Capacidade de Carga das Estacas: Métodos e Cálculos

69 7 Introdução aos Estudos das Estacas Parte 02 João Crisóstomo dos Santos Neto Introdução As estacas são elementos estruturais esbeltos que colocados no solo por cravação ou perfuração têm a finalidade de transmitir cargas a ele através da sua base resistência de ponta por sua superfície lateral resistência lateral ou por uma combinação das duas As estacas recebem esforços axiais de compressão que são resistidos pela reação exercida pelo solo sobre a sua ponta e pelo atrito lateral entre a estaca e o terreno Objetivos Após a leitura dos conteúdos apresentados nesse capítulo espero que você seja capaz de Determinar a capacidade de carga de uma estaca Calcular a resistência lateral de uma estaca Calcular a resistência de ponta de uma estaca Determinar a área lateral de uma estaca Determinar a área de ponta de uma estaca Esquema 71 Capacidade de Carga das Estacas 72 Método de Decourt e Quarema 721 Cálculo da Capacidade de Carga 7211 Resistência Lateral 7212 Área Lateral da Estaca 7213 Resistência de Ponta 7214 Área de Ponta da Estaca 7215 Capacidade de Carga 73 Conclusão 70 71 Capacidade de Carga das Estacas Os resultados encontrados através do método de investigação SPT podem ser utilizados para a determinação da capacidade de carga das estacas quanto ao recalque ou ruptura A utilização desses resultados pode ser feita através da correlação entre a carga de ruptura e índice de penetração do ensaio De acordo com a NBR 6122 NBR 6122 Projeto e Execução de Fundações 1996 os métodos semiempíricos utilizados para a determinação da capacidade de carga são aqueles em que a propriedade dos materiais obtidos através de correlações é utilizada Alguns autores com base em suas experiências elaboraram alguns estudos estatísticos No Brasil os métodos semiempíricos são os mais utilizados para a determinação da capacidade de carga Um dos métodos mais conhecidos foi elaborado em por Decourt e Quaresma Conforme já foi apresentado no capítulo anterior a transferência da carga da estaca se dá pelo atrito lateral entre o elemento de fundação e o solo e também pela resistência de ponta da estaca Através dos cálculos para a verificação da capacidade de carga veremos que ela estará condicionada ao tipo comprimento e diâmetro da estaca bem como ao tipo do solo onde ela será executada 72 Método de Decourt e Quarema Os engenheiros brasileiros Luciano Decourt e Arthur Quaresma apresentaram um método para a determinação da capacidade de carga de uma estaca utilizando os valores obtidos pelo ensaio de sondagem à percursão SPT no 6º Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações Ao longo dos anos Decourt e Quaresma foram atualizando o método elaborado por eles e em 1996 esse estudo foi estendido a outros tipos de estacas que não foram indicadas nos primeiros ensaios realizados Além disso foram considerados também os coeficientes β e α que serão apresentados em tabelas a seguir para a majoração ou minoração das resistências de ponta e também para a resistência lateral Os autores destacam que o método elaborado por eles não propõe a determinação de valores exatos Esse estudo visa obter estimativas bastante próximas de fácil interpretação e o mais importante seguras 71 721 Cálculo da Capacidade de Carga Para encontrar a capacidade de carga da estaca através do método de Decourt e Quaresma utilizamos a seguinte expressão Qu β qs As α qp Ap Onde Qu carga de ruptura da estaca qs resistência lateral As área lateral da estaca qp resistência de ponta Ap área da ponta da estaca Β e α coeficientes relacionados ao tido de estaca e de solo 7211 Resistência Lateral Para a determinação da resistência lateral de uma estaca devemos utilizar a seguinte expressão Onde Nm valor médio de N ao longo do fuste da estaca Se o valor encontrado para Nm for menor ou igual a 3 Nm 3 devese