CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS

Conforme Cintra e Aoki (2010) denomina-se fundação por estacas, quando se considera o sistema formado pelo elemento estaca (elemento estrutural) e o maciço que a envolve (elemento geotécnico). Para determinação da capacidade de carga considera-se a aplicação de uma carga de compressão P na cabeça do elemento, que vai mobilizar as tensões de resistência por adesão ou atrito lateral, entre o solo e o fuste da estaca, e também as tensões resistentes normais à base ou ponta da estaca (os termos são relacionados ao tipo de solo: adesão em argila e atrito em areia; porém predomina o uso da expressão atrito lateral, para qualquer tipo de solo) (CINTRA e AOKI 2010).

Ainda conforme Cintra e Aoki (2010) no inicio da aplicação de carga, ocorre a mobilização parcial do atrito lateral ao longo do fuste da estaca. Os segmentos da estaca apresentarão parcelas diferentes deste atrito, conforme as características geotécnicas das diferentes camadas e profundidades. A partir da total mobilização do atrito lateral, começa atuar a mobilização da resistência de ponta. Com o aumento da carga, também ocorre a gradativa mobilização da resistência de ponta, até seu valor máximo, a partir daí a estaca estaria na iminência de deslocar-se incessantemente para baixo. Esta condição de recalque incessante, mantida a carga, caracteriza a ruptura do elemento de fundação por estaca, sendo este modo classificado de ruptura nítida. Também ocorre a partir da interpretação dos gráficos de carga x recalque, de provas de carga estática, a ruptura física e a ruptura convencional (CINTRA e AOKI 2010).

A ruptura considerada é restrita á conceituação de capacidade de carga em termos geotécnicos, em que o material da estaca é considerado suficientemente resistente para que não haja ruptura da própria estaca. Em casos em que a capacidade de resistência á compressão da estaca é inferior á capacidade de carga geotécnica, deve prevalecer o limite de resistência da própria estaca (CINTRA e AOKI 2010).

Segundo Alonso (1989) quanto á resistência estrutural da estaca é possível considerar que para estacas com cargas de compressão inferiores á 5 MPa, não há necessidade de armaduras, a partir destes valores a estaca se sujeita á outros esforços (tração, flexão, torção ou cortante).

Conforme NBR 6122 (ABNT 2010), quando estacas ou tubulões forem submetidos á cargas de compressão e tiverem sua cota de arrasamento acima do nível do terreno, levada em conta eventual erosão, ou atravessarem solos moles devem ser verificadas á flambagem.

Segundo Cintra e Aoki (2010) as tensões resistentes ao longo do fuste e na base compõem as duas parcelas de resistência que formam a capacidade de resistência daquele elemento, conforme equação 01.

(1)

Em que:

: Capacidade de carga do elemento de fundação por estaca : Parcela de resistência por atrito lateral

: Parcela de resistência pela base ou ponta

Para obtenção da resistência de ponta ( , basta multiplicar a resistência de ponta em unidades de tensão ( ), pela área da seção transversal da ponta ou base da estaca ( ) conforme equação 02 (CINTRA; AOKI, 2010).

(2)

Segundo Wayhs (2015), para o caso de estaca pré-moldada de concreto com seção vazada, considera-se a seção como maciça, para definição de área de cálculo devido ao embuchamento que ocorre na cravação.

Para a parcela de atrito lateral ( ), somam-se as forças de atrito resistente nos diversos segmentos de estaca representando o perímetro (U) do fuste, conforme equação 03.

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Estudo comparativo da fundação de um edifício modelo: estaca rotativa x pré-moldada

Para estacas pré-moldadas de concreto com seção vazada utiliza-se o perímetro externo para fins de cálculo da parcela de atrito lateral, considerando as duas parcelas, obtêm-se na equação 04:

∑ (4)

A partir de dados obtidos por diversos pesquisadores, a mobilização máxima de atrito lateral é atingida para baixos valores de recalque da estaca, geralmente em torno de 5 a 10 mm, independente do tipo de estaca e do diâmetro de seu fuste. Já para a mobilização máxima da resistência de ponta é necessário recalques bem mais elevados, com valores que chegam a 10% do diâmetro da base para estacas cravadas, e de até 30% do diâmetro da base para estacas escavadas, diferença esta justificada pelo processo executivo das estacas (CINTRA e AOKI 2010).

