Fundamentado no conceito de energia descrito anteriormente, o método UFRGS (Lobo, 2005; Lobo et al., 2009) permite a determinação da capacidade de carga de estacas com base na força dinâmica de reação do solo (Fd), mobilizada durante a cravação do amostrador SPT (Eq. 2.57). Seu desenvolvimento é baseado em banco de dados composto por 272 provas de carga à compressão, sendo: 96 de estacas cravadas pré-moldadas, 95 de estacas hélice contínua, 53 de estacas escavadas e 28 de estacas metálicas. As características específicas de cada prova de carga utilizada são apresentadas por Lobo (2005) e Langone (2012). Em cada prova de carga, a carga de ruptura é definida segundo critério recomendado pela norma brasileira de fundações NBR 6122/2010, que define a carga de ruptura como sendo a carga associada a deformações plásticas de D/30 (D é o diâmetro da estaca) acrescida do recalque elástico da estaca PL/EA (P é a carga mobilizada; L, o comprimento; E, o módulo de Young da estaca; e A, a área da seção transversal da estaca).
(resistência unitária de ponta) e ql (resistência unitária de atrito lateral), definidas a partir das
Eqs. 2.54 e 2.55:
onde ap é a área da ponta do amostrador SPT = (π · d2/4) = (π · 5,12/4) = 20,43 cm2; e al é a soma das áreas lateral externa e interna do amostrador = π · 30 · (5,1+3,5) = 810,5 cm2; sendo 30 cm a penetração média.
A relação de Fd,q/Fd pode ser expressa em função do índice de rigidez, do ângulo de atrito interno do solo e do nível de tensões, cuja faixa é definida entre 60% e 90%, com valor médio de 70% (Fd,q = 0,7 · Fd). A parcela de atrito lateral é influenciada por efeitos de escala e resulta em atrito lateral unitário da estaca de fl,spt = 0,2 · Fd. Por consequência:
onde U é o perímetro da estaca; ∆L, o comprimento do trecho da estaca ao qual Fd se aplica; e Ap, a área da ponta ou base da estaca. O método é desenvolvido para estacas metálicas cravadas e sua aplicação para outros tipos de estacas exige a adoção de fatores empíricos α e β, obtidos por meio de correlações estatísticas, conforme a Tab. 2.15.
TAB. 2.15 Valores de α e β obtidos estatisticamente para cada tipo de estaca
Tipo de e staca α β
Cravada pré-moldada 1,5 1,1
Cravada metálica 1,0 1,0
Hélice contínua 1,0 0,6
Escavada 0,7 0,5
A variação dos valores de α e β reflete o mecanismo de interação e o estado de tensões mobilizado na interface estaca-solo. Estacas metálicas, adotadas como referência na análise por sua semelhança com o amostrador SPT, apresentam valores unitários de α e β. As estacas pré- moldadas apresentam coeficientes ligeiramente superiores às metálicas, refletindo o atrito unitário concreto-solo superior ao atrito unitário aço-solo. Estacas escavadas mobilizam os menores valores de carga de ponta e atrito lateral, em razão do alívio no estado de tensões do solo, decorrente do processo de escavação. Estacas hélice contínua produzem uma condição intermediária entre estacas cravadas e escavadas para a carga mobilizada na ponta da estaca. O atrito unitário na estaca hélice contínua é da mesma ordem de grandeza das estacas cravadas, porém deve-se observar que o sobreconsumo verificado durante a concretagem (aumento do diâmetro) não é considerado nessa análise.
Vale observar que, embora a formulação apresentada seja bastante simples, não alterando a prática já consagrada de correlacionar o número de golpes NSPT com a carga última da estaca,
essa abordagem apresenta vantagens em relação a métodos empíricos:
a] O uso de diferentes equipamentos e procedimentos, resultantes de fatores locais e do grau de
desenvolvimento tecnológico regional, não interfere no método de previsão proposto, desde que a eficiência de cada sistema de SPT seja devidamente aferida, o que implica a correta determinação do valor de Fd.
b] A energia transmitida pelo sistema martelo-haste-amostrador é função do tipo de solo e,
portanto, o método captura a influência do solo na previsão da capacidade de carga da
estaca. Logo, não há necessidade de introduzir coeficientes empíricos que dependam do tipo de solo, ao contrário das outras metodologias baseadas no ensaio SPT.
