FUNDAÇÃO PROFUNDA POR ESTACAS

LONDRINA 2018

MATHEUS DALTO FRANCISCO

FUNDAÇÃO PROFUNDA POR ESTACAS:

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS, CÁLCULOS, CUIDADOS E MÉTODOS EXECUTIVOS

Londrina 2018



Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Pitágoras Unopar, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Civil.





Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Pitágoras Unopar, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Civil.

BANCA EXAMINADORA

Profª. M.a Flávia Gonçalves

Profª. Esp. Caroline Coldebella

Londrina, 12 de dezembro de 2018

AGRADECIMENTOS

Aos meus professores do curso de bacharelado de Engenharia Civil da

Universidade Pitágoras Unopar que lecionaram durante o período de 2014 a 2018 e

disseminaram seus conhecimentos, contribuindo significativamente em meu

processo de formação.

Aos meus familiares e minha namorada, que muito me apoiaram nesse

período, me dando suporte e me motivando para que eu conseguisse seguir em

frente até nos momentos mais difíceis.

Aos meus amigos, companheiros de sala e fora dela, que fizeram parte da

minha formação profissional e pessoal.

E finalmente, a todos que direta ou indiretamente fizeram parte desta jornada,

o meu muito obrigado!

FRANCISCO, Matheus Dalto. Fundação profunda por estacas: características técnicas, cálculos, cuidados e métodos executivos. 2018. 62. Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil – Universidade Pitágoras Unopar, Londrina, 2018.

RESUMO

Incumbida pela solidez e sustentação de um edifício, a fundação redistribuí as

cargas geradas pela superestrutura para o solo, através de sua base e seu fuste,

garantindo a estabilidade da edificação. A necessidade de atender as mais variadas

imposições, aliada ao constante desenvolvimento tecnológico, originou para as

estacas enquanto elementos de fundação, uma multiplicidade de métodos

executivos e características físicas, tornando indispensável uma análise minuciosa

para que se consiga observar todos os critérios que possuem certa valia para a

efetuação do projeto de fundação. A partir disso, este trabalho deteve como objetivo

principal, a busca de conhecimentos relativos às fundações profundas por estacas,

de modo que se realizou uma revisão de literatura, recorrendo à artigos, livros,

revistas, monografias e páginas na internet. Ilustrando o conhecimento acerca da

investigação geotécnica, da metodologia de cálculo utilizada para determinação da

capacidade de carga das estacas e as características de cada tipologia, assim como,

conceitos relativos às patologias, como o recalque e o atrito negativo. Permitindo

concluir, que fatores como a vizinhança adjacente, custos pertinentes à produção e

execução da estaca, bem como, a área disponível no canteiro de obra, devem ser

observados e compatibilizados, com as cargas resultantes da superestrutura e os

parâmetros geotécnicos vigentes no subsolo da edificação, garantindo que a melhor

alternativa para cada especifico seja empregue, aumentando a relação

custo/benefício da infraestrutura e evitando a ocorrência de patologias.

Palavras-chave: Fundação profunda por estacas; Investigação geotécnica;

Patologias; Capacidade de carga das estacas.

FRANCISCO, Matheus Dalto. Deep foundation by piles: technical characteristics, calculations, cautions and executive methods. 2018. 62. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Civil) – Universidade Pitágoras Unopar, Londrina, 2018.

ABSTRACT

In charge for the solidity and sustenance of a building, the foundation redistributes

the loads generated by the superstructure to the ground, through of your base and

shaft, ensuring the stability of the building. The necessity of attend the most varied

impositions, associated to the constant technological development, originated for the

piles as foundation elements, a multiplicity of executive methods and physical

characteristics, becoming indispensable a detailed analysis to observe all the

standards which have value for the realization of the foundation project. Thereat, this

final paper had as main objective the search of knowledge related to the deep

foundations by piles. For this, a literary review was made, using articles, books,

magazines, monographs and web pages. Illustrating the knowledge about the

geotechnical investigation, the calculation methodology used to determine the load

capacity and the characteristics of each piles typology, as well as, concepts related to

pathologies. It was possible to conclude that factors such as the adjacent environs,

costs related to the production and execution of the pile and also the available area

at the construction site, must be observe and compatible with the resulting loads from

the superstructure and the geotechnical parameters in the subsoil of the building,

ensuring that the best alternative for each specific event be employed, increasing the

cost/benefit of the infrastructure and avoiding the occurrence of pathologies.

Key-words: Deep foundation by piles; Geotechnical investigation; Pathologies; Pile load capacity.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Sondagens de simples reconhecimento com SPT ................................. 17

Figura 2 – Desenho esquemático dos equipamentos utilizados no ensaio SPT ..... 19

Figura 3 – Estacas metálicas cravadas em maciço de solo .................................... 26

Figura 4 – Cravação de estacas pré-moldadas de concreto ................................... 27

Figura 5 – Execução da estaca tipo broca .............................................................. 28

Figura 6 – Processo executivo da estaca Franki ..................................................... 29

Figura 7 – Execução estaca Strauss ....................................................................... 30

Figura 8 – Efetuação estaca raiz ............................................................................. 30

Figura 9 – Processo executivo estaca hélice contínua ............................................ 31

Figura 10 – Escavação com utilização de lama bentonítica .................................... 32

Figura 11 – Fator de adesão α ................................................................................ 37

Figura 12 – Efeito de arqueamento em areias ......................................................... 39

Figura 13 – Sobreposição de dois bulbos de tensões ............................................. 50

Figura 14 – Recalque diferencial nas estruturas ..................................................... 52

Figura 15 – Esforços adicionais nas estacas devido ao adensamento de camadas

compressíveis ......................................................................................................... 53

Figura 16 – Atrito negativo provocado por amolgamento da argila ......................... 53

Figura 17 – Atrito negativo relativo a sobrecarga gerada por aterros ...................... 54

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 – Número de pontos mínimos relacionados à área da edificação. .......... 16

Quadro 2 – Tabela dos estados de compacidade e de consistência ....................... 21

Quadro 3 – Valores do atrito lateral 𝑟𝐿. .................................................................... 46

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Relação diâmetro do tubo e volume da base ......................................... 35

Tabela 2 – Coeficiente de empuxo K e ângulo de atrito 𝛿 ....................................... 39

Tabela 3 – Valores de K e 𝛼 em razão do tipo de solo ............................................ 42

Tabela 4 – Fatores de correção para cada tipo de estaca ....................................... 42

Tabela 5 – Coeficiente característico do solo C ....................................................... 43

Tabela 6 – Valores do fator 𝛼 em função do tipo de estaca e solo .......................... 44

Tabela 7 – Valores do fator 𝛽 em função do tipo de estaca e solo .......................... 44

Tabela 8 – Valores do parâmetro 𝛼 ......................................................................... 45

Tabela 9 – Valores do parâmetro 𝛽 ......................................................................... 46

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

NBR Norma Brasileira

SPT Standart Penetration Test

SPT-T Standant Penetration Test - Torque

CPT Cone Penetration Test

CPT-U Piezocone Penetration Test

N/m Newton por metro

Kg Quilogramas

M Metro

Cm Centímetro

Mm Milímetro

M² Metro quadrado

% Por cento

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................. 13

2. INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO ................................................................. 15

2.1 STANDART PENETRATION TEST – SPT .................................................... 16

2.1.1 Equipamentos ............................................................................................... 17

2.1.2 Execução ...................................................................................................... 20

2.1.3 Expressão dos resultados ............................................................................ 23

3. FUNDAÇÕES ............................................................................................... 24

3.1 TIPOS DE ESTACAS .................................................................................... 25

3.1.1 Estacas pré-moldadas .................................................................................. 25

3.1.2 Estacas moldadas in loco ............................................................................. 27

3.1.3 Fundamentos para escolha do tipo da estaca .............................................. 32

4. MÉTODOS DE CÁLCULO ........................................................................... 34

4.1 CAPACIDADE DE CARGA ........................................................................... 34

4.2 METÓDOS TEÓRICOS ................................................................................ 36

4.2.1 Estacas em argila ......................................................................................... 36

4.2.2 Estacas em areia .......................................................................................... 38

4.3 METÓDOS SEMIEMPÍRICOS ...................................................................... 40

4.3.1 Método Aoki e Velloso .................................................................................. 40

4.3.2 Método Decourt-Quaresma (1978) ............................................................... 42

4.3.3 Método Teixeira (1996) ................................................................................. 45

4.4 CARGA ADMISSÍVEL ................................................................................... 46

4.4.1 Carga de catálogo ........................................................................................ 49

5. PATOLOGIAS .............................................................................................. 50

5.1 BULBO DE TENSÕES .................................................................................. 50

5.2 RECALQUE .................................................................................................. 51

5.3 ATRITO NEGATIVO ..................................................................................... 52

5.3.1 Amolgamento ............................................................................................... 53

5.3.2 Sobrecarga em razão a aterro ...................................................................... 54

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ......................................................................... 56

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 58

13

1. INTRODUÇÃO

Sendo responsável por transferir as cargas emitidas pela superestrutura e

redistribui-las para o solo através de sua base (resistência de ponta), pela sua

superfície lateral (resistência de fuste), ou pela combinação das duas, a fundação é

parte importante da construção.

