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

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CLAUDINEI ADRIANO FAGUNDES

ESTUDO COMPARATIVO DA FUNDAÇÃO DE UM EDIFÍCIO MODELO:

ESTACA ROTATIVA X PRÉ-MOLDADA

Santa Rosa 2016

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ESTUDO COMPARATIVO DA FUNDAÇÃO DE UM EDIFÍCIO MODELO:

ESTACA ROTATIVA X PRÉ-MOLDADA

Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.

Orientador: Eder Claro Pedrozo

Santa Rosa 2016

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ESTUDO COMPARATIVO DA FUNDAÇÃO DE UM EDIFÍCIO MODELO:

ESTACA ROTATIVA X PRÉ-MOLDADA

Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.

Santa Rosa, 20 de dezembro de 2016.

Prof. Eder C. Pedrozo Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria - Orientador Prof. Diorges C. Lopes Coordenador do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ BANCA EXAMINADORA

Carlos Alberto Simões Pires Wayhs (UNIJUÍ) Mestre pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, (UFRGS)

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Dedico este trabalho aos meus familiares e amigos, pelo apoio incondicional.

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Agradeço primeiramente a Deus, pela etapa que se conclui, pelo caminho trilhado, e pelo aprendizado adquirido.

Aos meus familiares e amigos, pelo apoio e incentivo em todos os momentos.

A instituição e corpo docente, por oportunizar os meios necessários, para que se cumprisse mais esta valiosa etapa da vida.

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FAGUNDES, C.A. Estudo comparativo da fundação de um edifício modelo: estaca rotativa x estaca pré-moldada. 2016. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Santa Rosa, 2016.

Este trabalho apresenta um estudo de caso de fundações profundas, no qual é proposto um comparativo de viabilidade técnica e econômica para dois modelos executivos: estaca rotativa e estaca pré-moldada. Para tal, buscou-se a caracterização dos modelos de fundações existentes no mercado atual, as suas condicionantes executivas e suas vantagens para aplicação, bem como a identificação das singularidades de um projeto e interpretação do boletim de sondagem de um ensaio SPT. Além disso, objetivou-se verificar o dimensionamento de blocos de coroamento e suas variações para os dois modelos de fundações. Para tal, foram aplicadas metodologias de cálculo, partindo da identificação das cargas atuantes em um edifício, para cada tipo de estaca. Como resultado, buscou-se identificar o método mais viável para cada modelo do edifício proposto, e apontar possíveis melhorias para resultados e estudos futuros.

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FAGUNDES, C.A. Comparative study of the foundation of a building model: cutting rotational x stake pre-shaped. 2016. Work Completion of course. Course of Civil Engineering, Regional University of Rio Grande do Sul state Northwest - UNIJUÍ, Santa Rosa, 2016.

This paper presents a case study of deep foundations, which proposed a comparative technical and economic feasibility of two business models: rotary cutting and cutting precast. To do this, search the characterization of models of existing foundations in the current market, its executive constraints and advantages for application, as well as the identification of singularities of a design and interpretation of survey reports of a SPT test. Furthermore, the objective is to verify the design of crown blocks and variations for the two models of foundations. For this purpose, calculation methods applied are based on identifying the loads acting on a building, for each type of pile. As a result, we expect to identify the most viable method for each model of the proposed building, and pointing out possible improvements to results and future studies.

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Figura 1 Estaqueamento padronizados de até 05 estacas ... 25

Figura 2 Medição de nega e repique ... 37

Figura 3 Esquema de bloco sobre uma estaca ... 50

Figura 4 Esquema de forças de bloco sobre duas estacas ... 52

Figura 5 Esquema de bloco sobre três estacas ... 54

Figura 6 Delineamento do Projeto de TCC ... 60

Figura 7 Bloco e armadura exemplo, sobre uma estaca. ... 89

Figura 8 Bloco e armadura exemplo sobre duas estacas ... 91

Figura 9 Bloco e armadura exemplo sobre duas estacas escavadas de ø 70 cm. ... 93

Figura 10 Bloco e armadura exemplo sobre uma estaca pré-moldada ... 96

Figura 11 Bloco e armadura exemplo sobre duas estacas pré-moldadas ... 99

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Valores orientativos de capacidade de carga em estacas pré-moldadas ... 30

Tabela 2 Valores orientativos para estaca escavada ... 32

Tabela 3 Fatores de correção F1 e F2 ... 41

Tabela 4 Coeficientes K e para correlações ... 42

Tabela 5 Fator característico do solo C ... 44

Tabela 6 coeficientes e em função do tipo de estaca e do tipo de solo ... 46

Tabela 7 Estados de compacidade e consistência do solo ... 56

Tabela 8 Efeitos favoráveis da sequência de construção da fundação ... 59

Tabela 9 Sondagem adotada para dimensionamento ... 63

Tabela 10 Valores Mínimos e Médios Nspt ... 65

Tabela 11 Nspt mínimos adotados... 67

Tabela 12 Planta de Cargas ... 69

Tabela 13 Valores adotados de K e , conforme faixa de solo. ... 71

Tabela 14 Valores de F1 e F2 conforme tipo de estaca ... 71

Tabela 15 Cálculo Estacas Faixa de cargas 01. ... 73

Tabela 16 Cálculo de Estacas Faixa de cargas 02 ... 74

Tabela 17 Cálculo de Estacas para pilares da Faixa de cargas 03. ... 75

Tabela 18 Definição do parâmetro C, conforme tipo de solo ... 76

Tabela 19 Parâmetros α e β conforme tipo de solo ... 76

Tabela 20 Cálculo Estacas para pilares da Faixa de cargas 01. ... 78

Tabela 23 Parâmetros para estacas pré-moldadas ... 81

Tabela 24 Cálculo Estacas para pilares da Faixa de cargas 01. ... 82

Tabela 27 Cálculo Estacas para pilares da Faixa de cargas 01 ... 84

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Tabela 31 Quantitativos finais estacas escavadas... 103

