3.2 DIMENSIONAMENTO GEOTÉCNICO
3.2.1 Considerações para adaptação do método de Grenoble
Em um primeiro momento, sabe-se que para os autores da época, a elaboração do cálculo em situações que apresentem diversas camadas distintas de solo era um desafio a ser vencido. A necessidade de consulta recorrente aos diferentes ábacos quantas as vezes forem necessárias, de acordo com o número de camadas que a estaca atravessa até sua profundidade de assentamento, torna o processo manual de cálculo muito trabalhoso e também sujeito a erros de leitura.
O método de Grenoble tem como exigência o conhecimento dos valores dos parâmetros geotécnicos das diferentes camadas de solo para o cálculo da capacidade de carga. Portanto, é possível dizer que neste ponto há uma barreira a ser vencida, já que para a obtenção desses parâmetros, seria necessária a extração de amostras de solo para realização de ensaios em laboratórios especializados para a identificação dos valores destes parâmetros geotécnicos.
Com o intuito de transpor essas dificuldades, o dimensionamento geotécnico apresentado no presente trabalho propõe uma nova abordagem. Foi elaborada uma planilha eletrônica de cálculo, capaz de calcular a capacidade de carga total de uma estaca ou tubulão sem base alargada submetido à tração em qualquer perfil de solo.
Na presente abordagem do problema, foi incorporado o uso das já consagradas correlações empíricas da literatura de fundações para obtenção dos parâmetros geotécnicos das camadas de solo a partir do NSPT. O cálculo é realizado considerando a separação do perfil do terreno em quantas camadas forem necessárias, respeitando a sondagem de maneira fiel.
Os dados de entrada para elaboração do cálculo são:
• NSPT e distinção do aspecto de solo determinados metro a metro
• Nível d’água no terreno
• Carga de arrancamento de projeto Tk
• Fator de segurança para majoração da carga de projeto ɣf
• Carga distribuída na superfície do terreno q0
• Número divisor de ɸ
• Incremento de profundidade di
• Peso específico do concreto ɣc
• Raio da estaca ou tubulão sem base alargada R
• Profundidade de assentamento D
O processo de cálculo se dá a partir da leitura e interpretação do laudo de sondagem SPT, adotada na hipótese de cálculo, para obtenção do NSPT e do aspecto arenoso ou argiloso que a camada de solo apresenta. Com isso, são utilizadas as correlações para a determinação dos parâmetros ɣ, C e ɸ para cada metro ao longo da profundidade. As camadas são caracterizadas apenas nos aspectos arenoso e argiloso devido à bibliografia apresentada na Tabela 1 e Tabela 2, que limitam a estimativa de peso específico de material de acordo com o NSPT apenas para estes dois aspectos.
Dentre as correlações empíricas apresentadas, sabe-se que matematicamente, a equação empírica de Teixeira apresenta os menores valores de ângulo de atrito para valores de NSPT inferiores a 12 golpes frente às formulações de Godoy, Hatanaka e Uchida e De Mello. Acima deste NSPT, a equação de De Mello (1971) passa a apresentar os menores valores. É possível perceber esse fato através do gráfico comparativo entre as metodologias, apresentado a seguir na Figura 57.
Figura 57 - Gráfico comparativo entre correlações de ângulo de atrito FONTE: Autor
Portanto, devido às diferenças entre as formulações indicadas, para uma abordagem mais conservadora, neste trabalho serão calculadas as estimativas de ângulo de atrito interno do solo ɸ através da formulação de Teixeira e De Mello, e será adotado o menor valor encontrado.
Com a utilização da sondagem SPT para determinação dos parâmetros geotécnicos, o cálculo de capacidade de carga obrigatoriamente deve fixar o valor de incremento de profundidade das camadas di em 1 metro, já que a máxima precisão dos resultados obtidos através do ensaio SPT é de 1 metro. No cálculo, é possível alterar o valor desse incremento para valores menores que um, resultando em uma representação mais minuciosa do terreno, ou seja, é possível que o cálculo seja realizado adotando camadas com menores espessuras.
A indicação da profundidade em que se encontra o nível d’água no terreno, assim como o peso específico do concreto ɣc é necessária, pois para o cálculo do valor de capacidade de carga que uma camada abaixo do nível d’água oferece, deve ser utilizado o peso específico submerso dos materiais, conforme mostrado na Figura 58.