Incumbida pela solidez e sustentação de um edifício, a fundação deve

assegurar que a edificação se mantenha estável, de modo que não haja nenhum

empecilho que leve às patologias estruturais que possam prejudicar de curto a longo

prazo a edificação, diminuindo o desempenho da estrutura e podendo causar a

ruína. A execução das fundações deve seguir regulamentações elaboradas pela

Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), dentre as quais se encontra a

norma brasileira (NBR) 6122 de 2010, que engloba diretrizes, características,

condições e orientações a respeito do projeto e da execução de uma fundação.

A partir disso, esta revisão de literatura possuiu o seguinte questionamento:

Quais são as variáveis e observações que deverão ser levadas em consideração

para a correta execução das estacas enquanto fundações profundas, de modo a

garantir o pleno desempenho por parte desta infraestrutura quanto às solicitações

exigidas?

Como objetivo geral, o presente trabalho visou o auxílio na disseminação de

conhecimentos relativos às estacas enquanto fundações profundas, através do

cumprimento dos objetivos específicos, os quais se dividem em quatro capítulos.

Inicialmente faz-se necessário compreender o papel da investigação geotécnica,

destacando o Standart Penetration Test (SPT). Em seguida, detalhar os processos

classificatórios e executivos das estacas e, por conseguinte, apurar as noções de

capacidade de carga e carga admissível. Finalizando com a elucidação de quais

causas patológicas a fundação poderá estar sendo exposta.

O tipo de pesquisa exercida foi revisão de literatura de caráter qualitativa e

descritiva, definida por Menezes (2001), como processo de levantamento de dados

através da investigação do que já foi publicado relativo ao tema e ao problema de

pesquisa escolhidos por intermédio de fontes secundárias, ou seja, foi realizada uma

consulta a livros, dissertações, artigos, monografias e páginas da internet publicados

nos últimos 35 anos. Pesquisadores como Alonso (1998), Quaresma (1998), Cintra e

Aoki (2010) e Pinto (1998) apresentam conhecimentos significativos para com o

14

tema proposto e serão de suma importância para obtenção de parâmetros e,

consequente, desenvolvimento do trabalho.

15

2. INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO

A sondagem do solo possui o importante papel de reunião das propriedades

físicas, químicas e mecânicas do solo, além da obtenção do nível de água e a

classificação deste.

Segundo Pinto (1998), o projeto de fundações deve abranger as cargas

aplicadas pela obra e a resposta do solo a estes requerimentos, onde

constantemente ocorrerão variações destas reações, dada pela distinção que os

solos possuem entre si.

O conhecimento do solo presente no local em que será implantada a

edificação é de grande valia não apenas na fase de planejamento do projeto de

fundações, e sim, para que seja investigada a viabilidade da concepção do

empreendimento de um modo geral.

Para que ocorra o reconhecimento e a categorização do solo, torna-se

necessário a obtenção de amostras por intermédio de ensaios realizados in loco,

onde as determinações das propriedades de engenharia, em princípio, podem ser

atingidas tanto através de ensaios laboratoriais quanto por ensaios de campo, sendo

o último normalmente o predominante (QUARESMA et al., 1998).

Em sua tese, Liliane Velozo (2010) afirma que ensaios laboratoriais sobre

amostras deformadas e indeformadas de solos auferidas mediante sondagens,

garantem um conhecimento mais apurado sobre as propriedades relativas à

granulometria, plasticidade, umidade natural, densidades, e também, parâmetros de

resistência e permeabilidade desta porção de solo.

Seguindo os normativos presentes na NBR 8036, as sondagens devem ser

igualmente distribuídas por todo o terreno, onde se sugere que a distância entre os

pontos de investigação não ultrapasse 40 metros, nem que estes estejam alinhados.

De forma que se considerem os locais que sofrerão uma maior incidência de força

concentrada e certifique-se que o número mínimo de sondagens relativo à área da

construção seja alcançado, como ressalta o Quadro 1:

16

Quadro 1 – Número de pontos mínimos relacionados à área da edificação.

Área (m²) Número de pontos

Área projetada em planta até

200 m² Mínimo de 2 pontos de investigação

Área projetada em planta de 200 m²

a 400 m² Mínimo de 3 pontos de investigação

Área projetada em planta até

1200 m² 1 ponto a cada 200 m²

Área projetada em planta de

1200 m² até 2400 m² 1 ponto a cada 400 m²

Área projetada em planta acima de

2400 m² A critério do projetista

Estudo de viabilidade técnica Número necessário para que a distância não

ultrapasse 100 m

Fonte: NBR 8036 (1983).

Quanto à profundidade, esta deve ser executada até a cota em que o solo

não sofra uma significante solicitação das cargas estruturais ou quando atingir

camadas impenetráveis.

Existem inúmeros ensaios de campo, nos quais cabem ao engenheiro

analisar o mais efetivo em cada caso. Dentre os principais, destacam-se:

- O “Standard Penetration Test” (SPT);

- O “Standard Penetration Test” com medidas de torque (SPT-T);

- O ensaio de penetração de cone (CPT);

- O ensaio de penetração de cone com medida das pressões neutras, ou

piezocone (CPT-U);

- Os ensaios de carregamento de placa – provas de carga;

- Os ensaios geofísicos, em particular o ensaio de “Cross-Hole”.

2.1 STANDART PENETRATION TEST – SPT

Regido pela NBR 6484/2001, o SPT é o método mais executado no Brasil em

razão da sua utilização em obras de pequeno e médio porte, por possibilitar a um

baixo custo, alcançar os parâmetros suficientes com boa coerência e confiabilidade.

17

Além disso, possui equipamentos relativamente simples e fáceis de serem

transportados e permitem a obtenção de amostras de solo para análises mais

aprofundadas. A Figura 1 ilustra a execução de uma sondagem de simples

reconhecimento:

Figura 1 - Sondagens de simples reconhecimento com SPT.

Fonte: VWF Fundações e Sondagens (2016).

Segundo a NBR 6484/2001, este ensaio possui funcionalidade para

engenharia civil baseada na determinação do tipo de solo e suas respectivas

profundidades de ocorrência e pela obtenção da posição do nível da água e índices

de resistência à penetração (N).

2.1.1 Equipamentos

Descritos no documento normativo citado acima (NBR 6484/2001), a ABNT

detalha os equipamentos necessários para realização do ensaio SPT, sendo estes:

Torre com roldana: Pode possuir guincho motorizado ou sarilho, para

facilitar as manobras com hastes ou tubos de revestimento, e sempre

deve ter sua roldana lubrificada para diminuição de atrito;

18

Tubos de revestimento: Obrigatoriamente de aço, possuem diâmetro

nominal interno de 63,5 mm, sendo capazes de serem emendados por

luvas cujo comprimento varia de 1 m a 2 m;

Composição de perfuração: A composição de cravação e de perfuração

do amostrador-padrão deve ser formada por hastes de aço com peso

teórico de 32 N/m e diâmetro nominal interno de 25 mm, ligadas por

roscas e luvas, formando um conjunto retilíneo de 1m a 2m;

Trado-concha: Deve possuir diâmetro de 100 ± 10 mm;

Trado Helicoidal: Deve possuir diâmetro mínimo de 56 mm, respeitando

uma diferença de 5 mm a 7 mm do tubo de revestimento, viabilizando sua

operação por dentro deste e facilitando a descida do amostrador-padrão.

Trépano ou peça de lavagem: Constituído por uma peça de aço com

diâmetro nominal de 25 mm dotada de duas saídas laterais para água e

terminada em bisel. Deve possuir uma lâmina com folga de 3 mm a 5mm

em relação ao tudo de revestimento, e distância entre a extremidade em

forma de bisel e os furos de escoamento de água variando de 200 mm a

300 mm.

Amostrador-padrão: Possuindo diâmetro externo de 50,8 ± 2 mm e

diâmetro interno de 34,9 ± 2 mm, é composto de cabeça com dois furos

laterais para saída de água e ar, corpo isento de deformações que

possam alterar a rugosidade superficial e sapata de aço temperado livre

de deformações capazes de alterar a seção;

Cabeça de bater: Recebendo o impacto do martelo, é constituída por um

tarugo de aço de 90 ± 5 mm de altura, 83 ± 5 mm de diâmetro e massa

nominal variando de 3,5 kg e 4,5 kg;

19

Martelo padronizado: Ferro de forma prismática ou cilíndrica contendo em

sua parte inferior um coxim de madeira com boa resistência, alcançando

um total de 65 kg. Pode ser maciço ou vazado, variando o

posicionamento de sua haste-guia, a qual nos dois casos sempre deve

estar retilínea e perpendicular à superfície que sofrerá o impacto.

A fim de representar de modo mais claro a organização do conjunto formado

pelos equipamentos listados nos parágrafos anteriores, tem-se a Figura 2:

Figura 2 - Desenho esquemático dos equipamentos utilizados no ensaio SPT.

Fonte: Guia da engenharia (2018).

Por conseguinte, a NBR 6484/2001 discorre sobre o processo que deverá ser

seguido para execução do ensaio de penetração do solo. O qual será abordado no

subcapítulo 2.1.2.