Tabela 32 Dimensões adotadas para blocos ... 104

Tabela 33 Armaduras adotadas para blocos de estacas escavadas ... 104

Tabela 34 Estacas adotadas conforme faixas de cargas ... 105

Tabela 35 Quantitativos estacas pré-moldadas ... 105

Tabela 36 Dimensões finais dos blocos ... 106

Tabela 37 Armaduras adotadas para blocos de estacas pré-moldadas ... 106

Tabela 38 Custos estacas escavadas ... 111

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Gráfico 1 Sondagem de 05 furos ... 64

Gráfico 2 Valores Nspt mínimos e médios por camada ... 66

Gráfico 3 Estacas escavadas: Decóurt e Quaresma x Aoki e Velloso ... 107

Gráfico 4 Resistências: Lateral x Ponta ... 108

Gráfico 5 Estacas pré-moldadas Aoki e Velloso x Decóurt e Quaresma ... 108

Gráfico 6 Estacas pré-moldadas Aoki e Velloso e Decóurt e Quaresma ... 109

Gráfico 7 Comparativo Resistências totais entre modelos ... 109

Gráfico 8 Comparativo entre Blocos ... 110

Gráfico 9 Comparativo do custo de concreto dos blocos ... 110

Gráfico 10 Comparativo de custos estacas ... 112

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ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas; ABGE Associação Brasileira de Geologia de Engenharia; ASTM American Society for Testing and Materials; MPa Mega Pascal;

CPT Cone Penetration Test (Teste de penetração de cone);

Índice de resistência da camada do solo (Standart Penetration Test);

K Coeficiente de conversão da resistência de ponta do cone para NSPT;

kN Kilo Newton;

m Metro;

cm Centímetro;

Diâmetro;

Tensão característica; Fator característico do solo; Fator característico do solo;

Tensão de tração superior;

Tensão de tração inferior;

Dimensão do bloco; Taxa de armadura;

Coeficiente de majoração de segurança;

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1 INTRODUÇÃO ... 18 1.1 CONTEXTO ... 19 1.2 PROBLEMA ... 20 1.2.1 Questões de Pesquisa ... 21 1.2.2 Objetivos de Pesquisa ... 21 1.2.3 Delimitação ... 22

2 FUNDAÇÕES ... Erro! Indicador não definido. 2.1 HISTÓRICO DAS FUNDAÇÕES ... 23

2.2 CARACTERIZAÇÃO DAS FUNDAÇÕES ... 24

2.3 CLASSIFICAÇÃO DAS FUNDAÇÕES ... 24

2.3.1 Fundações superficiais ... 24

2.3.2 Fundações profundas ... 24

2.3.2.1 Estacas pré-moldadas ... 28

2.3.2.2 Estacas Rotativas Escavadas ... 31

2.4 CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS ... 33

2.4.1 Procedimento de controle de capacidade de carga através da Nega ... 35

2.4.2 Repique de estacas ... 37

2.4.3 Controle por instrumentação ... 38

2.5 PROVAS DE CARGA ... 38

2.5.1 Prova de carga estática ... 38

2.5.2 Prova de carga dinâmica ... 39

2.6 MÉTODOS DE PREVISÃO DE CAPACIDADE DE CARGA ... 39

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2.7 DIMENSIONAMENTO DE BLOCOS SOBRE ESTACAS ... 46

2.7.1 Bloco rígido ... 47

2.7.2 Bloco flexível ... 47

2.7.3 Bloco sobre uma estaca ... 48

2.7.4 Bloco sobre duas estacas ... 50

2.7.5 Bloco sobre três estacas ... 53

2.8 DADOS GEOTÉCNICOS ... 54

2.8.1 Standard Penetration Test (SPT) ... 55

2.9 DESEMPENHO DAS FUNDAÇÕES ... 57

3 METODOLOGIA ... 60

3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA ... 60

3.2 DELINEAMENTO ... 60

4 RESULTADOS ... 62

4.1 DADOS GEOTÉCNICOS OBTIDOS ... 62

4.2 PROJETO DE FUNDAÇÕES UTILIZADO ... 68

4.3 DIMENSIONAMENTO ESTACAS ESCAVADAS ... 70

4.3.1 Dimensionamento das estacas escavadas através do método Aoki e Velloso ... 70

4.3.2 Dimensionamento das estacas escavadas através do método Decóurt e Quaresma ... 75

4.4 DIMENSIONAMENTO ESTACAS PRÉ-MOLDADAS ... 81

4.4.1 Dimensionamento estacas pré-moldadas através do método de Aoki e Velloso ... 81

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4.5 DIMENSIONAMENTO DOS BLOCOS SOBRE ESTACAS ... 87

4.5.1 Blocos sobre 01 estaca para alternativa estaca escavada ... 87

4.5.2 Bloco sobre duas estacas para alternativa estaca escavada ... 89

4.5.3 Dimensionamento de bloco sobre uma estaca para alternativa estaca pré-moldada ... 94

4.5.4 Dimensionamento de bloco sobre duas estacas para alternativa estaca pré-moldada ... 96

4.5.5 Dimensionamento de bloco sobre três estacas para alternativa estaca pré-moldada ... 100 4.6 RESULTADOS DO DIMENSIONAMENTO ... 103 4.7 COMPARATIVO DE RESULTADOS ... 107 4.7.1 Comparativo de custos ... 110 5 CONCLUSÕES ... 113 REFERÊNCIAS ... 115 ANEXOS ... 119

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1 INTRODUÇÃO

A primeira preocupação do Engenheiro que vai projetar um edifício é a escolha de uma solução estrutural adequada, que consiga conciliar a resolução dos problemas arquitetônicos e funcionais com a necessidade de garantir resistência à estrutura devida as ações a que irá estar sujeita (AZEVEDO, 1999). A estrutura de um edifício pode ser considerada como um subsistema estrutural que inclui a infraestrutura (sapatas, tubulões ou estacas) embutidas no sistema geotécnico. Esses dois subsistemas compõem um sistema único sujeito a um conjunto de forças ativas externas, as chamadas ações, normalmente subdivididas em ações permanentes, variáveis e excepcionais (CINTRA; AOKI, 2011).