Figura 58 - Influência do lençol freático no peso dos materiais FONTE: Autor
É necessário indicar a carga de tração resultante na fundação Tk obtida através do projeto da torre, o fator de majoração ɣf, para determinar a carga de tração de cálculo Td, resultante da multiplicação desses dois valores.
Foi adotado um coeficiente de ponderação de resistência ɣm de 1,4 a favor da segurança, sendo assim, a capacidade de carga de cálculo TRd da estaca é determinada através da razão entre a capacidade de carga calculada TR e o coeficiente ɣm.
Caso exista, deve ser indicado o valor da pressão q0 atuante na superfície do terreno devido a presença de uma de carga distribuída infinita.
Deve ser escolhido também o valor usado no divisor de ɸ para determinação do ângulo da superfície de ruptura λ. Como já mencionado, o método de Grenoble para o modelo de estacas adota o ângulo da superfície de ruptura λ = - ɸ / 8.
Finalmente, com todos esses valores definidos, pode-se iniciar o cálculo da capacidade de carga propriamente dita, estipulando um valor para o raio R da estaca e uma profundidade de assentamento D. Deve-se fazer os incrementos de profundidade metro a metro até que a capacidade de carga de cálculo TRd seja superior à carga solicitante de cálculo Td, identificando a profundidade mínima necessária que a estaca deve alcançar.
O cálculo da capacidade de carga total TR da estaca se dá através do somatório das parcelas de capacidades de carga que cada camada oferece separadamente, conforme mostrado na equação 37 abaixo.
𝑇𝑅 = ∑ 𝑝𝑖 × 𝑑𝑖 × [ 𝑐𝑖 × 𝑀𝑐 𝑖 + 𝛾𝑖 × 𝑑𝑖 × (𝑀∅+ 𝑀𝛾)
𝑖 + 𝑞0𝑖× 𝑀𝑞𝑖] + 𝑃𝑖
𝑖
(37)
Capacidade de Carga de estaca submetida à tração em solo heterogêneo FONTE: Autor
São calculados os coeficientes de capacidade de carga Mc, Mɸ, Mɣ e Mq para cada metro da estaca, usando a profundidade D de cada camada, ângulos λ e ɸ de cada camada e o raio R da estaca de concreto.
Figura 59 - Indicação da camada i.
FONTE: Autor
Para a parcela de sobrecarga que cada camada oferece, é determinada a tensão atuante
𝑞
0𝑖 sobre cada camada através do somatório das multiplicações dos pesos específicos (saturados ou submersos) de cada camada pela altura de cada camada.Figura 60 - Determinação da carga distribuída sobre camada.
FONTE: Autor
A superfície de ruptura adotada para a estaca é formada por todos os segmentos de reta definidos para cada incremento de profundidade. Cada camada de solo acompanha seu respectivo valor de ângulo de atrito, obtido através das
correlações empíricas, portanto pode-se afirmar que cada camada irá apresentar inclinações com ângulo λ diferentes para a superfície de ruptura.
Figura 61 - Inclinação variável da superfície de ruptura.
FONTE Autor
O peso total de concreto é calculado através do somatório da multiplicação dos pesos específicos do concreto (natural ou submerso) pelo volume do cilindro de raio R e altura di..
Para a elaboração deste trabalho, será adotado o volume exato de solo no interior da superfície de ruptura, buscando a maior precisão nos cálculos. O cálculo é um pouco mais complexo, pois para cada incremento de profundidade ao longo do tubulão, a superfície de ruptura possui a geometria de um tronco de cone.
A base maior do tronco de cone, com raio “B”, para qualquer camada, sempre será determinada através do afastamento “Δb” que a superfície de ruptura tem do eixo da estaca. O afastamento “Δb” é calculado através da multiplicação do valor do incremento de profundidade pela tangente do ângulo de atrito ɸ da camada. Sendo assim, o “B” é calculado somando o raio “b” da base menor com o “Δb” da camada.
A base menor do tronco de cone de raio “b”, para a camada imediatamente acima, é igual à base maior com raio “B” do tronco de cone formado para a camada imediatamente abaixo. Na ponta da estaca, a base menor do tronco de cone tem o raio “b” semelhante ao raio R do tubulão propriamente dito, conforme indicado na Figura 62.
Figura 62 - Tronco de cone formado pela superfície de ruptura.
FONTE Autor
Devido à proposição da adaptação do método não ter sido testada com provas de cargas reais, sugere-se que, para utilização do método adaptado, sejam realizadas provas de cargas nos elementos tracionados para confirmar a real capacidade de carga dos elementos.