20

2.1.2 Execução

Segundo Pádua (2012), o início da sondagem deve ocorrer pela limpeza das

áreas em que serão executadas as operações, de forma a garantir que não fique

nenhum tipo de obstáculo. Caso haja a presença de chuva, deverá ser

providenciada a abertura de sulcos para escoamento das águas das enxurradas, e

se necessário, a construção de uma plataforma que deverá ser totalmente

assoalhada, resguardando a área de apoio do “tripé”.

Após preparo da área que será perfurada, monta-se na posição de cada

perfuração um cavalete (tripé) que possui no seu topo um grupo de roldanas, por

onde passará uma corda habitualmente chamada de cisal e que possui função de

facilitar a manipulação da composição de hastes e o içamento do martelo.

Utilizando um trado cavadeira, executa-se a primeira perfuração de um metro

de profundidade e coleta-se uma amostra representativa de solo, a qual é

reconhecida como amostra zero. Em seguida, conecta-se o amostrador-padrão em

uma das extremidades das hastes, o qual deverá descer livremente até entrar em

contato com o fundo do solo e então se insere a cabeça de bater (ABPV, 2002).

Posteriormente, levanta-se o martelo até uma altura de 75 cm em relação ao

conjunto de hastes e o libera de forma que o mesmo caia em queda livre, repetindo

o procedimento até alcançar a penetração de 45 cm do amostrador no solo. Obtendo

deste modo, o número de quedas do “martelo” necessário para penetração de cada

15 cm dos totais 45 cm, a totalidade do número de golpes relevantes à penetração

dos últimos 30 cm do amostrador-padrão (designado índice de resistência à

penetração N), e também, a obtenção das amostras de solo que serão necessárias

para o futuro traçado do perfil do subsolo (MARANGON, 2011).

O Quadro 2 ilustra a classificação empregue para cada tipo de solo referente

à deformabilidade e resistência deste. Baseando-se no índice de resistência à

penetração (N).

21

Quadro 2 - Tabela dos estados de compacidade e de consistência.

SOLO Índice de resistência à

penetração (N) Designação¹

Areias e siltes

arenosos

≤ 4 Fofa(o)

5 a 8 Pouco compacta(o)

9 a 18 Medianamente

compacta(o)

19 a 40 Compacta(o)

> 40 Muito compacta(o)

Argilas e siltes

argilosos

≤ 2 Muito mole

3 a 5 Mole

6 a 10 Média(o)

11 a 19 Rija(o)

> 19 Dura(o)

1) As expressões empregadas para a classificação da compacidade das

areias (fofa, compacta, etc.), referem-se à deformabilidade e resistência destes

solos, sob o ponto de vista de fundações, e não devem ser confundidas com as

mesmas denominações empregadas para a designação da compacidade relativa

das areias ou para a situação perante o índice de vazios críticos, definidos na

Mecânica dos Solos.

Fonte: NBR 8464 (1983).

As porções de solo que serão analisadas devem ser imediatamente

armazenadas em recipientes inteiramente lacrados e de dimensões que possibilitem

receber, ao menos, um cilindro de solo apanhado do “bico” do amostrador-padrão.

Em casos em que a quantidade do “bico” seja insuficiente para sua classificação ou

em que haja variação de camada junto à cota de execução do SPT, propõe-se o uso

do perfil encontrado no corpo do amostrador.

Como nem sempre é possível aferir números inteiros de golpes para

penetração de 15 cm do maciço de solo, a NBR 6484 (2001) salienta que se deve

anotar, nestes casos, números sucessivamente superiores a 15 cm, seguindo o

procedimento para concluir 30 cm e 45 cm. Obtendo resultados fracionados, como

por exemplo, 5/16, onde no denominador apresenta-se a profundidade alcançada e

no numerador o número de golpes. A cravação dos 45 cm não se faz necessária

22

quando em um dos três segmentos de 15 cm o número de golpes exceder 30 vezes,

se for maior que 50 vezes antes de chegar nos 45 cm, e também, quando após cinco

consecutivos golpes do martelo, o amostrador-padrão não avançar no solo.

O próximo 1 m de perfuração será executado por outro tipo de equipamento,

o trado helicoidal, o qual remove o material enquanto penetra no solo se este estiver

coeso e acima do nível do lençol freático. Em casos que a penetração por trado não

esteja sendo efetiva, seja por resistência elevada, composição do maciço ou

presença do lençol freático, prossegue-se a escavação com assessoria de

“circulação de água” (MARANGON, 2011).

Na escavação por circulação de água, a água é injetada no conjunto de haste,

que neste cenário não leva em seu extremo o amostrador, mas sim o trépano. A

injeção do líquido é dada pelos furos laterais ao trépano, e a pressão deste em

conjunto com a imposição de movimentos de rotação e percussão à composição das

hastes, efetuam o rompimento da camada de solo. Para não haver desperdício cria-

se um circuito fechado, no qual o solo misturado na água é despejado novamente na

caixa d’água, onde passa pelo processo de decantação. Fazendo com que o

material mais pesado fique no fundo do recipiente, permitindo a reutilização da água.

(NBR 6484, 2001).

Um fator importante para que o SPT seja executado de maneira correta, é a

estabilidade das paredes do furo. Por isso, a NBR 6484 (2001) ressalta a utilização

de tubos de revestimento para a contenção das paredes, de forma que se facilite o

avanço da perfuração. E em casos em que o revestimento não esteja sendo eficaz,

seja pela profundidade elevada e/ou alta instabilidade, desde que não estejam

previstos ensaios de infiltração na sondagem, pode-se lançar mão do uso de lamas

de estabilização ao invés dos tubos de revestimento.

A escolha da profundidade máxima a ser atingida está relacionada com a

impossibilidade da continuidade da escavação do solo, ou, com as cargas que serão

transmitidas ao terreno pela edificação, de forma que sempre se respeite a

profundidade mínima e as condições de paralisação presentes na NBR 6484 (2001).

Para que não ocorra nenhum equívoco que possa diminuir a eficiência da

sondagem, julga-se importante o acompanhamento do trabalho pelo profissional

responsável pelo projeto de fundações.

23

2.1.3 Expressão dos resultados

Após término da perfuração e recolhimento dos dados utilizados na

caracterização das propriedades do solo, se obtém o perfil de subsolo de cada

sondagem ou do conjunto delas. Representando todas as camadas encontradas e

suas respectivas profundidades, a localização dos níveis de água e observações

relevantes, assim como, o número de golpes N utilizados para a cravação dos 30 cm

finais do amostrador-padrão e outras informações julgadas pertinentes para o

contratante do serviço.

Os resultados são formalizados em dois relatórios, sendo estes o de campo e

o definitivo, os quais devem obedecer aos critérios presentes na NBR 6484 (2001),

que determina as informações que o boletim de sondagem deve conter.

Em suma, o relatório final deve abranger para cada sondagem um desenho

em escala 1:100 dos perfis do solo, com identificação das camadas atravessadas

junto à cota da superfície do furo e localização destes em relação ao terreno

(amarrados a RN fixo). Apresentando as profundidades referentes as amostras

retiradas e aos ensaios de penetração, bem como, a representação gráfica dos

índices inicial e final de penetração, e a cota de paralisação da sondagem.

Os parâmetros obtidos através desta investigação geotécnica possuem

tamanha valia, a ponto de Quaresma et al. (1998) utilizar a seguinte frase para

definir a influência que a análise do subsolo detém para o contratante: “os perfis

individuais ou seções do subsolo devem representar para o profissional que vai

utilizá-lo, o que representa uma radiografia para um ortopedista”.

24

3. FUNDAÇÕES

Considerada de exímia importância para qualquer tipo de construção, a

fundação é o conjunto de elementos estruturais circundados pelo maciço de solo,

que possuem o ofício de apoiar a superestrutura.

Segundo Alva (2007), a funcionalidade desta infraestrutura é transmitir as

ações geradas pela estrutura acima do nível do terreno, para as camadas

resistentes do solo. De forma que se consiga distribuir, seguramente, as tensões

concebidas pelos esforços solicitantes, inibindo o desenvolvimento de recalques

diferenciais, os quais prejudicam o sistema estrutural como um todo.

Apesar de ser a etapa inicial da construção de um empreendimento, os

cálculos referentes ao projeto de fundação só serão executados assim que todas as

variáveis que compõem os esforços gerados pela edificação sejam conhecidas, de

forma que se considere o peso próprio da estrutura, as cargas acidentais e

permanentes, e também, a localidade em que este imóvel está construído.

Observando a possibilidade de ocorrência de acontecimentos naturais e a

intensidade e direção dos ventos sob qual a construção ficará exposta (VELLOSO;

LOPES, 1998).

Com o projeto finalizado, parte-se para a etapa executiva, a qual deverá

respeitar as normas vigentes para cada tipologia de fundação. Conforme Assunção

(2005), falhas referentes à execução do projeto são significativas, por isso, julga-se

que um planejamento metódico com cronogramas físicos das atividades envolvidas,

em harmonia a uma gestão severa da qualidade, seja implantados neste estágio.

Tendo em vista à neutralização ou redução das patologias geradas por tais falhas.

