Capacidade de Carga de Estacas

12 de jun. de 2024
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Atualizado: 17 de jun. de 2024

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A capacidade de carga geotécnica de uma estaca, ou carga de ruptura, conforme Cintra e Aoki (2010), é a carga máxima que, aplicada à fundação, mobiliza na totalidade a resistência por atrito lateral do fuste e a resistência de ponta, deixando a estaca na iminência de deslocar incessantemente para baixo, tendo sido assim esgotada a capacidade do sistema estaca-solo. A NBR 6122:2019 (Projeto e execução de fundações), em seu item 3.7, define:

3.7 - Carga de ruptura de uma fundação:

Carga que, se aplicada à fundação, provoca perda do equilíbrio estático ou deslocamentos que comprometem sua segurança ou desempenho; corresponde à força resistente última (geotécnica) da fundação.

Em outras palavras, a carga de ruptura geotécnica é definida ou pela ruptura do solo, quando ocorre esse deslocamento incessante, ou, quando isto não se dá, pela ocorrência de um recalque imediato (ωi) com valores limites máximos pré-determinados.

Sempre que possível e conforme imposições normativas, esta capacidade de carga deverá ser confirmada e fixada por meio de ensaios de prova de carga.

A capacidade de carga de uma estaca é obtida considerando-se o equilíbrio das forças solicitantes e resistentes representadas na figura a seguir:

Fig. 6.1 – Equilíbrio de forças atuantes ou solicitantes e

resistentes na capacidade de cargas de uma estaca.

A determinação desta carga última ou de ruptura do sistema solo-estaca (capacidade de carga da estaca), desprezando-se o peso próprio da fundação (W), por ser irrisório no cômpito geral, é dada pela equação abaixo:

Qult = QP,ult + QL,ult (Eq. 1)

onde:

Qult – capacidade de carga de ruptura geotécnica da estaca (ELU e/ou ELS)

QP,ult – parcela de ponta da capacidade da estaca

QL,ult – parcela de atrito lateral da capacidade da estaca

Sendo que Qp,ult e Ql,ult são dados por:

QP,ult = qP,ult . Ap (Eq. 2a)

QL,ult = τL,ult . AL ⇒ QL,ult = U . ∑ (τL,ult . ΔL) (Eq. 2b)

resultando na equação geral para determinação da capacidade de carga de estacas, abaixo apresentada:

Qult = qP,ult . Ap + U . ∑ (τL,ult . ΔL) (Eq. 3)

onde:

qp,ult – resistência unitária de ponta da estaca

τl,ult – resistência unitária de atrito lateral da estaca

Ap – área da ponta da estaca

AL – área da superfície lateral do fuste, dada por AL = U . L

L – comprimento total da estaca

ΔL – trecho do fuste L na camada considerada

U – perímetro da seção transversal da estaca

Carga Admissível:

Através da capacidade de carga da estaca é que se chega à Carga Admissível desta, que será utilizada no projeto de fundações. A carga admissível de uma estaca, em linhas gerais, será dada pelo produto da capacidade de carga da estaca (Qult) dividido por um coeficiente de segurança global ou fator de segurança global (FSg):

Qadm = Qult / FSg (Eq. 4)

onde:

Qadm – carga admissível geotécnica da estaca

(não confundir com a carga admissível estrutural da estaca, também chamada de carga nominal ou carga de catálogo)

Alguns dos Métodos Semiempíricos utilizados para determinação de Qadm apresentam formulação própria, diferente da Eq. 6.4, como é o caso do Método de Décourt-Quaresma (1978-1996) e do Método de Teixeira (1996).

a) por Décourt-Quaresma

Qadm = QP,ult/4 + QL,ult/1,3 (Eq. 5)

b) por Teixeira

Qadm = QP,ult/4 + QL,ult/1,5 (Eq. 6)

Métodos Semiempíricos para Determinação de Qult

a partir dos resultados de Ensaios de Sondagem SPT e/ou CPT:

Para o dia a dia dos projetos de fundações, tanto no Brasil quanto no exterior, é corriqueiro o uso dos métodos semiempíricos, por meio dos quais se faz a previsão da capacidade de cargas de estacas (Qult) através de correlações desenvolvidas com o uso de dados de ensaios de sondagem in situ, em especial o SPT.