Conforme Alonso (1991) as fundações devem ser projetadas e executadas para garantir sob a ação das cargas em serviço, as condições mínimas de segurança, funcionalidade e durabilidade. Devem atender aos coeficientes de segurança contra ruptura, fixados pelas normas técnicas, tanto no que diz respeito às resistências dos elementos estruturais que as compõem, quanto ao solo que lhe dá suporte. Também devem garantir deslocamentos compatíveis com o tipo e a finalidade a que se destina a estrutura, apresentando vida útil no mínimo igual a da estrutura. O ponto de maior cuidado são as ações que se desenvolvem nas seções de transição da superestrutura para a infraestrutura, em especial, as seções correspondentes ao topo das fundações, bem como os deslocamentos verticais para baixo dessas seções (os recalques das fundações) (CINTRA; AOKI, 2011).

Em todas as fases do empreendimento é importante considerar, segundo Maffei (2007), que o gerenciamento é feito a partir de procedimentos técnicos, os quais habilitam o profissional para executar qualquer obra com qualidade, dentro do orçamento, no prazo contratual e com segurança. Esta metodologia poderá ser adotada tanto pelo profissional que atua na construtora ou montadora, quanto pelo profissional que atua como gerente em nome do contratante da obra seja como funcionário ou com seu próprio escritório.

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

1.1 CONTEXTO

Conforme Velloso (2010), a fundação se encarrega do processo de transmitir a carga da superestrutura ao terreno pela base, no caso da resistência de ponta, e por sua superfície lateral considerando a resistência de fuste ou ainda, a combinação das duas. Para isso, empregam-se estacas ou tubulões (formato cilíndrico), para fundações profundas. Também se executam as fundações superficiais, em modelos prismáticos, que se apoiam sobre o solo, tendo suas dimensões da base respondendo pela transmissão dos esforços.

Araújo (2003) demonstra requisitos para se obter uma fundação de qualidade, a saber: deve estar assente em profundidade adequada para que sua estrutura não seja interferida por escavações e instalações adjacentes, devem resistir às rupturas dos solos e ainda os recalques sofridos devem ser de mesma dimensão com a adaptação das estruturas.

Para fundações escavadas, o processo de perfuração do solo deve garantir que a futura resistência lateral dos elementos de fundações seja assegurada, caso contrário deve ser minimizada no cálculo, para efeito de segurança, conforme NBR 6122 (ABNT 2010). As estacas executadas através de trados helicoidais de perfuração devem ser aplicadas em solos com boa coesividade, visto que não seja empregado nenhum tipo de fluido estabilizante durante o processo, a fim de conter o desmoronamento lateral.

As interações de solos e estrutura nada mais são do que a influência recíproca gerada entre a superestrutura e o sistema de fundação (fundação e solo), iniciando ainda na fase de construção e estendendo-se até que seja obtido um equilíbrio: tensões e deformações estabilizadas, tanto na estrutura quanto no maciço de solos (COLARES, 2006). Para tanto, deve se levar em consideração a proposta de fundação definida inicialmente, e seu comportamento ao longo da vida da estrutura.

Segundo Gonçalves (2006), as oscilações do teor de umidade do solo também podem interferir no desempenho das estacas. A variação ocorre devido à demora entre o tempo de escavação e concretagem, podendo gerar o desprendimento dos grãos das faces laterais da perfuração. O teor de umidade também é alterado quando do aumento de precipitações, o que também pode reduzir o valor de sucção do solo. Com a diminuição do valor de sucção, há

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ocorrência de redução da coesão aparente do solo, o que pode provocar a queda de rigidez das ligações entre partículas sólidas e redução da resistência ao cisalhamento.

Conforme Branco (2006), alguns problemas que interferem no desempenho deste tipo de estaca estão relacionados na maioria das vezes ao processo executivo. Porém, podem surgir alterações de desempenho devido a possíveis mudanças no teor de umidade natural do maciço. Ocorre uma redução das tensões confinantes do solo em função da remoção do mesmo pelo processo executivo, tanto no fundo da cavidade quanto ao longo do fuste da estaca, podendo promover desprendimento das partículas sólidas por alívio de tensões na direção da escavação. Devido a este processo, ocorrerá uma redução na capacidade de absorção de cargas pelo solo, transmitidas pelo elemento estrutural de fundação. Para minimizar esta perda de capacidade de carga, se faz necessário a concretagem imediata após a escavação da estaca.

Conforme Alonso (1991) a escolha de uma fundação para uma determinada construção só deve ser feita após constatar que a mesma satisfaz as condições técnicas e econômicas da obra em apreço. Para tanto devem ser conhecidos elementos como: proximidade dos edifícios limítrofes e seus tipos de fundações, natureza e características do subsolo no local da obra, grandeza das cargas e limitação dos tipos de fundações existentes no mercado.

1.2 PROBLEMA

Durante a composição do orçamento, devem ser consideradas possíveis onerações decorrentes de alterações de cronograma, como logística e cumprimento de prazos, por parte dos fornecedores. Considerando que a fundação de uma estrutura não é o item de maior custo da obra e pode variar entre 3% a 7% do custo total previsto para o empreendimento (JOPPERT JR, 2007).

O custo usual de uma fundação depende das cargas e condições do solo, ocorrendo a necessidade de reforço de fundações, decorrentes de patologias, este valor pode tornar-se muitas vezes superiores ao custo inicial (MILITITSKY; CONSOLI; SCHNAID, 2015).

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As condicionantes de cada modelo construtivo propõe uma análise comparativa dentre seus processos. Considerando que conheceremos o perfil do solo através de sondagem SPT, é possível identificar as variáveis de cada método executivo.