A variedade de tipos de fundações encontradas leva a NBR 6122 (1996) a

classificar as fundações em duas classes: superficiais e profundas. As superficiais

podem ser estabelecidas por essa mesma normativa, como sendo os elementos de

fundação que possuem profundidade de assentamento inferior a duas vezes sua

menor dimensão em relação ao terreno adjacente. São estas os radiers, os

baldrames e as sapatas isoladas ou corridas.

Já as profundas, são as assentadas em uma profundidade excedente ao

dobro de sua menor dimensão em planta, de forma que se respeite o mínimo de 3

m. Dentre as fundações profundas, incluem-se os tubulões, caixões e estacas,

sendo a última o perfil que será abordado neste trabalho de maneira mais

25

aprofundada, destacando métodos de cálculo, tecnologias, patologias e observações

relevantes.

3.1 TIPOS DE ESTACAS

A pluralidade de tecnologias, matérias-primas e condições impostas pelo solo

local, exigem diferentes tipologias para cada projeto de fundação. Pensando nisso,

há disponibilizado no mercado uma vasta variedade de estacas enquanto elementos

de fundação (VELLOSO; LOPES, 1998).

A distinção destes componentes estruturais dentro do grupo estacas se dá

basicamente pela metodologia executiva utilizada e o material empregue em sua

concepção. Subdividindo-as nas consumadas em madeira, metal, bem como, nas

pré-moldadas ou moldadas in loco em concreto armado.

Deste modo, os subcapítulos seguintes segmentarão os tipos de estacas em

dois grandes grupos: Estacas Pré-moldadas e Estacas moldadas in loco. De forma

que se permita um aprofundamento no conhecimento relativo à esses elementos de

fundação.

3.1.1 Estacas pré-moldadas

Conforme Alonso (1998), são caracterizadas pela cravação por percussão,

prensagem ou vibração. Podendo ser constituídas por um ou dois elementos

(madeira, aço, concreto armado ou protendido).

As estacas de madeira são troncos de árvores retilíneos com boa resistência,

cravados usualmente por pilões de queda livre. Possuem significativa

incomplexidade quanto ao seu transporte e manuseio, bem como simplicidade para

corte e emenda, porém, constantemente são descartadas pela dificuldade de

obtenção de matéria-prima nos arredores do empreendimento, o que gera maiores

despesas. De acordo com Daldegan (2018), as madeiras predominantemente

utilizadas, são o ipê, a peroba e a aroeira, enquanto em fundações provisórias, o

eucalipto. Seu uso se restringe a situações em que está se manterá inteiramente

submersa, já que alterações no nível de água causarão a decomposição deste

material por fungos aeróbios que se desenvolvem no ambiente água/ar, exigindo um

26

tratamento da madeira que frequentemente torna-se inviável, graças ao aumento de

custos.

Da mesma maneira que as estacas em madeira, as estacas metálicas

possuem fácil transporte e manuseio, mas em contrapartida, um custo mais alto.

Formadas por peças de aço laminado ou soldado (seção I ou H) e por trilhos

retirados das linhas férreas, este tipo de estaca detém admirável desempenho

estrutural, relativo ao bom comportamento sob esforços de compressão, flexão,

tração e absorção das cargas horizontais. Possuem também, baixa vibração em sua

cravação pela facilidade de penetração no solo, além da possibilidade de utilização

destas em divisas ou mesmo próximas de outras estacas, sem que se afetem

prejudicialmente (ALONSO, 1998).

Por outro lado, Alonso (1998) salienta que estacas metálicas não são

recomendáveis em regiões com solos moles (baixa resistência), devido ao possível

encurvamento de seu eixo ao longo da cravação por percussão, decorrente da

instabilidade dinâmica direcional (drapejamento).

Figura 3 - Estacas metálicas cravadas em maciço de solo.

Fonte: Pereira (2018).

Por fim, têm-se as estacas pré-moldadas de concreto armado ou protendido,

as quais contam com o melhor controle de qualidade, tanto na cravação, quanto na

garantia de precisão geométrica. Ademais, possuem boa capacidade de carga e

27

execução em solos não coesivos facilitada graças ao seu processo de cravação, o

qual ajuda na compactação do maciço de solo.

Devido à dificuldade no manuseio deste gênero de estaca, suas armaduras

devem, para garantir sua integridade, serem dimensionadas com majoração de 30%

de seus momentos máximos, além de terém seus comprimentos limitados em 12 m,

de modo que se diminua o custo do transporte até a obra. Em situações que

demandam emenda, estas devem assegurar que não ocorra à disjunção e o

desalinhamento dos elementos ligados, de maneira que se consiga suportar os

esforços de cravação e trabalho da estaca (ALONSO, 1998).

Figura 4 - Cravação de estacas pré-moldadas de concreto

Fonte: TEC GEO (2018).

3.1.2 Estacas moldadas in loco

As estacas moldadas in loco, como sugere sua nomenclatura, são as

produzidas no mesmo local em que serão penetradas no solo. Sua execução ocorre

pela aplicação de concreto de forma que se preencham escavações previamente

realizadas no terreno por meio de perfurações ou cravações, e possuem como

característica, a grande capacidade de carga. Dentre esta ordem de estacas,

podem-se citar as seguintes tipologias: Broca; Hélice Contínua; Raiz; Strauss e por

fim, a Franki (MARANGON, 2009).

Sendo a estaca moldada in loco executada de forma mais facilitada, a tipo

broca detém profundidade máxima de 6 m e é efetuada com auxílio de um trado

manual ou mecânico até a cota desejada, sem o uso de qualquer revestimento, e

possuindo seu emprego limitado a alturas superiores ao nível de água, salvo os

casos em que a perfuração puder ser seca. Produz baixa vibração, em razão da

28

simplicidade dos equipamentos e de sua execução, em conjunto à dispensável

utilidade de mão de obra especializada, fatores que aliam um baixo custo a esta

fundação (FALCONI; FÍGARO; SOUZA FILHO, 1998).

Figura 5 - Execução da estaca tipo broca.

Fonte: Eddy HG (2011).

A estaca Franki é caracterizada pela utilização da base alargada ou um bulbo

preenchido com material granular ou concreto. É executada pela inserção de

concreto em uma perfuração anteriormente efetuada pela cravação de um tubo, que

possui sua “tampa” fechada no início da cravação ou no decorrer desta, ajustando

seu comprimento em relação à alteração do nível da camada resistente e não

sofrendo influência do nível de água presente. Devido ao método de perfuração,

tornam-se necessários cuidados para que não ocorra o estrangulamento no

lançamento do concreto quando este enrosca no tubo, o que tende a diminuir sua

seção transversal. Além de se exigir a espera de um tempo mínimo para

assentamento do concreto das estacas adjacentes, para que estas não sofram

nenhum dano (MAIA, 1998).

29

Figura 6 - Processo executivo da estaca Franki.

Fonte: Corsini (2014).

Sendo uma variação da Franki, a estaca Strauss foi idealizada como

alternativa às estacas cravadas por percussão, as quais possuem grande

desconforto gerado pelos ruídos e vibrações da cravação. Dispõe de um processo

executivo pautado na retirada de terra por sonda ou piteira, enquanto se insere

simultaneamente, tubos metálicos roscáveis até a profundidade desejada, e em

seguida, lança-se o concreto com apiloamento e recolhimento da tubulação. Devido

à maneira com que é executada, proporciona a comparação de parâmetros de solo

pré-definidos na sondagem com os que agora estão sendo retirados do maciço, bem

como, a mudança de locação em casos de presença de matacões. Não sendo

indicadas em solos moles, nem em perfurações sob profundos níveis de água, este

tipo de estaca é amplamente utilizado em terrenos de pequeno porte pela

mobilidade dos equipamentos empregues (FALCONI; FÍGARO; SOUZA FILHO,

1998).

30

Figura 7 - Execução estaca Strauss.

Fonte: Pereira (2018).

Caracterizada pela alta capacidade de carga em conjunto a recalques

reduzidos, viabilidade de execução em diferentes inclinações e em locais de difícil

acesso, as Estacas Raízes apresentam processo de perfuração por rotação, com o

auxílio de um fluido (usualmente água) e revestimento contínuo do furo, com

posterior inserção do concreto e armadura. Inicialmente elaboradas para servirem

apenas de reforço para outras fundações, avançaram tecnologicamente a ponto de

terem suas capacidades de carga e produtividade aumentadas, em conjunto a

habilidade de conseguir ultrapassar elementos rochosos, pela utilização de um

martelo de fundo a roto-percussão (ALONSO, 1998).

Figura 8 - Efetuação estaca raiz.

Fonte: Engecon Fundações (2018).

31

Conforme Antunes e Tarozzo (1998), ao contrário das estacas citadas

anteriormente, a Hélice Contínua apresenta distinção na forma com que o concreto é

inserido no furo, em razão da concretagem acontecer por uma haste central

simultaneamente à retirada do trado da perfuração, deixando a colocação da

armadura como passo final. Pela ininterrupção do processo, não ocorre à atenuação

significativa do terreno que possa gerar o derrocamento da abertura ou impregnação

de água, assegurando bom desempenho em profundidades abaixo do nível de água

e nos mais variados tipos de solos (exceto quando se há elementos rochosos).