Método de AOKI - VELOSO (1975)

O método foi apresentado no V Congresso Panamericano de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, sendo um dos mais utilizados no Brasil e no exterior. Pode ser usado tanto com os resultados do ensaio CPT como do SPT.

a.1 - em função dos resultados do CPT, temos:

qP,ult = qc/F1 (Eq. 7a)

τL,ult = fs/F2 = α . qc/F2 (Eq. 7b)

que resulta na seguinte equação de Capacidade de Carga

Qult = (qc/F1) . Ap + U ∑ (α . qc/F2) . ΔL (Eq. 7c)

a.2 - em função dos resultados do SPT, temos:

qP,ult = K . Nspt,P/F1 (Eq. 8a)

τL,ult = α . K . Nspt,L/F2 (Eq. 8b)

que resulta na seguinte equação de Capacidade de Carga

Qult = (K . Nspt,P/F1) . Ap + U/F2 . ∑ (α . K . Nspt,L) . ΔL (Eq. 8c)

onde:

fs – resistência ao atrito lateral unitário na luva (CPT)

qc – resistência de ponta unitária do cone (CPT)

F1 e F2 – fatores de correção de escala, função do tipo da estaca

α – razão de atrito, proposta por Begemann em 1965 (Reinert, 2001) para fs = α. qc

K – fator de correlação de dados do CPT para o SPT, função do tipo de solo

Nspt,l – média de Nspt ao longo de L

Nspt,p – valor médio de Nspt na cota da ponta, 1 m acima e 1 m abaixo, segundo pesquisadores da UFRJ nos anos 1970, limitando Nspt,p ≤ 50.

Tabela 1 - Valores do coeficiente K e da razão de atrito α

(Laprovitera, 1988)

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Solo K (kgf/cm²) α (%) α*(%)

Areia 6.0 1.4 mesmo α

Areia siltosa 5.3 1.9 mesmo α

Areia soltoargilosa 5.3 2.4 mesmo α

Areia argilosa 5.3 3.0 mesmo α

Areia argilossiltosa 5.3 2.8 mesmo α

Silte 4.8 3.0 mesmo α

Silte arenoso 4.8 3.0 mesmo α

Silte arenoargiloso 3.8 3.0 mesmo α

Silte argiloso 3.0 3.4 mesmo α

Silte argiloarenoso 3.8 3.0 mesmo α

Argila 2.5 6.0 4.0*

Argila arenosa 4.8 4.0 2.6*

Argila arenossiltosa 3.0 4.5 3.0*

Argila siltosa 2.5 5.5 3.6*

Argila siltoarenosa 3.0 5.0 3.3*

Tabela 2 - Fatores de correção F1 e F2

(Berberian, 2014)

Tipo de estaca F1 F2

Franki de fuste apiloado 2.40 4.00

Franki de fuste vibrado 2.40 4.20

Perfis metálicos cravados 2.00 3.20

Pré-moldada de concreto cravada a percussão 1+1.25.D 1.75+2.19.D

Escavada mecanicamente 4.00 4.60

Mega de concreto prensada 1+1.25.D 1.75+2.19.D

Escavada mecanicamente com uso de lama bentonítica 3.50 5.00

Escavada barrete 4.50 5.00

Raiz 2.80 2.40

Strauss 4.00 3.00

Solo-cimento plástico / Broca 3.00 5.00

Hélice contínua / Ômega 3.00 3.80

Método de DÉCOURT - QUARESMA (1978, 1996)

Juntamente com o método de Aoki - Velloso, o presente método, originalmente apresentado por Luciano Décourt e Arthur R. Quaresma em 1978, está entre os métodos mais populares e utilizados no Brasil e no exterior. Após sua apresentação original, foram feitos dois aprimoramentos (ou duas novas versões) para o método. Nosso foco se dará no último aperfeiçoamento, apresentada por Décourt em 1996.