1.2.1 Questões de Pesquisa

Questão Principal:

A partir da planta de cargas de uma edificação e das condicionantes que regem dois modelos construtivos de fundações profundas, que são as estacas de concreto moldadas no local, do tipo rotativa, e as de concreto pré-moldadas, considerando que se conhece o perfil do solo através de sondagem SPT, como escolher o tipo de fundação mais adequado ao projeto?

Questões secundárias:

1. Quais as vantagens e desvantagens no emprego de cada um dos dois tipos de fundação do estudo?

2. Qual dos modelos escolhidos possui maior viabilidade técnica e econômica para o projeto em questão?

1.2.2 Objetivos de Pesquisa

Objetivo principal

Empregar o processo de dimensionamento de fundações profundas para cada modelo de fundação, e identificar as características de cada um.

Objetivos secundários

Comparar os modelos de fundações, destacando suas vantagens e desvantagens. Identificar dentre as propostas, a mais viável técnica e economicamente.

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1.2.3 Delimitação

Estudo de caso para um edifício modelo pré-determinado. Adotando-se para o dimensionamento de fundações profundas, a aplicação de dois modelos para fins comparativos: estacas rotativas e estacas pré-moldadas. Para isto o estudo será baseado nos requisitos da NBR-6122/2010, aplicando os métodos de cálculo de Aoki e Velloso (1975) e também Décourt e Quaresma, (1978).

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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Este capítulo trata do histórico, caracterização e classificação dos modelos de fundações. 2.1 HISTÓRICO DAS FUNDAÇÕES

Com a necessidade de possuir habitações estáveis e seguras, ao constatar a sua capacidade de cultivo, o ser humano deixou de ser nômade. As construções de suas habitações tornaram-se uma necessidade permanente. Segundo Azevedo (1999), o meio físico é o cenário onde se inserem as obras de engenharia, é importante conhecer as potencialidades e as suas limitações para implantação de uma obra.

Adaptando-se facilmente às mais variadas condições naturais, quer em latitude quanto em altitude o homem se dispersou pelos continentes interagindo intensa e profundamente com o meio ambiente. Na superfície da terra ele constrói suas obras como moradias, estradas, barragens, túneis, portos, canais, etc. (AZEVEDO, 1999).

A concepção de projeto envolve várias etapas, desde a caracterização de programa de necessidades, até a orçamentação da obra. O ambiente físico, descrito a partir das condições do subsolo constitui-se num pré-requisito para projetos geotécnicos seguros e econômicos. No Brasil o custo envolvido na execução de sondagens de reconhecimento normalmente varia entre 0,2% e 0,5% do custo total das obras convencionais. As informações geotécnicas são indispensáveis á previsão dos custos fixos associados ao projeto e sua solução, (SCHNAID, 2012).

Alguns riscos decorrentes da investigação do subsolo devem pautar o processo, como parâmetros na adoção de fatores de segurança, visto que estes são as maiores causas de problemas nas fundações. Conforme Schnaid, (2012) a experiência internacional faz referência frequente ao fato de que o conhecimento geotécnico e o controle de execução são mais importantes para satisfazer aos requisitos fundamentais de um projeto do que a precisão dos modelos de cálculo e os coeficientes de segurança adotados. A investigação insuficiente e a interpretação inadequada de resultados contribuem para erros de projeto, e tornam-se decisivos

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no momento de escolha do tipo de fundação a ser empregado, gerando superdimensionamento das estruturas, ou mesmo apontando soluções ineficientes para o projeto.

Conforme Wayhs (2015), no momento de definição das fundações, devem compor o orçamento investimentos suficientes para garantir um programa geotécnico extensivo, de modo a reduzir custos e minimizar riscos, contextualizando a aplicabilidade de cada técnica e os parâmetros de projeto passíveis de obtenção.

2.2 CARACTERIZAÇÃO DAS FUNDAÇÕES

Conforme definição da NBR 6122 (ABNT 2010) as fundações devem transmitir a carga ao terreno pela base ou pela superfície lateral, para fundações profundas, e através da base de apoio no solo, para fundações superficiais.

2.3 CLASSIFICAÇÃO DAS FUNDAÇÕES

As fundações são classificadas em dois grandes grupos, quais sejam fundações superficiais e fundações profundas.

2.3.1 Fundações superficiais

Também são chamadas de rasas ou diretas, as fundações superficiais são aquelas em que a carga é transmitida ao terreno, predominantemente, pelas pressões distribuídas sob a base da fundação e em que a profundidade de assentamento, em relação ao terreno adjacente, é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação NBR 6122 (2010).

2.3.2 Fundações profundas

Conforme NBR 6122 (ABNT 2010), as fundações profundas estão assentes a uma profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta. As fundações profundas transmitem a carga ao terreno pela base (resistência de base ou de ponta), por sua superfície lateral (resistência lateral ou de fuste), ou por uma combinação das duas.

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A disposição das estacas deve ser feita sempre que possível de modo a conduzir a blocos de menor volume, ocorrendo superposição de estacas de dois ou mais pilares, pode-se unir os mesmos por um único bloco. Para pilares de divisa deve-se recorrer ao uso de vigas de equilíbrio (ALONSO, 2010).

Ainda conforme Alonso (2010), a disposição das estacas em torno do centro de carga do pilar deve obedecer ao indicado na Figura 1

Fonte: Adaptado de Alonso (2010)

Segundo definição da NBR 6122 (ABNT 2010) são definições de fundações profundas:

 Estaca: Elemento de fundação profunda executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas, sem que, em qualquer fase de sua execução, haja descida de

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operário. Os materiais empregados podem ser: madeira, aço, concreto pré- moldado, concreto moldado in loco ou pela combinação dos anteriores.

 Tubulão: Elemento de fundação profunda, escavada no terreno, em que, pelo menos na sua etapa final, há descida de pessoas, que se faz necessária para alargamento da base ou pelo menos a limpeza do fundo da escavação, uma vez que neste tipo de fundação as cargas são transmitidas preponderantemente pela ponta.