Estacas Hélice Contínua apresentam uma alta produtividade, alta capacidade

de carga, possuem monitoramento eletrônico e podem alcançar grandes

profundidades. Mas em contrapartida, possuem alto custo e necessitam de áreas

grandes e pouco inclinadas, além da mobilização de equipamentos dada pela

exigência da proximidade da central de produção de concreto, a fim de que se

garanta o máximo de produtividade (ANTUNES; TAROZZO, 1998).

Figura 9 – Processo executivo estaca hélice contínua.

Fonte: Pescarani (2018).

Finalizando este capítulo, têm-se as que aderem à utilização de lamas

bentoníticas em sua execução, com intuito de estabilizar as paredes da escavação.

Segundo Saes (1998), existem dois tipos de estacas escavadas com lama

bentonítica: os estacões, cujo diâmetros variam por volta de 0,6 m até 2,0 m; e as

estacas barretes, as quais possuem seção transversal retangular ou alongada.

Em ambos os processos executivos, ocorre à perfuração do furo e posterior

colocada de camisas guia para delineamento das estacas. A escavação da abertura

32

é seguida da adição ininterrupta da lama bentonítica cuja a qual deverá ser

renovada anteriormente ao alojamento da gaiola de armação, efetuando a limpeza

do orifício. Com assessoria de bombas de submersão, finaliza-se inserindo o

concreto por intermédio de um tubo central de concretagem.

Figura 10: Escavação com utilização de lama bentonítica.

Fonte: Naresi (2018).

Dentre os prós deste método executivo, destacam-se a inexistência de

vibração e ruídos excessivos, a viabilidade de poderem ser concebidas abaixo do

nível d’água, e também, a capacidade de conseguirem ultrapassar densas camadas

de solo com grandes profundidades e resistências (SAES, 1998).

3.1.3 Fundamentos para escolha do tipo da estaca

De acordo com Décourt et al. (1998), para escolha do tipo de estaca que será

utilizada no empreendimento, devem-se observar aspectos relativos aos esforços

sob qual a fundação deverá resistir, características presentes no subsolo quanto à

rigidez, nível do lençol freático e existência de matacões. Propriedades relacionadas

ao acesso e restrições de altura dos equipamentos, bem como, a análise de custos

caso sejam necessários grandes deslocamentos, os quais tendem a onerar o custo

dos serviços.

33

Existindo um número expressivo de construções ao redor do local de

execução da fundação, deve-se haver a verificação das fundações vizinhas que

vigoram ao redor do terreno em que será instalada a edificação, averiguando seus

tipos e profundidades, de forma que se consiga constatar se há a sensibilidade à

vibração por parte destas.

Pela reunião destas informações, torna-se possível elencar e eliminar tipos de

estacas que não se encaixam nas propriedades vigentes, fazendo com que a

escolha seja feita de maneira mais assertiva, garantindo o pleno desempenho da

fundação e acarretando a diminuição de impasses que poderiam causar

contratempos a longo prazo, como patologias.

34

4. MÉTODOS DE CÁLCULO

4.1 CAPACIDADE DE CARGA

Anteriormente à compreensão do conceito de capacidade de carga das

estacas, faz-se necessário elucidar que para Cintra e Aoki (2010), a estaca apenas

será um elemento de fundação quando esta estiver envolta por um maciço de solo,

de modo que ocorra uma interação entre o elemento estrutural e o geotécnico.

De acordo com Cintra e Aoki (2010), o conceito de capacidade de carga das

estacas corresponde à máxima resistência que este sistema consegue apresentar,

ou mesmo, a representação do valor da condição de ruptura em termos geotécnicos.

Destacando ruptura como sendo a ocorrência de recalque, e não uma fissuração do

material, restringindo este conceito apenas à termos geotécnicos em que se

considere o material da estaca suficientemente resistente. De forma que em casos

que a capacidade de carga seja maior que a resistência de compressão da estaca,

prevaleça como valor limite o menor destes.

De maneira simplificada, a capacidade de carga (R) é uma mobilização das

tensões resistentes ao longo do fuste e na ponta da estaca, permitindo concluir que

R nada mais é que uma somatória da resistência lateral (𝑅𝐿), em conjunto à

resistência de ponta (𝑅𝑃), como demonstra a equação 1.1 (DÉCOURT, 1998):

𝑹 = 𝑹𝑳 + 𝑹𝑷 (1.1)

Sendo 𝑅𝑃 obtido pela multiplicação da resistência de ponta em unidades de

tensão (𝑟𝑃) e a área da seção transversal da base (𝐴𝑃):

𝑹𝑷 = 𝒓𝑷 𝑨𝑷 (1.2)

Em casos de estacas pré-moldadas de concreto com seção vazada,

usualmente pode-se considerar estas como se tivessem seção cheia, em razão do

embuchamento ocorrido na cravação. Quanto às de perfil metálico, a área pode

variar entre a do retângulo que circunda a seção transversal do seu perfil até a área

real, dependendo do grau de aderência solo/estaca. E já para as Franki, esta é

35

calculada a partir do volume de sua base alargada, julgada esférica (CINTRA; AOKI,

2010):

𝑨𝑷 = 𝝅 [𝟑𝑽

𝟒𝝅]

𝟐

𝟑 (1.3)

Os valores de volume da base (V) dependem do diâmetro do tubo, e são

apresentados na tabela 1:

Tabela 1 – Relação diâmetro do tubo e volume da base.

Diâmetro do tubo (cm) Volume da base (m³)

Ø 35 0,18

Ø 40 0,27

Ø 45 0,36

Ø 50 0,45

Ø 55 0,60

Fonte: Cintra e Aoki (2010).

Conforme Cintra e Aoki (2010), para obter a parcela referente a atrito lateral

(𝑅𝐿), deve-se multiplicar o perímetro do fuste (U), correspondente a 4 𝑥 𝐷 para

seções quadradas ou 𝜋 𝑥 𝐷 para seções circulares, pela somatória do produto entre

o atrito em unidades de tensão (𝑟𝐿) e o comprimento de cada camada que circunda o

fuste da estaca (∆𝑳):

𝑹𝑳 = 𝑼 ∑( 𝒓𝑳 ∆𝑳) (1.4)

Cintra e Aoki (2010) destacam que para estacas em perfil metálico,

normalmente utiliza-se o perímetro transcorrido ao longo das faces em comunicação

com o solo, salvo os casos de ocorrência de vazios entre o solo e a alma do perfil,

em que se faz uso apenas do perímetro de superfície das mesas. Já para as pré-

moldadas de concreto com seção vazada, considera-se o perímetro externo.

36

Por fim, após a junção das variáveis geotécnicas da estaca (𝑟𝐿 𝑒 𝑟𝑃 ), com as

geométricas (U, ∆𝐿, 𝐴𝑃) e conhecendo as subdivisões ∆𝑳 do comprimento L, torna-se

possível determinar a capacidade de carga (R) do elemento de fundação:

𝑹 = 𝑼 ∑( 𝒓𝑳 ∆𝑳) + 𝒓𝑷 𝑨𝑷 (1.5)

4.2 METÓDOS TEÓRICOS

O interesse e a dificuldade para ajustar um modelo físico e matemático ideal

que represente de modo congruente a complexidade relativa à ruptura de fundações

profundas, como é o caso da capacidade de carga de elementos de fundação por

estaca, fomenta em autores o empenho de se aprofundar neste tema, gerando uma

multiplicidade de proposições teóricas.

Desta forma, será demonstrado neste subcapítulo sob a visão de Cintra e

Aoki (2010), o encaminhamento de uma formulação teórica de capacidade de carga

de elementos de fundação por estaca em eventuais solos puramente arenosos ou

argilosos.

4.2.1 Estacas em argila

Em solos argilosos, Cintra e Aoki (2010) expõem que a variável geotécnica 𝑟𝐿

representa a tensão de adesão do solo ao fuste da estaca, em termos de valor

pontual para determinada parcela da estaca, e pode ser calculada a partir do

produto da coesão não drenada (𝑐) da argila ao redor deste segmento e um fator de

adesão (α) entre o solo e a estaca.

𝒓𝑳 = 𝜶 𝒄 (1.6)

De modo que o aumento do valor de α seja inversamente proporcional ao

crescimento da coesão, como observado na Figura 11:

37

Figura 11 - Fator de adesão α.


