope uma equao para previso do tempo (t) necessrio para o desenvolvimentodamximacapacidadedecargadaestacaapartirdacravao.Conformevistona Equao 29, esse tempo proporcional ao quadrado do dimetro ou raio da estaca (r). Neste caso, o ganho de resistncia com o tempo seria controlado pelo fator tempo (Th), definido por: 2002rt CThh=(29) onde Ch coeficiente de adensamento horizontal do solo. Vsic(1977)observouexperimentalmentequeestacascravadasdeat35cmdedimetroatingema capacidade de carga mxima ao final de um ms, ao passo que estacas com 60cm de dimetro podem levar at um ano para atingir essa capacidade de carga (Velloso e Lopes, 2002).Nocasodeestacascravadasemargilasrijas,podehaverdiminuiodasporopressesnaargilaao redor do fuste, como conseqncia da cravao. Neste caso, haveria uma migrao da gua dos poros, contrriareferidaanteriormente,provocandoumaespciedeamolecimentodaargilanumaregio anelar no entrono do fuste, tendo como conseqncia uma reduo da capacidade de carga da estaca com o decorrer do tempo, a partir da cravao. 2.3.3 Frmulas Semi-Empricas que Empregam o SPT Os mtodos tericos e experimentais e os ensaios de laboratrio so imprescindveis para estabelecer a influncia relativa de todos os parmetros envolvidos nos clculos de capacidade de carga. Todavia, a utilizaodosmtodostericosnaprticadaengenhariadefundaes,extremamenterestrita,uma vezqueamaioriadosparmetrosdosolonecessriosaessasanlises,muitasvezes,dedifcil determinao.Emcontrapartida,correlaesentretensescorrespondentesaestados-limitesderupturaedadosde resistncias penetrao obtidos de ensaios in situ, so simples e fceis de serem estabelecidas. As frmulassemi-empricassooriundasdeajustesestatsticosfeitoscomequaesdecorrelaoque tm embutido em sua essncia os princpios definidos nos mtodos tericos e/ou experimentais. NoBrasil,dosmtodosutilizadosparaodimensionamentodefundaesemestacas,doisso reconhecidamente os mais empregados: o mtodo de Aoki e Velloso (1975) e o de Dcourt e Quaresma (1978).Haindamtodosdesenvolvidosparatiposespecficosdeestacas,aexemplododeVelloso (1981) e o de Cabral (1986), este ltimo empregado exclusivamente para estaca-raiz. 2.3.3.1 Mtodo de Aoki e Velloso (1975) Essemtodofoidesenvolvidoapartirdeumestudocomparativoentreresultadosdeprovasdecarga emestacasedeSPT,maspodeserutilizadotambmcomdadosdoensaiodepenetraodocone (CPT).Aexpressodacapacidadedecargafoiconcebidarelacionando-searesistnciadepontaeo atritolateraldaestacaresistnciadeponta(qc)doCPT.Paralevaremcontaasdiferenasde comportamento entre a estaca (prottipo) e o cone (modelo), os autores propuseram a introduo dos coeficientes F1 e F2, ou seja: 2011Fcpqq = (30) 2Fclqq= (31) Introduzindo-se correlaes entre o SPT e o CPT (coneholands,mecnico),eocoeficiente estabelecidoporBegemann(1965)para correlacionaroatritolateraldoconecom ponteiraBegemanncomatensodeponta,qc, tem-se: qc = k.N (32) para a resistncia de ponta da estaca, e qc = k.N (33) para a resistncia lateral da estaca. Logo,acapacidadedecargatotaldaestaca ser: lF F + =2 1kNUkNA Qp r(34)OsvaloresdekedesoapresentadosnaTabela7.6,enquantoosvaloresdeF1eF2 constamna Tabela 7.7. Tabela 7.6 Valores de k e (Aoki e Velloso, 1975). Tipo de solok (kgf/cm2) (%) Areia10,01,4 Areia siltosa8,02,0 Areia silto-argilosa7,02,4 Areia argilo-siltosa5,02,8 Areia argilosa6,03,0 Silte arenoso5,52,2 Silte areno-argiloso4,52,8 Silte4,03,0 Silte argilo-arenoso2,53,0 Silte argiloso2,33,4 Argila arenosa3,52,4 Argila areno-siltosa3,02,8 Argila silto-arenosa3,33,0 Argila siltosa2,24,0 Argila2,06,0 Tabela 7.7 Valores de F1 e F2 (Aoki e Velloso, 1975; Velloso et al., 1978). Tipo de estaca F1F2 Franki2,505,0 Metlica1,753,5 Premoldada de concreto1,753,5 Escavada3,006,0 Paraoclculodeqp,ovalordeNsero encontradonacotadeapoiodaestaca, enquanto