 Estaca pré-moldada ou pré-fabricada em concreto: estaca constituída em segmentos de concreto pré-moldado ou pré-fabricado introduzida no terreno por golpes de martelo de gravidade, de explosão, hidráulico ou martelo vibratório. Para fins exclusivamente geotécnicos não há distinção entre estacas pré-moldadas e pré-fabricadas, e para os efeitos da norma são denominadas pré-moldadas.

 Estacas de concreto moldada in loco: estaca executada preenchendo-se, com concreto ou argamassa, perfurações previamente executadas no terreno.

 Estaca de reação (mega ou prensada): estaca introduzida no terreno por meio de macaco hidráulico reagindo contra uma estrutura existente ou criada especificamente para esta finalidade.

 Estaca raiz: estaca armada e preenchida com argamassa de cimento e areia, moldada in loco executada através de perfuração rotativa ou roto-percussiva, revestida integralmente, no trecho em solo, por um conjunto de tubos metálicos recuperáveis.

 Estaca escavada com injeção ou microestaca: estaca moldada in loco, armada, executada através de perfuração rotativa ou roto-percussiva e injetada com calda de cimento por meio de um tubo com válvulas (manchete).

 Estaca escavada mecanicamente: estaca executada por perfuração do solo através de trado mecânico sem emprego de revestimento ou fluido estabilizante. Um caso particular da estaca escavada mecanicamente é a estaca broca executada, usualmente, por perfuração com trado manual.

 Estaca escavada, com fluido estabilizante: estaca moldada in loco sendo a estabilidade da parede de perfuração assegurada pelo uso de fluido estabilizante ou

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água quando tiver revestimento metálico. Recebe a denominação de estaca escavada quando a perfuração é feita por uma caçamba acoplada a uma perfuratriz e estaca barrete quando a seção for retangular e escava com a utilização de

clam-shell.

 Estaca tipo Strauss: Tipo de fundação profunda executada por perfuração através de balde sonda (piteira), com uso parcial ou total de revestimento recuperável e posterior concretagem.

 Estaca tipo Franki: Tipo de fundação profunda caracterizada por ter uma base alargada, obtida introduzindo-se no terreno certa quantidade de material granular ou concreto, por meio de golpes de um pilão. O fuste pode ser moldado no terreno com revestimento perdido ou não ou ser constituído por um elemento pré-moldado.

 Estaca mista: Tipo de fundação profunda constituída de dois (e não mais do que dois) elementos de materiais diferentes (madeira, aço, concreto pré-moldado e concreto moldado in loco).

 Estaca metálica ou de aço: estaca cravada constituída de elemento estrutural produzido industrialmente, podendo ser de perfis laminados ou soldados, simples ou múltiplos, tubos de chapa dobrada ou calandrada, tubos com ou sem costura e trilhos.

 Estaca hélice contínua monitorada: estaca de concreto moldada in loco mediante a introdução por rotação de um trado helicoidal contínuo no terreno e injeção de concreto pela própria haste central do trado simultaneamente com sua retirada, sendo que a armadura é introduzida após a concretagem da estaca.

 Estaca hélice de deslocamento monitorada: estaca de concreto moldada in loco que consiste na introdução de um trado apropriado no terreno, por rotação, sem que haja retirada do material, o que ocasiona um deslocamento do solo junto ao fuste e á ponta. A injeção de concreto é feita pelo interior do tubo central do qual estão colocadas as aletas do trado simultaneamente à sua retirada por rotação.

 Estaca trado vazado e segmentado: estaca moldada in loco, mediante a introdução no terreno, por rotação, de um trado helicoidal constituído por segmentos de

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pequeno comprimento (aproximadamente de 10 m) rosqueados e injeção de concreto pela própria haste central do trado simultaneamente á sua retirada.

2.3.2.1 Estacas pré-moldadas

A norma NBR 9062 (ABNT, 1985) - Projeto e Execução de Estruturas de Concreto Pré-Moldado define estrutura pré-fabricada como elemento pré-moldado executado industrialmente, mesmo em instalações temporárias em canteiros de obra, ou em instalações permanentes de empresa destinada para este fim que atende aos requisitos mínimos de mão-de-obra qualificada; a matéria-prima dos elementos pré-fabricados deve ser ensaiada e testada quando no recebimento pela empresa e previamente à sua utilização.

De acordo com RICHARDSON (1991), a garantia da qualidade é uma potencialidade da técnica de pré-moldagem para os diversos elementos produzidos. O emprego de parâmetros de projeto para caracterizar o concreto, que se relacionam diretamente com a durabilidade, tais como, baixo fator água/cimento, nível de adensamento satisfatório, possibilidade de cura controlada, garantia do cobrimento de armadura, dentre outros fatores de produção, permitem aperfeiçoar o controle de execução de tais elementos.

Segundo Veloso e Lopes (2004) estacas pré-moldadas são previamente fabricadas antes de sua cravação. A cravação pode ser executada à percussão ou por escavação, ou ainda, mista. Quando da cravação á percussão, deste tipo de fundação, esse tipo de estaca é considerada de grande deslocamento, por serem introduzidas no solo, sem a prévia retirada deste.

Para este tipo de fundação, de acordo com Gonçalves (2007), admite-se a execução de estacas pré-moldadas através de prensagem ou vibração, mas usualmente aplica-se o sistema de percussão.

Este sistema aplica sucessivos golpes no topo da estaca para introduzi-la no solo. Os golpes são gerados pela queda do martelo, que deve ter sua carga previamente definida em projeto, conforme o porte da fundação a ser instalada no solo. Gonçalves (2007) compara o martelo de cravação de estacas como uma fonte de energia utilizada para gerar um pulso de força

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na estaca, suficiente para vencer a parcela de resistência oferecida pelo solo, e por consequência provocar o deslocamento, ou seja, a penetração da estaca no solo. Para este procedimento de cravação á percussão podem ser empregados três tipos de martelos: queda livre, hidráulico, ou a diesel.