Com isso, substituindo 𝑟𝐿 pelos conceitos presentes na equação 1.6, se obtém

a equação 1.7 para representação da resistência lateral:

𝑹𝑳 = 𝑼 ∑(𝜶 𝒄 ∆𝑳) (1.7)

Já a segunda variável geotécnica necessária para cálculo da capacidade de

carga, a resistência de ponta (𝑟𝑃), é fruto da multiplicação do fator de capacidade de

carga (𝑁𝑐), o qual é nove para fundações profundas, pelo valor médio da coesão não

drenada da camada apoio da ponta da estaca (𝑐), somado a tensão efetiva presente

na cota de apoio da mesma (𝑞), como demonstra a equação 1.8 (CINTRA; AOKI,

2010):

𝒓𝑷 = 𝒄 𝑵𝒄 + 𝒒 (1.8)

Assim configurando a equação 1.2, correspondente a resistência de ponta

(𝑅𝑃), da seguinte forma:

𝑹𝑷 = (𝟗𝒄 + 𝒒) 𝑨𝑷 (1.9)

38

4.2.2 Estacas em areia

Cintra e Aoki (2010) ressaltam que nas estacas em areia, a variável

geotécnica 𝑟𝐿 caracteriza a tensão de atrito lateral local desenvolvida entre o solo e o

fuste de uma seção qualquer da estaca, em condições de camadas homogêneas de

areia. E a obtenção desta, se dá em função do produto entre a tensão horizontal no

segmento de estaca (𝜎𝐻), o coeficiente de atrito estaca/solo (𝑡𝑔) e o ângulo vigente

entre o solo e o elemento de fundação (𝛿):

𝒓𝑳 = 𝝈𝑯 𝒕𝒈 𝜹 (1.10)

Ponderando ainda que a tensão horizontal (𝜎𝐻) seja uma multiplicação entre o

coeficiente de empuxo (𝐾) e a tensão vertical (𝜎𝑉), a qual é encontrada pelo produto

entre o peso específico da areia (𝛾) e a profundidade (𝑧). Obtendo a equação 1.11:

𝒓𝑳 = 𝑲 𝜸 𝒛 𝒕𝒈 𝜹 (1.11)

Pela existência do efeito de arqueamento sucedido nas areias, Cintra e Aoki

(2010) advertem que o atrito lateral não é aumentado indistintamente com a

profundidade, atingindo para areia fofa ou compacta, um valor crítico (𝑟𝐿∗) em

profundidades de 10 a 20 vezes o diâmetro da estaca.

Para cálculo do valor crítico do atrito lateral (𝑟𝐿∗), Moretto (1972, apud Cintra e

Aoki, 2010, p. 19) presume que independente da compacidade relativa da areia, o

atrito lateral local torna-se linearmente maior até a profundidade de 15 vezes o

diâmetro, onde permanece constante e igual ao valor crítico para profundidades

superiores.

Deste modo, pode-se obter a média do atrito lateral local ao longo da

totalidade do fuste (𝑟𝐿𝑚é𝑑), chegando à seguinte representação para resistência

lateral 𝑅𝐿:

𝑹𝑳 = 𝑼 𝑳 𝒓𝑳𝒎é𝒅 (1.12)

Com tal efeito de arqueamento:

39

Figura 12 - Efeito de arqueamento em areias.


Outro fator que deve ser analisado é o valor do coeficiente de empuxo (𝐾),

que varia em razão do tipo de estaca utilizada e qual será o grau de perturbação

gerado em sua execução. Por exemplo, para estacas metálicas, 𝐾 detém valor

próximo aos de coeficientes de empuxo em repouso, enquanto para estacas

escavadas sem concretagem imediata, atinge proximidade da condição de empuxo

ativo (CINTRA; AOKI, 2010).

Devido a essa variação, Broms (1966, apud Cintra e Aoki, 2010, p. 20) indica

valores que podem ser utilizados para 𝐾, destacando que estacas escavadas devem

possuir 𝐾 correspondendo ao máximo valor recomendado para as metálicas, além

de correlacionar o ângulo de atrito solo/estaca (𝛿) com o ângulo de atrito do solo (ϕ).

Tabela 2 - Coeficiente de empuxo K e ângulo de atrito 𝛿.


Para fundações profundas em areia, Cintra e Aoki (2010) evidenciam que a

resistência de ponta na iminência da ruptura (𝑟𝑃) é uma função da incorporação do

40

fator de capacidade de carga (𝑁𝑞) com o fator de forma (𝑆𝑞), multiplicado por um

valor máximo de sobrecarga (𝑞∗), atingido na profundidade 15 vezes o diâmetro do

elemento de fundação:

𝒓𝑷 = 𝒒∗ 𝑵𝒒∗ (1.13)

Formando a equação 1.14 para 𝑅𝑃:

𝑹𝒑 = (𝒒∗ 𝑵∗𝒒)𝑨𝒑 (1.14)

4.3 METÓDOS SEMIEMPÍRICOS

Em razão de os métodos teóricos não serem tão confiáveis para previsão da

capacidade de carga, possuem pouca utilização em projetos, despertando a

necessidade de criação de métodos semiempíricos baseados em correlações entre

resultados obtidos através de ensaios in situ e refinados com a efetuação de provas

de carga. Três dos mais conhecidos métodos semiempíricos brasileiros são de

autoria de Aoki e Velloso (1975), Décourt e Quaresma (1978) e Teixeira (1996).

4.3.1 Método Aoki e Velloso

Segundo Marangon (2009), este método foi inicialmente fundamentado com

base no ensaio de penetração estática CPT, obtendo correlações para as incógnitas

𝑟𝐿 e 𝑟𝑃.

A formação de 𝑟𝑝 ocorre pela divisão da resistência de ponta do cone (𝑞𝑐) por

um fator de correção 𝐹1, enquanto 𝑟𝐿 acontece pela divisão do atrito lateral unitário

na luva (𝑓𝑆) por um fator de correção 𝐹2. Os fatores de correção consideram a

diferença do comportamento entre a estaca e o cone CPT, e também, a interferência

do método executivo da fundação escolhida (CINTRA; AOKI, 2010).

𝒓𝑷 = 𝒒𝒄

𝑭𝟏 (1.15)

𝒓𝑳 = 𝒇𝑺

𝑭𝟐 (1.16)

41

Entretanto, devido à falta de utilização do ensaio CPT no Brasil, Amann

(2010) evidencia uma variação em que a resistência de ponta (𝑞𝑐) pôde ser

substituída pelo produto entre o índice de resistência a penetração (𝑁𝑆𝑃𝑇) obtido na

sondagem por SPT, e um coeficiente 𝐾 dependente do tipo de solo:

𝒒𝒄 = 𝑲 𝑵𝑺𝑷𝑻 (1.17)

Por conseguinte, o atrito lateral unitário também pode ser representado em

função de 𝑁𝑆𝑃𝑇, pela multiplicação entre a razão de atrito (𝛼) característica de cada

solo, o índice de resistência (𝑁𝑆𝑃𝑇) a penetração e o coeficiente 𝐾 (AMANN, 2010):

𝒇𝒔 = 𝜶 𝑲 𝑵𝑺𝑷𝑻 (1.18)

Podendo reescrever as expressões 1.15 e 1.16 anteriores da seguinte forma:

𝒓𝑷 = 𝑲 𝑵𝑷

𝑭𝟏 (1.19)

E

𝒓𝑳 = 𝜶 𝑲 𝑵𝑳

𝑭𝟐 (1.20)

Sendo 𝑁𝑃 o índice de resistência à penetração presente na cota de apoio da

ponta da estaca e 𝑁𝐿 o índice de penetração médio na camada de solo, ambos

relativos à sondagem mais próxima que foi efetuada.

Os valores de 𝐾 e a razão de atrito (𝛼), em razão do tipo de solo, podem ser

visualizados na Tabela 3:

42

Tabela 3 – Valores de K e 𝛼 em razão do tipo de solo.


Enquanto os fatores de correção 𝐹1 e 𝐹2 para cada tipo de estaca, podem ser

apurados na Tabela 4:

Tabela 4 – Fatores de correção para cada tipo de estaca.


Contudo, Cintra e Aoki (2010) ressaltam a importância de substituir, quando

necessário, as correlações originais por correlações regionais, devido à

especificidade de cada região e suas formações geotécnicas. De forma que sempre

se respeite à formulação original.

4.3.2 Método Decourt-Quaresma (1978)

Como elucidado anteriormente, as parcelas resistivas 𝑅𝐿 𝑒 𝑅𝑃 de uma estaca

enquanto elemento de fundação podem ser expressas, como:

43

𝑹𝑳 = 𝒓𝑳 𝑼 𝑳 (1.4)

𝑹𝑷 = 𝒓𝑷 𝑨𝑷 (1.2)

De modo que, neste método semiempírico, a estimativa de atrito lateral ou da

tensão de adesão (𝑟𝐿) é idealizada pelo valor médio do índice de resistência a

penetração do SPT pela extensão de seu fuste (𝑁𝐿) organizado da seguinte forma

(CINTRA; AOKI, 2010):

𝒓𝑳 = 𝟏𝟎 (𝑵𝑳

𝟑+ 𝟏) (1.23)

Os limites utilizados por Décourt (1982, apud Cintra e Aoki, 2010, p. 27) nas

estacas de deslocamento e nas escavadas com lama bentonítica são 15 ≤ 𝑁𝐿 ≤

50, já para as demais, 3 ≤ 𝑁𝐿 ≤ 15.

Por outro lado, Cintra e Aoki (2010) demonstram que a capacidade de carga

(𝑟𝑃) utilizada para obtenção de 𝑅𝑃 e relativa a capacidade de carga junto à ponta ou

base da estaca, é atingida pelo produto do índice de resistência de penetração na

ponta ou na base da estaca (𝑁𝑃), equivalente a média dos níveis superiores e

inferiores, e o coeficiente característico do solo (𝐶):

𝒓𝑷 = 𝑪 𝑵𝑷 (1.24)

A Tabela 5 destaca os valores de coeficiente característico em relação ao tipo

de solo:

Tabela 5 – Coeficiente característico do solo C.