As capacidades de carga unitárias lateral e de ponta são dadas pelas equações abaixo apresentadas:

qP,ult = α . C . Nspt,P (Eq. 9a)

τL,ult = β . 10 . (Nspt,L/3 + 1) (Eq. 9b)

resultando na seguinte equação de Capacidade de Carga

Qult = α . C . Nspt,P . Ap + U . ∑ [β . 10 . (Nspt,L/3 + 1)] . ΔL (Eq. 10)

onde:

α e β -- fatores multiplicadores de qP,ult e de τL,ult

Nspt,p – média do valor de Nspt da ponta, o imediatamente anterior e o imediatamente posterior

Nspt,L – média dos valores de Nspt ao longo de do fuste no trecho calculado (não sendo considerados os valores que foram usados para definir Nspt,p), sendo limitado aos intervalos de valores abaixo

3 ≤ Nspt,l ≤ 15 - para estacas Strauss e tubulões a céu aberto

3 ≤ Nspt,l ≤ 50 - para estacas de deslocamento (pré-moldadas) e escavadas com bentonita

qp,ult – resistência unitária de ponta (kgf/cm²)

τl,ult – resistência unitária por atrito lateral (kgf/cm²)

Ap – área de ponta da estaca

U – perímetro da estaca

ΔL – trecho do fuste L considerado

Os valores de C “foram ajustados através de 41 provas de carga em estacas pré-moldadas de concreto.” (SCHULZE, 2013)

O valor da tensão unitária de ruptura (qp,ult) para estacas escavadas corresponde à ruptura convencional, aquela que causa recalques da ordem de grandeza de ω=30%.B, sendo B o diâmetro ou lado da estaca.

Tabela 3 -- Coeficiente característico do solo C

(Décourt e Quaresma, 1978)

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Tipo de solo C (kN/m²)

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Argila 120

Silte argiloso (alteração de rocha) 200

Silte arenoso (alteração de rocha) 250

Areia 400

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Tabela 4 -- Valores do fator α em função do tipo de estaca e do tipo de solo

(Décourt, 1996)

Tipo de Estaca

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Tipo Solo Escavada Escavada Hélice Raiz Injetada sob Cravada

c/ lama contínua alta pressão

Argilas 0.85 0.85 0.30* 0.85* 1.00* 1.00(+)

Solos

intermediários 0.60 0.60 0.30* 0.60* 1.00* 1.00(+)

Areias 0.50 0.50 0.30* 0.50* 1.00* 1.00(+)

(*) valores apenas orientativos, diante do pequeno número de dados existente

(+) universo para o qual o método foi desenvolvido

Tabela 5 -- Valores do fator β em função do tipo de estaca e do tipo de solo

(Décourt, 1996)

Tipo de Estaca

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Tipo Solo Escavada Escavada Hélice Raiz Injetada sob Cravada

c/ lama contínua alta pressão

Argilas 0.80* 0.90* 1.00* 1.50* 3.00* 1.00(+)

Solos

intermediários 0.65* 0.75* 1.00* 1.50* 3.00* 1.00(+)

Areias 0.50* 0.60* 1.00* 1.50* 3.00* 1.00(+)

(*) valores apenas orientativos, diante do pequeno número de dados existente

(+) universo para o qual o método foi desenvolvido

Observações:

Estes são apenas dois dos métodos semiempíricos desenvolvidos para a determinação da capacidade de carga (Qult) e da carga admissível (Qadm) de estacas.

Num comparativo apenas destes dois métodos apresentados aqui, normalmente o de Aoki - Velloso (1975) fornece resultados mais conservadores (e consequentemente menos econômicos) e o método de Décourt - Quaresma (1978-1996) fornece resultados menos conservadores, normalmente mais realistas se comparados aos resultados das provas de cargas realizados.

Eng. Ivan Bueno

CREA 5779/D GO

Obs.:

Extraído da dissertação de conclusão do curso de especialização latu senso "MBA em Projetos de Estruturas e Fundações" -- de Ivan Bueno (2021) -- Faculdade Monte Pascoal (Canela/RS) / INCURSOS - Instituto Nacional de Cursos (Goiânia/GO)

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