Métodos semi-empíricos

Baseados em ensaios ―in situ‖ de penetração dinâmica (SPT) ou penetração estática (CPT).

2.6.1.1 Método de Aoki e Veloso

Aoki e Velloso (1975) propõem critérios para a determinação da resistência de ponta ( e da resistência lateral ( ) que compõem a capacidade de carga da estaca (R). Desenvolvido a partir de um estudo comparativo entre os resultados de prova de carga em estacas e de SPT, aplicando-se tanto para dados de SPT, quanto para CPT.

Segundo Schnaid (2012) a teoria para estimativa de capacidade de carga para estacas é fundamentada no ensaio de penetração estática, porém com o emprego do coeficiente K, torna-se possível o uso direto dos resultados de ensaios SPT em tal abordagem (coeficiente K é o coeficiente de conversão da resistência do cone para ) e o coeficiente α expressa a relação entre as resistências de ponta e lateral do ensaio de penetração estática. Os valores de resistência de fuste de ponta da estaca, conforme as camadas distintas que esta atravessa, geram parcelas características de resistências conforme o tipo de solo da faixa, sendo conforme equações 11 e 12.

= (11)

= U ∑ (12)

Em que:

= capacidade de carga do solo na cota de apoio do elemento estrutural de fundação. = área da seção transversal da ponta.

= tensão média de adesão ou de atrito lateral na camada de espessura . U = perímetro da seção do fuste.

Os valores de e podem ser calculados a partir da resistência de ponta ( ) e do atrito lateral ( ) medido em ensaios de penetração CPT conforme equações 13 e 14:

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

(13)

(14)

Os coeficientes de transformação e englobam o tipo de estaca e o efeito de escala entre a estaca (protótipo) e o cone do CPT (modelo) cujos valores são indicados na Tabela 3.

Tabela 3 Fatores de correção F1 e F2

Tipo de Estaca F1 F2

Franki 2,50 2 F1

Metálica 1,75 2 F1

Pré-Moldada 1 + D/0,80 2 F1

Escavada 3,0 2 F1

Raiz, Hélice contínua e Ômega 2,0 2 F1

Fonte: Adaptado de Aoki Veloso, 1975.

Quando não se mede o valor de pode-se correlaciona-lo com a resistência de ponta

(15)

Em que é função do tipo de solo.

Quando não se dispõe de ensaio CPT, o valor da resistência de ponta pode ser estimado com uma correlação com o índice de resistência á penetração dos ensaios de penetração

dinâmica SPT.

(16)

Tabela 4 Coeficientes K e para correlações

Tipo de terreno K (Mpa) (%)

Areia 1,00 1,4

Areia siltosa 0,80 2,0

Areia silto argilosa 0,70 2,4

Areia argilosa 0,60 3,0

Areia argilo siltosa 0,50 2,8

Silte 0,40 3,0

Silte arenoso 0,55 2,2

Silte areno argiloso 0,45 2,8

Silte argiloso 0,23 3,4

Silte argilo arenoso 0,25 3,0

Argila 0,20 6,0

Argila arenosa 0,35 2,4

Argila areno siltosa 0,30 2,8

Argila siltosa 0,22 4,0

Argila silto arenosa 0,33 3,0

Fonte: Adaptado de Schnaid, 2012.

Com base no valor N, podem ser reescritas as equações 17 e 18:

(17)

(18)

Em que e correspondem ao índice de resistência à penetração na cota de apoio do elemento estrutural de fundação, e o índice de resistência à penetração médio na camada de solo de espessura obtidos a partir da sondagem mais próxima.

A capacidade de carga (R) de um elemento de fundação isolado pode ser estimada pela fórmula semi-empírica na equação 19:

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

∑

(19)

Para determinar os valores de resistência, quando a ponta da estaca se situa entre dois valores do índice de resistência à penetração do SPT, calcula-se para os dois valores correspondentes da capacidade de carga, interpolando linearmente para determinar o valor de R deste elemento de fundação (AOKI; VELLOSO, 1985).