44

Posteriormente, Décourt (1996, apud Cintra e Aoki, 2010, p. 28) ainda

introduziu mais dois fatores (𝛼 e 𝛽) nas porções relativas à resistência de ponta e a

lateral, sucedendo na equação 1.25 para capacidade de carga:

𝑹 = 𝜶 𝑪 𝑵𝑷 𝑨𝑷 + 𝜷 𝟏𝟎 (𝑵𝑳

𝟑+ 𝟏) 𝑼 𝑳 (1.25)

Sendo que para as estacas que utilizam lama bentonítica, as escavadas, as

hélices contínuas, as raízes e as injetadas sob altas pressões, devem-se considerar

os valores presentes na Tabela 6 para 𝛼:

Tabela 6 – Valores do fator 𝛼 em função do tipo de estaca e solo.


E os da tabela 7 para 𝛽:

Tabela 7 – Valores do fator 𝛽 em função do tipo de estaca e solo.


De forma que nas demais tipologias de estacas, considera-se valor igual a um

(CINTRA; AOKI, 2010).

45

4.3.3 Método Teixeira (1996)

Analogamente aos métodos previamente citados, o de Teixeira (1996, apud

Cintra e Aoki, 2010, p. 29) sugere uma equação única para a capacidade de carga:

𝑹 = 𝑹𝑷 + 𝑹𝑳 = 𝜶 𝑵𝑷 𝑨𝑷 + 𝜷 𝑵𝑳 𝑼 𝑳 (1.26)

De forma que 𝑁𝑃 seja o valor médio do índice de resistência à penetração

aferido da distância entre 4 diâmetros acima da ponta da estaca e 1 diâmetro

abaixo, e 𝑁𝐿 o valor médio do índice de resistência à penetração pela extensão do

fuste da estaca.

Os respectivos valores para os parâmetros relativos à resistência de ponta (𝛼)

são expostos na Tabela 8:

Tabela 8 – Valores do parâmetro 𝛼.


Enquanto os valores para 𝛽 não sofrem influência do tipo de solo e se

encontram na Tabela 9:

46

Tabela 9 – Valores do parâmetro 𝛽.


Em cenários que a capacidade de carga é definida majoritariamente pela

resistência de atrito lateral, como é o caso das pré-moldadas de concreto flutuantes

em densas camadas de argilas moles sensíveis, as quais comumente possuem

𝑁𝑆𝑃𝑇 ≤ 3, Teixeira (1996, apud Cintra e Aoki, 2010, p. 29) adverte que o método não

se aplica. Tendo nesse caso à tensão de atrito lateral (𝑟𝐿) dada pela natureza do

sedimento argiloso, como mostra o Quadro 3:

Quadro 3 – Valores do atrito lateral 𝑟𝐿.


De modo que não se use 𝛽 para definição da parcela relativa à resistência

lateral 𝑅𝐿.

4.4 CARGA ADMISSÍVEL

Conforme visto no início deste capítulo, os valores de capacidade de carga

dependem das variáveis obtidas através de correlações entre os índices de

penetração do solo, geometria da estaca e método executivo, assim como, cargas

atuantes nos pilares.

47

Todavia, devido a não apresentação de um comportamento homogêneo do

solo por todo seu comprimento e profundidade, ainda que se utilizem estacas

idênticas e de mesma seção transversal para um conjunto de estaqueamento, há a

ocorrência de comportamentos desiguais para cada elemento de fundação, e

consequentemente, diferentes valores de capacidade de carga (CINTRA; AOKI,

2010).

Deste modo, Cintra e aoki (2010) apontam duas filosofias de cálculo para

tratar os fatores abrangidos na obtenção da capacidade de carga. A primeira utiliza

𝑅 como um valor característico (𝑅𝑘), que possui probabilidade de ocorrência inferior

a 5% e é reduzido por um fator de minoração (𝛾𝑚), se certificando que este não se

diminua a ponto de tornar-se inferior ao valor característico da solicitação 𝑆𝑘, o qual

é aumentado por um fator de majoração (𝛾𝑓). No caso do material ser o concreto,

substitui-se 𝛾𝑚 por 𝛾𝑐.

Com relação ao segundo método de cálculo, não mais se utiliza 𝑅𝑘, mas sim

um valor médio de capacidade de carga (𝑅𝑀É𝐷) reduzido por um fator de segurança

(𝐹𝑠). Evidenciando o conceito de carga admissível (𝑃𝑎) da seguinte forma:

𝑷𝒂 = 𝑹𝑴É𝑫

𝑭𝒔 (1.27)

Apesar das duas filosofias estarem previstas na NBR 6122 (1996) e a da

carga admissível ser a mais empregada pelos projetistas, ambas podem se

correlacionar. Para isso, denomina-se 𝛾𝑅 como sendo a relação entre os valores

característico e médio da resistência (𝛾𝑅 = 𝑅𝑀É𝐷 / 𝑅𝑘), e 𝛾𝑠 como a relação entre o

médio e característico de solicitação (𝛾𝑠 = 𝑆𝑘 / 𝑆𝑀É𝐷). Desta maneira, atinge-se a

expressão geral para o fator de segurança:

𝑭𝒔 = 𝜸𝒔 𝜸𝒇 𝜸𝒎 𝜸𝑹 (1.28)

A NBR 6122 (1996) define para elementos de fundação por estacas, valores

de 𝐹𝑠 igual a dois no caso de capacidade de carga calculada por métodos

semiempíricos. E para situações particulares de estacas escavadas, carga

admissível tendo que ser suportada majoritariamente pela resistência lateral, ou

48

seja, no máximo 20% sendo suportada pela ponta e mínimo de 80% pela resistência

lateral.

Quanto aos fatores de segurança recomendados pelos autores semiempíricos

citados antecedentemente, Aoki e Velloso (1975, apud Cintra e Aoki, 2010, p. 42)

adotam o mesmo valor global normatizado:

𝑷𝒂 = 𝑹

𝟐=

𝑹𝑳 𝑹𝑷

𝟐 (1.29)

Ao mesmo tempo que Décourt e Quaresma (1978, apud Cintra e Aoki, 2010,

p. 42) empregam fatores de segurança diferentes para parcela 𝑅𝐿 e 𝑅𝑃:

𝑷𝒂 = 𝑹𝑷

𝟒+

𝑹𝑳

𝟏,𝟑 (1.30)

E Teixeira (1996, apud Cintra e Aoki, 2010, p. 42) pratica diferentes fatores de

segurança para estacas a céu aberto:

𝑷𝒂 = 𝑹𝑷

𝟒+

𝑹𝑳

𝟏,𝟓 (1.31)

e para as ademais, 𝐹𝑠 = 2:

𝑷𝒂 = 𝑹

𝟐 (1.29)

Por fim, a NBR 6122 (1996) estabelece que para os casos em que solos

adensáveis inferem nas estacas atrito negativo, 𝑅𝐿 (−), deve-se subtrair o valor

referido à tal fenômeno:

𝑷𝒂 = 𝑹𝑷+ 𝑹𝑳

𝑭𝒔− 𝑹𝑳 (−) (1.32)

Garantindo uma maior exatidão na determinação da carga admissível em

casos em que a estaca sofre tal efeito.

49

4.4.1 Carga de catálogo

Verificação do estado limite último em que não se acata aspectos

geotécnicos, considerando apenas dados fornecidos pelo catálogo do fabricante

relativos apenas aos aspectos da seção transversal do fuste e o tipo de estaca

utilizada, resultando em um terno que representa a carga admissível da estaca (𝑃𝐸),

onde a fim de evitar equívoco, prefere-se denominar este fator como Carga de

Catálogo. Cintra e Aoki (2010) evidenciam que esta expressão é obtida a partir do

produto entre uma tensão admissível 𝜎𝐸 e a área referente à seção transversal do

fuste da estaca. De forma que quando se conheça as duas respectivas cargas

admissíveis 𝑃𝑎e 𝑃𝐸, faça-se uso da menor em virtude da segurança.

50

5. PATOLOGIAS

5.1 BULBO DE TENSÕES

Conforme Pinto (2006), aplicando uma carga na superfície de um terreno, a

distribuição e os acréscimos de tensão gerados nas profundidades adjacentes

tendem a não se limitar apenas à projeção dá área aplicada, de forma que as

tensões se dissipem com o aumento da profundidade e distanciamento do local de

imposição do esforço.

Por conseguinte, unindo os pontos com acréscimo análogos de tensão,

podem-se obter os bulbos de tensões, os quais ajudam a ilustrar quais serão as

cargas que o solo terá papel de resistir.

O conhecimento relativo a essa metodologia de análise é extremamente

importante, devido a sua capacidade de poder verificar a possível interferência que

uma construção pode causar em outra através da sobreposição de forças,

representada pelo encontro e combinação entre dois bulbos de tensões. Conforme

evidência Milititsky, Consoli e Schnaid (2015): “Os esforços sobrepostos podem ser

originados na obra sendo projetada ou, eventualmente, produzidos pela implantação

posterior de edificação junto à estrutura já existente”.

Figura 13 - Sobreposição de dois bulbos de tensões.