que para o atrito lateral, o valor de N corresponde camada de espessura l. OmtododeAokieVelloso(1975)foi adaptado, posteriormente, para aplicao em estacatiporaiz,hliceemega.Nestes casos,sugere-sevaloresdeF1=2,0eF2= 4,0. Outrascontribuiesforamincorporadasao mtodooriginaldeAokieVelloso(1975), sendoaltimaatribudaaMonteiro(1997), inclusive adicionando outros tipos de estacas, conforme apresentado nas Tabelas 7.8 e 7.9. Recomendaesparaaplicaodomtodo de Aoki e Velloso, modificado por Monteiro: i) valor de N limitado a 40; ii)paraoclculodaresistnciadeponta, ql,rup,deveroserconsideradosvaloresao longo de espessuras iguais a 7e 3,5 vezes o dimetro da ponta, para cima e para baixo da profundidadedabase(verFigura7.8).De acordocomaFigura7.8,ovalordeqp,rupa ser adotado ser dado pela Equao 35: 202Tabela 7.8 Valores de k e (Monteiro, 1997). Tipo de solok (kgf/cm2) (%) Areia7,31,4 Areia siltosa6,82,0 Areia silto-argilosa6,32,4 Areia argilo-siltosa5,72,8 Areia argilosa5,43,0 Silte arenoso5,02,2 Silte areno-argiloso4,52,8 Silte4,83,0 Silte argilo-arenoso4,03,0 Silte argiloso3,23,4 Argila arenosa4,42,4 Argila areno-siltosa3,02,8 Argila silto-arenosa3,33,0 Argila siltosa2,64,0 Argila2,56,0 Tabela7.9ValoresdeF1eF2(Monteiro 1997). Tipo de estacaF1F2 Franki fuste apiloado2,303,0 Franki fuste vibrado2,303,2 Metlica1,753,5 Premoldada de concreto*2,503,5 Premoldada de concreto**1,202,3 Escavada com lama3,504,5 Raiz2,202,4 Strauss4,203,9 Hlice Contnua3,003,8 * cravada a percusso ** cravada por prensagem Figura 7.8 Proposta para determinao da resistncia de ponta de estacas (Monteiro, 1997). 2,pi psrup pq qq+= (35) No caso de estacas Franki, a rea da ponta calculada com o volume da base alargada (Vb), admitida superfcie de forma esfrica: 32p43VA((

=b(36) 2032.3.3.2 Mtodo de Dcourt e Quaresma (1978) Essesautoresapresentaramumapropostaparaestimativadacapacidadedecargadeestacacom basenosvaloresdoNdoSPT.Omtodofoioriginalmentedesenvolvidoparaestacasde deslocamento,mas,aexemplodomtododeAokieVelloso,tempassadopormodificaespara contemplar outros tipos de estacas. O mtodo de Dcourt e Quaresma tanto usa dados do SPT quanto do SPT-T. Desse ltimo, se pode obter o Neq (N equivalente), que segundo Dcourt (1991), o valor do Torque,emkgf.m,dividopor1,2,conformeaEquao37.ONeqassimcalculadocorrespondeaum valor do N do SPT obtido sob um nvel de eficincia da ordem de 72%. Entenda-se como eficincia (), o valor da energia efetivamente usada para cravar o amostrador no solo dividida pela energia potencial do martelo (de 65 kgf) no instante em que o mesmo erguido at uma altura igual a 0,75 m. 1,2TNeq = (37) a) Resistncia de ponta A resistncia de ponta da estaca obtida da equao 38: __rup p,N C. q = (38) onde C apenas funo do tipo de solo, conforme mostrado na Tabela 7.10, e s para estaca cravada. Tabela 7.10 Valores de C para o mtodo de Dcourt e Quaresma (1978). Estaca cravada Tipo de solo tf/m2kN/m2 Argilas12120 Siltes argilosos20200 Siltes arenosos25250 Areias40400 O valor __N a ser usado na Equao 38 corresponde mdia de trs valores de N: o do nvel da ponta da estaca, o imediatamente abaixo e o imediatamente acima desta. b) Atrito lateral So considerados os valores do N ao longo do fuste, sem levar em conta aqueles utilizados no clculo da resistncia de ponta, os menores que 3 e os superiores a 50. Dessa forma, obtm-se a mdia e, com auxlio da Equao 39, estima-se o valor do atrito mdio, em kN/m2, ao longo do fuste da estaca. |||.|

\|+ = 13_N10rup l,q(39) 2042.3.3.2.1 Mtodo de Dcourt e Quaresma para outras tipos de Estacas Paracontemplaroutrostiposdeestacas,diferentesdaestacapadro,definidacomoumaestaca cravada no solo (de deslocamento) e cilndrica, no ano de 1996 Dcourt sugeriu incluir na equao de capacidadedecargacoeficientesdeponderaoparaaponta()eparaoatritolateral(),obtendo assim a seguinte equao: lAlqpApqrQ + = (40) ou ainda, |||.|