adotar Nm 3 e se o valor encontrado for superior ou igual a 50 Nm 50 deverá ser adotado Nm 50 qs Nm 3 1 10 72 Exemplificando Considerando o perfil de sondagem a seguir determine a resistência lateral da estaca que possui comprimento igual a 6 metros 𝐍𝐦 2 3 6 8 12 15 6 𝐍𝐦 767 𝐪𝐬 Nm 3 1 10 𝐪𝐬 767 3 1 10 𝐪𝐬 𝟑𝟓 𝟓𝟕 𝐤𝐍𝐦² 7212 Área Lateral da Estaca Para determinar a área lateral de uma estaca circular devemos considerar a expressão a seguir As 2 π r h 73 Onde r raio da estaca h altura da estaca Exemplificando Considerando a estaca apresentada no exemplo anterior com um diâmetro de 30 cm determine a sua área lateral As 2 π r h As 2 π 015 6 As 565 m² 7213 Resistência de Ponta Para a determinação da resistência de ponta de uma estaca devemos utilizar a seguinte expressão 𝐪𝐩 K N Onde K coeficiente relacionado ao tipo de solo N valor médio de Nspt correspondente à ponta da estaca o imediatamente anterior e o imediatamente posterior ao longo do fuste O coeficiente K que está relacionado ao tipo de solo onde a estaca será executada pode ser encontrado na tabela a seguir Tabela 10 Coeficiente K Fonte Decourt e Quaresma 1978 400 74 Exemplificando Considerando o perfil de sondagem a seguir determine a resistência de ponta da estaca que possui comprimento igual a 8 metros 𝐍 18 21 27 3 𝐍 22 𝐪𝐩 K N 𝐪𝐩 120 22 𝐪𝐩 2640 kNm² 7214 Área de Ponta da Estaca Para determinar a área de ponta de uma estaca circular devemos considerar a expressão a seguir 𝐀𝐩 π d² 4 75 Onde d diâmetro da estaca Exemplificando Considerando a estaca apresentada no exemplo anterior com um diâmetro de 35 cm determine a sua área de ponta 𝐀𝐩 π d² 4 𝐀𝐩 π 035² 4 𝐀𝐩 01 m² 7215 Capacidade de Carga Após a determinação das resistências de ponta e lateral e das áreas da estaca é possível calcular a sua capacidade de carga Para isso devemos considerar as tabelas a seguir para verificar os valores para os coeficientes β e α que estão relacionados ao tipo de estaca e de solo Tabela 11 Coeficiente α Fonte Decourt 1996 76 Tabela 11 Coeficiente β Fonte Decourt 1996 Exemplificando Considerando a sondagem abaixo determine a capacidade de uma estaca hélice contínua com diâmetro de 30 cm e comprimento igual a 6 metros Determinação da resistência lateral 𝐍𝐦 2 4 8 11 12 15 6 𝐍𝐦 867 77 𝐪𝐬 Nm 3 1 10 𝐪𝐬 867 3 1 10 𝐪𝐬 𝟑𝟖 𝟗𝟎 𝐤𝐍𝐦² Determinação da área lateral da estaca As 2 π r h As 2 π 015 6 As 565 m² Determinação da resistência de ponta 𝐍 12 15 21 3 𝐍 16 𝐪𝐩 K N 𝐪𝐩 120 16 𝐪𝐩 1920 kNm² Determinação da capacidade de carga da estaca Qu β qs As α qp Ap Qu 10 3890 565 030 1920 007 Qu 26010 kN 73 Conclusão O método elaborado pelos engenheiros Decourt e Quaresma estima à capacidade de carga última de fundações isoladas pela soma das parcelas de resistência lateral e resistência de ponta Assim a partir dos métodos elabora por eles podemos determinar qual será a capacidade de carga das estacas e com isso verificar a quantidade necessária desses elementos de fundação para o seu projeto 78 Resumo Neste sétimo capítulo iniciamos o nosso estudo referente às estacas dando destaque Ao método de cálculo de capacidade de carga elaborado por Decourt e Quaresma Ao cálculo da capacidade de carga das estacas À determinação da resistência lateral e de ponta das estacas Ao cálculo das áreas laterais e de ponta das estacas Referências ALONSO Urbano Exercícios de Fundação 2 ed São Paulo Blucher 2010 206 p ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 6122 Projeto e Execução de Fundações Rio de Janeiro 1996 HACHICH Waldemar et al Fundações Teoria e prática 2 ed São Paulo Pini 1998 751 p MILITITSKY Jarbas CONSOLI Nilo SCHNAID Fernando Patologia das Fundações 1 ed São Paulo Oficina de Textos 2008244 p REBELLO Yopanan Fundações guia prático de projeto execução e dimensionamento São Paulo Zigurate 2008 240 p VELLOSO Dirceu LOPES Francisco Fundações 1 ed São Paulo Oficina de Textos 2010 583 p