2.4.1 Procedimento de controle de capacidade de carga através da nega

Segundo Alonso (1991), para estacas cravadas à percussão emprega-se o processo de controle de capacidade de carga durante a cravação, através da ―nega‖. Este indicador corresponde á medida de cravação permanente da estaca, quando sobre a mesma se aplica um golpe de pilão. De forma genérica determina-se a nega a partir de um décimo de penetração para dez golpes.

Para estacas do tipo Franki, segundo a prescrição da NBR 6122 (ABNT 2010), determina- se a nega ao final de cravação do tubo, por exemplo, não se configurando uma determinação de capacidade de carga. Considerando que a mesma só ficara pronta após o alargamento da base e posterior concretagem do fuste, com remoção do tubo. Adota-se o controle da energia aplicada para introdução dos volumes pré-fixados de concreto seco para alargamento da base.

Para o caso das estacas escavadas, Strauss, micro estacas e tubulões, não existem procedimentos de controle de carga durante a sua instalação. A cota de apoio destes elementos baseia-se na análise de investigações geotécnicas, em que estas investigações devem garantir confiabilidade para fins de determinação (WAYHS, 2015).

As equações de controle pela nega conforme equação 05 foram estabelecidas, comparando-se a energia disponível no topo da estaca com aquela gasta para promover a ruptura do solo, a partir de sua cravação, somadas as perdas por atrito e por impacto necessárias para vencer a inércia da estaca dentro da porção de solo (Alonso, 1991)

(5)

Em que:

W = peso do pilão

h = altura de queda do pilão

R = resistência do solo á penetração da estaca s = nega correspondente ao valor de h

As equações de cálculo de nega ( ) apontam valores para controle do estaqueamento, prevendo uniformidade ao longo da cravação, equiparando estacas de comprimentos iguais com valores de nega aproximadamente iguais.

As três equações de cálculo mais usuais são as equações 06, 07 e 08.

(6) (7) (8)

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Estudo comparativo da fundação de um edifício modelo: estaca rotativa x pré-moldada

Em que P é o peso próprio da fundação e R é a resistência imposta pelo solo á cravação da mesma. Para a equação de Brix adota-se R igual 5 vezes a carga admissível da estaca, e para a equação dos holandeses igual a 10 vezes.

A partir das deduções de Souza Filho e Abreu (1990), é comum adotarem-se para estacas pré-moldadas de concreto as seguintes energias de cravação ( ), conforme equação 09 e 10.

(9)

(10)

2.4.2 Repique de estacas

Aplicando um golpe de martelo ou pilão na cabeça de uma estaca, esta sofre um deslocamento. Uma das parcelas deste deslocamento é a parte elástica, denominada repique, que pode ser registrado através de gráficos conforme Figura 2 gerados no golpe de cravação da estaca. O repique do instante de cravação permite estimar a carga mobilizada (Aoki, 1985). O repique compõe-se de duas parcelas, sendo uma correspondente ao fuste, e a outra relativa ao deslocamento elástico da ponta da estaca.

Fonte: Adaptado de Aoki (1986) Figura 2 Medição de nega e repique

2.4.3 Controle por instrumentação

Para estacas pré-fabricadas a recomendação é para aplicar o ensaio após um período de repouso, que pode ser de um ou dois dias, para perfis granulares, e de ate cinco dias para perfis argilosos. Conforme NBR 6122 (2010) pode ser reduzido o fator de segurança a partir da disposição de um número adequado de provas de carga, e quando os elementos ensaiados tem algum grau de representação no conjunto estrutural, reduzindo desta maneira o grau de incertezas no projeto geotécnico.