Conforme a NBR 6122 (ABNT, 2010), as estacas pré-moldadas de concreto nas duas extremidades, devem possuir um reforço da armadura transversal, para levar em conta as tensões de cravação. Deve-se ainda prever a emenda das estacas para resistir aos esforços solicitantes, e cuidar com o topo da estaca para que o mesmo não venha a ser danificado durante a cravação. O fabricante deve apresentar curvas de interação flexo-compressão e flexo-tração do elemento estrutural.

Ainda conforme NBR 6122 (2010), o sistema de cravação deve estar sempre bem ajustado e com todas as suas partes constituintes, tanto estruturais quanto acessórias, em perfeito estado a fim de evitar quaisquer danos às estacas durante a cravação e deve ser dimensionado de modo a levar a estaca até a profundidade prevista sem danificá-la. Para essa finalidade, o uso de martelos mais pesados e com menor altura de queda, é mais eficiente do que o uso de martelos mais leves e com grande altura de queda. O martelo não atinge diretamente o topo da estaca, para amortecer o choque é instalado o capacete metálico, que se encaixa na cabeça da estaca entre duas placas de madeira denominadas cepo e coxim, respectivamente. O elemento cepo, que recebe os golpes do martelo é confeccionado em madeira dura. O coxim que tem a função de amortecer os golpes é confeccionado de madeira mole. (GONÇALVES, 2007).

Ainda segundo Gonçalves (2007) a fim de obter um melhor desempenho na cravação destas estacas, nem sempre é conveniente ter um concreto de alta resistência á compressão, por não ser a principal característica deste processo. É necessário assegurar as condições ideais do módulo de elasticidade e resistência á tração que são fatores que influenciam diretamente o desempenho da estaca nesse processo. De maneira geral aplica-se para estacas pré-fabricadas cimento de alta resistência inicial (ARI) para que se alcance a resistência mínima para desforma o mais breve possível. Para que se obtenha boa trabalhabilidade no concreto são empregados aditivos plastificantes na proporção máxima de 1% de cimento utilizado. A quantidade de

(28)

cimento utilizado neste concreto varia entre 350 e 420 kg/m³ e o fator água cimento encontra-se na faixa de 0,4 a 0,5 (GONÇALVES, 2007).

Conforme Guerrin e Lavaur (2002) durante a cravação a estaca está sujeita á tensões consideráveis, conforme o tipo de estaca, do terreno e do modo de cravação. Dentre os problemas que a estaca pode apresentar durante a cravação, devido ás tensões excessivas, destaca-se o esmagamento de cabeça, esmagamento da ponta da estaca, trincas transversais ou quebra da estaca (NBR 6122, ABNT 2010). Alonso (2010) recomenda valores orientativos de capacidade de cargas a partir das características das estacas pré-moldadas conforme Tabela 1

Tabela 1 Valores orientativos de capacidade de carga em estacas pré-moldadas

Tipo de estaca Seção transversal (cm ou pol.) Carga (kN) d (m) a (m) Comprimento nominal (m) Estac as pr é-mol da da s Seção de fuste quadrada 15 x 15 150 0,60 0,30 3 a 8 20 x 20 200 0,60 0,30 3 a 12 25 x25 300 0,65 0,35 3 a 12 30 x 30 400 0,75 0,40 3 a 12 35 x 35 500 0,90 0,40 3 a 12 40 x 40 700 1,00 0,50 3 a 12 Seção de fuste circular 20 200 0,60 0,30 4 a 10 25 300 0,65 0,30 4 a 14 30 400 0,75 0,35 4 a 16 35 550 0,90 0,40 4 a 16 40 700 1,00 0,50 4 a 16 50 1000 1,30 0,50 4 a 16 60 1500 1,50 0,50 4 a 16

(29)

______________________________________________________________________________

2.3.2.2 Estacas Rotativas Escavadas

As estacas escavadas, conforme Velloso e Lopes (2002) podem causar uma descompressão do solo de suporte. A intensidade desta alteração será maior ou menor dependendo do tipo de suporte. Apresentam-se as estacas escavadas sem suporte, em que as descompressões são pronunciadas, devido á forma executiva. Por outro lado as estacas escavadas com o auxílio de camisas metálicas que avançam praticamente no mesmo nível que a ferramenta de escavação, em que o alívio é muito reduzido. Entre estas duas situações estariam as estacas escavadas com emprego de lama bentonítica para fins de contenção da descompressão.

O processo executivo consiste basicamente na perfuração até a cota necessária, limpeza do furo, colocação da armadura (se for o caso) e posterior lançamento do concreto com auxílio de funil de concretagem (tremonha).

Segundo Milititsky (2015) podem ocorrer alguns problemas com ênfase nos aspectos construtivos específicos para solos tropicais. Para o funcionamento adequado das estacas escavadas, é importante o controle da execução do estaqueamento. Durante a execução das estacas escavadas, devem ser observados os seguintes fatores:

− verticalidade da escavação; − comprimento e diâmetro reais; − limpeza do fundo da escavação;

− possíveis desmoronamentos do fuste durante a escavação; − tempo decorrido entre fim da escavação e a concretagem; − irregularidades na concretagem;

− volume de concreto utilizado;

(30)

Segundo Reese e O’Neill (1970), é importante reconhecer que a grandeza das tensões cisalhantes que podem se desenvolver ao longo do fuste de uma estaca escavada poderia ser influenciado por vários parâmetros, incluindo o método de construção (seco ou úmido), composição do solo, geometria base relação água/cimento do concreto, tipo de carregamento(curto e longo prazo) e condições ambientais, resultando em contração ou expansão da superfície do solo.

Em solos residuais compactos, conforme Chang e Zhu (2004) a partir de resultados da variação da tensão horizontal durante a construção de estacas escavadas ocorrem uma drástica redução da tensão horizontal, depois da escavação do furo e uma gradual recuperação durante e depois da concretagem com valores de 80 a 94 % do valor inicial respectivamente para 0,5 e 0,90 m distantes da face do furo. Os efeitos provocados na interface fundação-solo podem aumentar ou diminuir dependendo do concreto usado (relação água/cimento), do potencial de sucção do solo ao redor do furo (sucção matricial), da temperatura ambiente do solo, da taxa na qual o concreto é lançado (efeito da segregação) entre outros.