Fonte: Milititsky, Consoli e Schnaid (2015)

51

Esse acúmulo de tensões pode gerar grandes problemas estruturais devido a

não previsão do recalque diferencial causado, comprometendo o desempenho

estrutural da fundação e da edificação como um todo.

Um mesmo bulbo é capaz de atingir grandes profundidades e,

consequentemente, variadas camadas de solo com diferentes propriedades

resistivas. De forma que quanto mais ele se desenvolva em camadas adversas,

maior a chance de ocorrência de recalques mais acentuados, devido a mudança de

resistividade à esforços existentes.

5.2 RECALQUE

De acordo com Rebello (2008), a deformação do solo no momento que

recebe altas cargas é chamada de recalque, fenômeno que pode deslocar as

fundações, comprometendo o desempenho da estrutura.

Este deslocamento pode ocorrer de duas maneiras, a imediata, em seguida a

instituição da carga, ou lentamente pelo adensamento do solo, devido ao fato deste

ser constituído por diferentes partículas com distintas granulometrias em sua

composição, as quais no momento da imposição de grandes esforços tendem a se

rearranjar em razão da diminuição de vazios gerada pelo escoamento de águas

intersticiais, reduzindo o volume do solo e trazendo consigo a estrutura que está

apoiada em si (ASSUNÇÃO, 2005).

O fenômeno de recalque, quando uniforme, não provoca grandes prejuízos à

edificação. Porém, caso ocorra de maneira desigual (recalque diferencial),

ocasionará a formação de diferentes deslocamentos na mesma composição de

infraestrutura, causando grandes danos à construção.

O recalque diferencial está relacionado à existência de camadas com

diferentes propriedades e índices resistivos em um curto espaço horizontal, bem

como, a presença de carregamentos assimétricos em uma fundação. De forma que

se houver por parte do projetista, na concepção do projeto de fundações, a definição

de cotas de apoio iguais para as estacas sobre porções de solo com diferentes

grandezas de resistência à penetração, ou a utilização de tipos de fundação com

rigidezes distintas, devido à exigência de resistir a esforços desiguais, mas que não

solidarizam entre si, o projeto será falho e resultará em recalques diferencias.

52

A partir disso, torna-se conveniente em casos mais comprometedores, a

efetuação de uma análise de riscos, e se constatado a necessidade, reforços para a

infraestrutura (fundações). De modo que se consiga evitar colapsos estruturais e

possíveis catástrofes que estes acarretariam.

Figura 14 - Recalque diferencial nas estruturas.

Fonte: Fabrício e Rossignolo (2002).

Outro tipo de recalque é o dado por escoamento lateral, o qual tende a

ocorrer em solos não coesivos, principalmente em fundações superficiais, e se refere

a transposição de solo de regiões centrais à aplicação da carga, para suas

extremidades laterais, ou seja, saindo de áreas mais solicitadas, para as menos

solicitadas.

5.3 ATRITO NEGATIVO

Segundo Alonso (1989), no momento que uma estaca transpõe uma camada

de solo compressível, pode ocorrer esforços suplementares não previstos pelo

engenheiro estrutural, como por exemplo, empuxos horizontais pertinentes à

ocorrência de cargas unilaterais nessa faixa de solo, e atrito negativo, que na

condição das estacas verticais, se equivale a um aditamento na carga axial

resultante de um recalque da camada compressível. Além do fato de que se a

estaca dispuser de inclinação, haverá também, um esforço de flexão em razão deste

recalque.

53

Figura 15 - Esforços adicionais nas estacas devido ao adensamento de

camadas compressíveis.

Fonte: Alonso (1989).

5.3.1 Amolgamento

À medida que uma estaca é fincada através de uma camada de argila mole

submersa, está tende a deslocar lateralmente uma parcela desta argila, o que

provoca uma perda de resistência da mesma pela destruição de sua estrutura,

caracterizando o fenômeno de amolgamento. De modo que a região que sofre esta

ação seja definida pelas características da estaca, como diâmetro e método

executivo empregado, bem como, do nível de sensibilidade da argila presente.

Figura 16 - Atrito negativo provocado por amolgamento da argila.


Segundo Alonso (1989), o valor do atrito negativo, nesta circunstância, é

análogo ao peso próprio da argila amolgada. Contudo, a dimensão deste

amolgamento é um assunto que provoca controvérsia, em virtude de parte das

54

argilas conseguirem readquirir uma fração significativa de sua resistência

gradualmente após a cravação das estacas, através do acontecimento conhecido

como cicatrização. Por conta disso, em argilas que apresentam esta capacidade de

reconstituição resistiva, despreza-se qualquer parcela de atrito negativo em

decorrência da cravação de estacas, salvo os casos em que são executados aterros

ou construções que implementam cargas verticais na argila.

5.3.2 Sobrecarga em razão a aterro

Para Alonso (1989), a porção de atrito negativo propagada pelo aterro decorre

da geometria deste, de forma que para um dado conjunto de estacas, não pode ser

superior ao peso do volume de aterro (acrescido à sobrecarga) a cima do plano que

compreende o estaqueamento.

Na camada que sofre ações compressíveis, o atrito negativo atinge, no

máximo, o valor equivalente à resistência não drenada desta. Sendo dependente do

deslocamento entre a estaca e o solo-compressível.

Considerando um caso em que essa faixa compressível repouse acima de

uma parcela indeformável, e expressa resistência progressiva com o aumento de

profundidade, a distribuição das tensões do atrito negativo igualmente se ampliará

com a profundidade, todavia, ao atingir certa fundura, começará a decrescer,

baixando para zero na crista da camada indeformável, lugar em que o deslocamento

solo/estaca é nulo.

Figura 17 - Atrito negativo relativo à sobrecarga gerada por aterros.


55

Em consequência de habitualmente a extremidade inferior das estacas não

alcançarem o extrato indeformável, ocorre um recalque de sua ponta que resultará

no deslocamento da zona onde o atrito negativo é nulo para cima, atingindo na

região compressível, um determinado intervalo com atrito positivo. Alonso (1989)

salienta que “A mudança do atrito lateral de negativo para positivo ocorre na

profundidade onde o recalque da camada compressível é igual ao recalque da

estaca”. Dando para este local o nome de punto neutro.

56

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

O presente trabalho deteve como objetivo principal auxiliar na disseminação

de conhecimentos relativos às estacas enquanto fundações profundas, de forma que

para isso, fora realizado uma revisão bibliográfica embasada em obras literárias,

teses e artigos online. Cita-se os principais autores que contribuíram efetivamente

para os resultados obtidos neste trabalho, tais quais Pinto (1998), Cintra e Aoki

(2010) e Alonso (1998).

A concepção de uma fundação, parte do princípio da análise do solo vigente

por intermédio de investigações geotécnicas, como por exemplo, a sondagem a

percussão (SPT). Em que nesta, obtém-se o índice de resistência a penetração (N),

a profundidade do nível do lençol freático e o mapeamento do subsolo, além de

outros parâmetros geotécnicos pertinentes ao profissional responsável, que em

conjunto com os esforços resultantes dos pilares, possibilitam iniciar a idealização do

projeto.

Devido à vasta gama de tipos de fundações passíveis de serem utilizadas

como elementos estruturais, e como apresentado neste trabalho, de tipologias de

estacas com as mais diversificadas características entre si. Durante a idealização do

projeto, o responsável deve se atentar para que se considere a vizinhança

adjacente, os custos pertinentes à produção e execução da estaca, bem como, a

área disponível no canteiro de obras. Compatibilizando-os com as cargas resultantes

e os parâmetros geotécnicos vigentes no subsolo da edificação, de forma que se

permita a otimização do projeto ao máximo.

Com relação ao método executivo, as estacas podem ser divididas em

escavadas e cravadas, sendo as primeiras indicadas em casos de localidades com

ampla densidade de edificações, devido à baixa vibração causada. E também,

porque permitem a amostragem do solo escavado, garantindo uma segura avaliação

da capacidade de carga desta. De forma que as cravadas, apesar de possuírem alta

vibração, proporcionam uma maior rapidez na execução, além de serem estáveis em

terrenos sem auto sustentação.

Quanto à capacidade de resistir aos esforços da superestrutura, o valor de

resistência máxima que um estaqueamento pode suportar, é conhecido como

capacidade de carga. De maneira simplificada, a capacidade de carga é uma

57

mobilização das tensões resistentes ao longo do fuste e na ponta da estaca, fatores

que são diretamente dependentes das condições geotécnicas.

Por fim, permitiu-se concluir que a leitura correta das características

presentes no subsolo, com a posterior escolha assertiva da estaca que se encaixa

com as condições encontradas, asseguram o pleno desempenho por parte da

fundação, garantindo que a melhor alternativa para cada especifico seja utilizada,

aumentando a relação custo/benefício da infraestrutura e evitando a ocorrência de

patologias por recalques e atrito negativo.

Como sugestão para trabalhos futuros, fundamentado no fato de que a

construção civil está sempre em constante desenvolvimento, destaco a necessidade

de atualização dos métodos utilizados para obtenção das variáveis indispensáveis

em um íntegro projeto de fundações profundas por estacas, como por exemplo, as

relacionadas à previsão de recalques.

58

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