A partir do valor médio da capacidade de carga dos elementos isolados de fundação ( ) e um coeficiente de segurança de no mínimo 2 (Aoki, 1976), a carga admissível ( ̅), (equação 20), oriunda da análise de ruptura geotécnica:

̅ (20)

2.6.1.2 Método de Décourt e Quaresma

Em um elemento isolado de fundação, as parcelas de resistência e da capacidade de carga (R), podem ser expressas através das equações 21 e 22:

(21)

(22)

A estimativa de tensão de adesão ou de atrito lateral ( ) é feita com o valor médio do índice à penetração do SPT ao longo do fuste ( ) de acordo com Décourt (1982) os valores de ( ) são obtidos na equação 23:

( ) (23)

Segundo Wayhs (2015) considerando um limite superior para estacas de deslocamento. Ocorre a impossibilidade construtiva de estacas pré-moldadas e tubos Franki em

terrenos com SPT da ordem de 50 golpes. Para estacas pré-moldadas o limite é de 15 a 35 golpes em solos arenosos e 30 golpes em solos argilosos.

A capacidade de carga do solo á ponta da estaca ( ) é dada pela equação 24:

(24)

Em que: = valor médio de resistência á penetração na ponta ou base do elemento estrutural de fundação obtido a partir de três valores: o correspondente ao nível de ponta ou de base, e o imediatamente anterior e o imediatamente superior (WAYHS, 2015).

C = é um fator característico do solo conforme Tabela 5 Tabela 5 Fator característico do solo

Tipo de Solo C (Kpa)

Argila 120

Silte argiloso 200

Silte arenoso 250

Areia 400

Fonte: Adaptado de Décourt e Quaresma, 1978

A norma na versão 2010 prevê que a carga admissível de uma estaca seja determinada, através da aplicação de um coeficiente de segurança global igual a 2,0 á soma das cargas de ponta e lateral, conforme equação 25.

̅ (25)

De acordo com Decóurt (1982) devem ser empregados 4 coeficientes de segurança parciais, descritos nas equações 26 e 27.

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

= coeficiente de segurança relativo aos parâmetros do solo (1,1 para atrito lateral, e 1,35 para resistência de ponta).

= coeficiente de segurança relativo á formulação adotada (igual a 1,0).

= coeficiente de segurança para evitar recalques excessivos (igual a 1,0 para atrito lateral e 2,5 para resistência de ponta).

Fw = coeficiente de segurança relativo á carga de trabalho da estaca (igual a 1,2) Obtendo-se: (26) + (27)

Para os elementos isolados de fundação seu valor médio ( ) representa a carga admissível, desde que atenda ao coeficiente de segurança global 2.

Para a equação da capacidade de carga Décourt (1996), introduziu os coeficientes e , na equação da capacidade de carga para aplicação em estacas escavadas com lama bentonítica, estacas escavadas em geral (inclusive tubulões á céu aberto), estacas tipo hélice contínua e raiz e estacas injetadas sob altas pressões. Os valores propostos para e estão determinados na tabela 06, e compondo a equação 28; o método original permanece para estacas de deslocamento pré-moldadas, metálicas e Franki.

Tabela 6 coeficientes e em função do tipo de estaca e do tipo de solo Estaca Cravada (Padrão) Escavada (em geral) Escavada (c/ bentonita) Hélice Contínua Raiz Injetada (alta pressão) Solo Argilas 1,0 1,0 0,85 0,80 0,85 0,90 0,30 1,0 0,85 1,50 1,0 3,0 Solos Interm. 1,0 1,0 0,60 0,65 0,60 0,75 0,30 1,0 0,60 1,50 1,0 3,0 Areias 1,0 1,0 0,50 0,50 0,50 0,60 0,30 1,0 0,50 1,5 1,0 3,0

Fonte: Adaptado de Aoki e Cintra, 2010.