Alonso (2010) recomenda valores de carga admissíveis para estacas escavadas conforme Tabela 2.

Tabela 2 Valores orientativos para estaca escavada

(cm) d (cm) Área (m²) Perímetro (cm) N máx (KN) = 3 MPa = 4 Mpa = 5 Mpa Estacas escavadas 80 1,60 0,50 2,51 1500 2000 2500 100 1,80 0,79 3,14 2400 3000 4000 120 2,00 1,13 3,77 3400 4500 5600 150 2,30 1.77 4,71 5300 7000 8800 180 2,60 2,56 5,65 7600 10100 12700

(31)

______________________________________________________________________________

2.4 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).

(32)

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.

(33)

______________________________________________________________________________

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 determina-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).

(34)

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)

(35)

______________________________________________________________________________

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

(36)

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.

2.5 PROVAS DE CARGA

Para determinação do comportamento de fundações profundas sob a ação de cargas, de acordo com Milititski (1991), as provas de carga são os ensaios mais adequados. Alguns fatores como a dificuldade de se conhecer as propriedades do solo no local, e as alterações das condições iniciais do solo, ocasionadas pela execução das estacas, além do comportamento estaca-solo, determinam a importância da aplicação destes métodos.

2.5.1 Prova de carga estática

De acordo com Aoki e Velloso (1985), a prova de carga estática é do tipo ―tensão x deformação‖ realizada no solo estudado para receber solicitações ou um elemento estrutural de fundação executado para obra ou para testes. Empregado principalmente na verificação de desempenho de um elemento estrutural de fundação quanto á ruptura e recalques.

Dentre os ensaios mais comuns, destaca-se o ensaio com carga incremental, aplicando-se a carga até a estabilização (ensaio lento SML: ―slow maintaned load‖), e aqueles em que os incrementos de carga são mantidos por um tempo preestabelecido normalmente por volta de 15 minutos (ensaio rápido, conhecido como QML:‖ quick maintained load‖). Os ensaios de carga cíclica, os CLT (ciclic load test) e SCT (―swedish ciclic test‖), são ensaios especiais para atender a determinado padrão do carregamento (MILITITSKI, 1991).

(37)

______________________________________________________________________________

O ensaio de carga incremental mantida lenta é o que mais se aproxima do carregamento que a estaca terá sob a estrutura. Para a estabilização completa são necessárias faixas de tempo elevadas, para tanto a NBR 12131 (ABNT, 2006), admite que se considere estabilizado o recalque quando o incremento do recalque, lido entre dois tempos sucessivos, não ultrapassar a 5% do recalque medido naquele estágio de carga. Nas provas de carga de compressão, aplica-se o carregamento com macaco hidráulico reagindo contra um sistema de reação, geralmente uma viga ou estrutura metálica.

2.5.2 Prova de carga dinâmica

De acordo com a NBR 6122 (2010), tanto o ensaio de carregamento dinâmico, quanto á prova de carga estática não levada á ruptura, podem ser aplicados para determinar a capacidade de carga de uma estaca. A prova de carga estática é exigida para determinar a real carga de ruptura da estrutura. Também prevê a redução do fator de segurança de 2,0 para 1,6, em qualquer estaqueamento em que seja feito um número previamente estabelecido de ensaios.

2.6 MÉTODOS DE PREVISÃO DE CAPACIDADE DE CARGA

Conforme Wayhs (2015) ocorrem dois tipos de métodos estáticos disponíveis para o cálculo de carga axial de uma estaca isolada:

- Métodos teóricos ou racionais; - Métodos Semi-Empíricos;

O cálculo é realizado através de fórmulas, prezando a resistência ao cisalhamento estática que pode ser mobilizada no solo. A resistência ao cisalhamento do solo é determinada através de ensaios de laboratório ou ensaios ―in situ‖, conforme a necessidade do método aplicado.

(38)

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:

(39)

______________________________________________________________________________

(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)

(40)

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:

(41)

______________________________________________________________________________

∑

(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

(42)

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.

(43)

______________________________________________________________________________

= 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.

(44)

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.

2.7 DIMENSIONAMENTO DE BLOCOS SOBRE ESTACAS

Conforme Rebello (2008), nas fundações profundas, de modo geral, a transmissão dessas cargas aos elementos de fundação não pode ser feita diretamente. Neste caso a transmissão de cargas ocorre por meio dos elementos de ligação entre a superestrutura e os elementos de fundação, estes elementos são denominados blocos de fundação ou bloco de estaca.

Ainda conforme Rebello (2008), para um comportamento uniforme na transmissão de cargas às estacas, deve-se, para determinado bloco, usar estacas de um único tipo e de idêntica capacidade de carga.

Conforme Carvalho e Pinheiro (2009) as forças concentradas encontradas como carga sob os blocos, provêm da reação das fundações. Para fins de cálculo deve-se considerar nula a contribuição do solo no elemento, ou seja, o bloco passa a desempenhar apenas a função de transferência de carga, a tensão do solo em seu apoio é totalmente desprezada.

Para fins de dimensionamento é recomendável armadura de pele, principalmente quando a armadura principal tem diâmetro elevado, para reduzir a abertura de fissuras, estimando-se uma um valor de 1/8 da seção da armadura principal em cada face do bloco (ALONSO 2010).

(45)

______________________________________________________________________________

Estudo comparativo da fundação de um edifício modelo: estaca rotativa x pré-moldada 2.7.1 Bloco rígido

Os blocos sobre estacas podem ser considerados rígidos ou flexíveis por critério análogo ao definido para sapatas. Para o caso de blocos rígidos em que a altura obedece a equação 29:

(29)

Adotando ( ) como uma das dimensões do bloco e ( ) a dimensão do pilar na mesma direção.