\|+ + = 13lNpAp_N CrQ_10 (41) em quep__N a resistncia penetrao na regio da ponta da estaca eL__Ncorresponde mdia de N aolongodofuste,ressaltandoquenocasodovalordeNsermenorque3,ovaloradotadodeveser iguala3,usando-seomesmocritrioparaN15(adota-seN=15)paraestacasescavadas.Os coeficientesesosugeridosnaTabela7.11.Cabelembrarquearupturaaquidefinida,quandoa mesmanoindicada,correspondecargaqueprovocaumrecalquenotopodaestacade10%do seu dimetro. O coeficiente de segurana da norma brasileira global e igual a 2,0. Entretanto, no mtodo de Dcourt e Quaresma so propostos valores de FS parciais para a resistncia de ponta (FSp = 4) e para o atrito lateral (FSl = 1,3). Assim a carga admissvel da estaca (Qadm) ser o menor dos dois valores calculados conforme exposto a seguir: 3 , 1 0 , 4, , rup l rup padmQ QQ + = e0 , 2radmQQ =(42) Tabela 7.11 Valores de e propostos por Dcourt e Quaresma (1978). Tipo de estaca Tipo de soloEscavadas em geral Escavada (bentonita) Hlice contnua Estaca-raizInjetada sob altas pressesArgilas 0,85 0,80 0,85 0,90* 0,30* 1,00* 0,85* 1,50* 1,00* 3,00* Solos intermediarios 0,60 0,65 0,60 0,75* 0,30* 1,00* 0,60* 1,50* 1,00* 3,00* Areias 0,50 0,50 0,50 0,60* 0,30* 1,00* 0,50* 1,50* 1,00* 3,00* * valores apenas orientativos, diante do reduzido nmero de dados disponveis. 2052.3.3.3 Mtodo de Velloso (1981) Pedro Paulo da Costa Velloso (Velloso, 1981) apresentou um critrio para o clculo da capacidade de carga de estacas e de grupos de estacas, com base no CPT. Para uma estaca, de comprimento L, fuste de dimetro B e ponta Bp, a capacidade de carga pode ser obtida da seguinte equao: rup l rup p rQ Q Q, ,+ = = + =i rup l rup p p rl q U q A Q, , (43) onde Ap = rea da ponta da estaca = fator da execuo da estaca ( = 1, estaca escavada, = 0,5 para estacas cravadas) = fator de carregamento ( = 1 para estacas comprimidas e, = 0,7 para estacas tracionadas) = fator de dimenso da base bB0,016 1,016p = (44) = 0 para estacas tracionadas e Bp = B. em que b = dimetro da ponta do CPT (= 3,6cm para o cone padro) ql,rup = atrito lateral mdio em cada camada de solo atravessada pela estaca qp,rup = resistncia de ponta da estaca. Observaes: a) Dispondo-se apenas de resultados de sondagem com SPT, para o mtodo de Velloso (1981), pode-se adotar: baNrup pq =, (45) ,,bN arup lq =(46) onde N a resistncia penetrao do SPT e os parmetros a, b, a e b, so obtidos de correlaes entre o SPT e o CPT, cujos valores so fornecidos na Tabela 7.12. Tabela 7.12 Valores aproximados dos fatores a, b, a, b (Velloso, 1981). PontaAtrito lateral ababTIPO DE SOLO (kPa)(kPa)(kPa)(kPa) Areias sedimentares submersas60015,01 Argilas sedimentares submersas25016,31 Solos residuais de gnaisse areno-siltoso submerso 50018,51 Solos residuais de gnaisse silto-arenoso submerso 40018,01 2062.3.3.4 Mtodo de Teixeira Estemtododeprevisodecapacidadedecargadeestacasfoiapresentadono3Seminriode Engenharia de Fundaes Especiais e Geotecnia (SEFE III), realizado em So Paulo (Teixeira, 1996). Pelo mtodo de Teixeira, a capacidade de carga compresso de uma estaca pode ser obtida a partir da equao geral (Equao 47), introduzindo-se os parmetros e , apresentados na Tabela 7.13. __ __L N U A N QL bbr + = (47) em queb N__ = valor mdio do NSPT medido no intervalo de 4B acima da base da estaca e 1B abaixo dabase da estaca L N__ = valor mdio do NSPT medido ao longo do fuste da estaca Ab = rea da base da estaca (ponta) L, B = comprimento, dimetro da estaca, respectivamente. O parmetro funo da natureza do solo, enquanto funo do tipo de estaca, conforme Tabela 7.13.Valelembrarqueosdadosdatabelasovlidosparavaloresde4