Para qualquer dos métodos descritos, coeficientes determinados estatisticamente e aplicados no estabelecimento de um modelo são afetados pelos procedimentos de ensaio (tipo de prova de carga), pela definição de ruptura da prova de carga e pelos procedimentos construtivos e seus efeitos nas propriedades e condições do subsolo. O uso de métodos de estimativa de capacidade de carga estabelecidos em condições diferentes – como a transposição para a América do Sul de métodos europeus ou americanos baseados em SPT ou cone – deve ser validado localmente por provas de carga com resultados conclusivos.
O usuário de um método deve conhecer todas as hipóteses adotadas pelos autores, identificando critérios de ruptura, procedimentos, fatores de segurança e características do solo.
Os aspectos relevantes a serem considerados quando da aplicação dos métodos de correlação direta são:
a] Tipo de estaca - a mobilização do atrito lateral no fuste da estaca é função do tipo de estaca
e do método de instalação. No Brasil e em outros países da América do Sul, são raros os casos relatados na literatura de provas de carga instrumentadas, principalmente em estacas escavadas, que permitam inferir a distribuição do atrito ao longo do fuste da estaca. A adoção de coeficientes empíricos para caracterizar a influência do tipo de estaca deve ser feita com precaução e, sempre que necessário, validada por meio de provas de carga.
b] Tipo de solo - critérios subjetivos são utilizados na descrição do tipo de solo e
posteriormente correlacionados a coeficientes empíricos na previsão da capacidade de carga de estacas. Fatores importantes (determinantes do comportamento dos solos) como a história de tensões são desprezados nesse tipo de metodologia, e certamente influem no desempenho.
c] Profundidade - valores de NSPT dependem da influência de duas variáveis: densidade e nível de tensões. Um valor de NSPT = 10 obtido próximo à superfície corresponde a um solo cujo comportamento difere consideravelmente de outro com o mesmo NSPT, mas obtido a grande profundidade. Os métodos estatísticos não consideram diretamente a influência da profundidade, isto é, do nível de tensões.
d] Penetração da ponta da estaca na camada resistente - valores elevados de NSPT na camada onde a estaca se apoia, sem penetração adequada, conduzem à estimação de valores irreais de resistência de ponta.
2.8 Considerações finais
As principais implicações decorrentes do uso e da interpretação do SPT são listadas a seguir.
1] O ensaio de SPT é o mais utilizado na prática corrente da geotecnia, especialmente em
fundações, e essa tendência deve ser mantida no futuro próximo, devido à sua simplicidade e economia e à experiência acumulada na sua realização.
2] O avanço do conhecimento já atingido deve ser necessariamente incorporado à prática de
a avaliação da energia transmitida ao amostrador.
3] O treinamento de pessoal e a supervisão da realização do ensaio constituem importantes
desafios, mesmo que impliquem acréscimo de custo, para que os resultados sejam representativos e confiáveis.
4] Uma vez atendidas as recomendações anteriores, podem-se aplicar as metodologias
apresentadas para a estimativa de parâmetros de comportamento dos solos e a previsão de desempenho de fundações, resguardando as limitações apresentadas.
5] Do ponto de vista da prática de Engenharia de Fundações, os valores médios de penetração
podem servir de indicação qualitativa à previsão de problemas. Por exemplo, NSPT
superiores a 30 indicam, em geral, solos resistentes e estáveis, sem haver necessidade de estudos geotécnicos mais elaborados para a solução de casos correntes. Por sua vez, solos com NSPT inferiores a 5 são compressíveis e pouco resistentes, e não devem ter a solução produzida com base unicamente nesses ensaios, mesmo porque, nessa faixa de variação (0- 5), tais ensaios não são representativos.