Segundo a NBR 6118 (ABNT 2014) os blocos rígidos tem comportamento estrutural caracterizado por:

a) Trabalho á flexão nas duas direções, mas com trações essencialmente concentradas nas linhas sobre as estacas (reticulado definido pelo eixo das estacas, com faixas de largura igual a 1,2 vezes o seu diâmetro);

b) Forças transmitidas do pilar para as estacas essencialmente por bielas de compressão, de forma e dimensões complexas;

c) Trabalho ao cisalhamento também em duas direções, não apresentando ruínas por tração diagonal, e sim por compressão nas bielas, analogamente ás sapatas.

2.7.2 Bloco flexível

Conforme recomendação da NBR 6118 (ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas 2014), para este tipo de bloco deve ser realizada uma análise mais completa, desde a distribuição dos esforços nas estacas, dos tirantes de tração, até a necessidade de verificação da punção.

Conforme definição de Carvalho e Pinheiro (2009), caso a determinação imposta a blocos rígidos não seja satisfeita, o bloco é considerado flexível. Deve-se neste caso, constituir-se de duas os mais bielas para que o bloco receba a carga do pilar.

(46)

2.7.3 Bloco sobre uma estaca

Para Alonso (2010) a altura do bloco recomendada deve ser da ordem de 1,2 vezes o diâmetro da estaca e igual ao comprimento de ancoragem da armadura de espera do pilar.

Conforme Rebello (2008) deve ser considerada uma distância mínima igual a um diâmetro da estaca entre seu eixo e as faces do bloco, a altura do bloco não deve ser inferior a duas vezes o diâmetro da estaca ou 40 cm, adotando-se para tal o maior dos dois valores. A estaca deve penetrar no bloco pelo menos 10 cm, garantindo com o arrasamento da estaca que sua armadura fique inserida no bloco em toda a altura do mesmo.

Segundo Rodrigues (2015) o bloco deve se prolongar pelo menos 10 á 15 cm em torno do pilar e da estaca, em qualquer direção, é recomendado 15 cm, a altura do bloco deve ser suficiente para a ancoragem da armadura do pilar e das estacas. O dimensionamento é semelhante ao método das bielas, as tensões superiores e inferiores são calculadas através das equações 30 e 31. (30) (31) Em que:

e = Tensões de tração superiores e inferiores atuantes no bloco

= Carga do pilar

e = Dimensões do bloco = Menor dimensão do pilar = Altura útil do bloco

(47)

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Ainda conforme Rodrigues (2015), o dimensionamento das armaduras horizontais deve ser conforme equações 32 e 33:

(32) (33) Em que:

e = Armaduras horizontais superiores e inferiores

= 1,4 (Coeficiente de majoração) = 43,5 kN/cm²

A recomendação de armadura vertical ocorre para elementos comprimidos, descrito nas equações 34 e 35: (34) (35)

Segundo Rodrigues (2015), devem ser colocados estribos horizontais fechados para o esforço de fendilhamento.

(48)

A altura de embutimento da estaca a ser considerada deve ser em torno de 10 cm além da altura do bloco, conforme Figura 3.

Fonte: Adaptado de Alonso, 2010.

A armadura consiste em estribos horizontais e verticais, é recomendável que os blocos sobre uma estaca sejam ligados por cintas aos blocos vizinhos em, pelo menos, duas direções aproximadamente ortogonais (ALONSO, 2010).

2.7.4 Bloco sobre duas estacas

Conforme Rodrigues (2015) para blocos sobre duas estacas deve ser mantida uma distância mínima entre as mesmas, para evitar que influências mútuas interfiram no seu comportamento.

Para o caso das estacas moldadas in loco, pode ocorrer a desestruturação do solo nas proximidades do fuste da estaca, prejudicando a transmissão do atrito lateral, para estacas pré-moldadas, durante a cravação pode ocorrer atrito negativo, sobre a estaca já cravada. A distância mínima a ser adotada deve ser de 2,5 diâmetros para estacas pré-moldadas e de 3 diâmetros para estacas moldadas in loco. A recomendação do ângulo entre o eixo do pilar e das estacas é de no mínimo 45° (REBELLO 2008).

(49)

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Para o cálculo das dimensões de comprimento L e largura B, do bloco empregam-se as equações 37 e 38:

(37)

(38)

Onde:

= diâmetro da estaca (cm)

= espaçamento entre as estacas (cm).

Para o cálculo da altura útil do bloco aplica-se a equação 39:

(39)

Segundo Alonso (2010) verifica-se o esmagamento da biela, adotando-se um valor para a dimensão d (altura útil do bloco) devendo ser d ≥e/2, sendo o espaçamento entre eixos das estacas. { Em que:

= a tensão de tração característica do concreto

{

(50)

= Distância do centro da estaca ao centro da biela. No caso de bloco sobre duas estacas .

= Largura do bloco na seção considerada = Altura útil do bloco

= = 1,96

Ainda conforme Alonso (2010) aplica-se para as faces laterais do bloco estribos horizontais com As’ = 1/8 As em cada face. O dimensionamento segue o esquema da Figura 4.

Fonte: Adaptado de Alonso, 2010.

Para o cálculo da tensão atuante e da taxa de armadura aplicam-se as equações 40 e 41:

(40)

(51)

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(41)

2.7.5 Bloco sobre três estacas

Para este bloco deve-se ressaltar a necessidade de fazer coincidir os centros de gravidade do bloco com o centro do grupo de estacas.

A disposição das armaduras apresenta-se em duas possibilidades: na primeira sendo dispostas na direção dos eixos que passam pelos centros do grupo de estacas e de gravidade do bloco, e uma segunda possibilidade ocorre a armadura paralela ás faces do bloco (REBELLO 2008).

Conforme Alonso (2010) para o caso de blocos sobre três estacas também parte-se de uma relação d ≥ e/2 análoga ao bloco sobre duas estacas, realizando a verificação se não ocorre esmagamento da biela, conforme Figura 5, aplicando para o cálculo as equações 42 e 43.

√ √ (42) (43)