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6.5. Estacas em rocha (Engº Armando Negreiros Caputo - BRASFOND / BRASFIX / SPFE)

As bases que possibilitem a determinação da capacidade de carga de estacas escavadas em rocha não estão bem claras considerando que em função das cargas elevadas, provas de carga estática são extremamente onerosas e normalmente não são levadas à ruptura. O desenvolvimento e a realização de provas de carga dinâmica tem tentado minimizar essa deficiência.

A capacidade de carga da rocha e o contacto concreto – rocha, pela ponta ou pelo atrito lateral não são perfeitamente conhecidos por uma série de fatores inerentes às características da rocha, ao valor da adesão concreto-rocha a adotar, bem como o grau de embutimento e, desta forma, alguns projetos acabam por definir determinado comprimento em rocha sã, geralmente conservadores.

Para avaliação da capacidade de carga de estacas em rocha podemos registrar alguns métodos conforme discriminados a seguir. 6.5.1. Método de Poulos e Davis (1980)

Poulos e Davis propuseram um método para avaliação da capacidade de carga de estacas embutidas em rocha considerando que os fatores de segurança propostos estão associados diretamente às condições da rocha na região da ponta da estaca. Seus valores são baixos para rocha sã e crescentes para rochas com maiores níveis de faturamento e decomposição.

A resistência de ponta (qp) pode ser determinada por:

a) teorias de previsão de capacidade de carga, Pells (1977), Meyerhol (1953) b) uso de parâmetros empíricos baseados na descrição da rocha: Thorne (1977) qp = 0,2 a 0,5 quc onde: qp = tensão máxima na base quc = resistência à compressão simples da rocha

c) usos de ensaios in-situ e/ou de laboratório: Freeman et al. (1972) A resistência por atrito lateral (q�) pode ser determinado por: q� = 0,05 quc � 0,05 fcj onde: q� = resistência por atrito lateral ou adesão quc = resistência a compressão simples da rocha fcj = resistência do concreto à 28 dias. Logo temos: Qult = Ap x qp + Al x q� onde: Ap = área da ponta de estaca em rocha A� = área lateral de estaca embutida em rocha

6.5.2 Método de Cabral e Antunes (SEFE IV – 2000)

Este método basea-se na formulação de Poulos e Davis (1980) e estabelece ainda para sua aplicação que a investigação geotécnica deve atingir 2 a 3 diâmetros da estaca abaixo da cota estimada de assentamento e que a limpeza do contacto concreto-rocha seja garantida.

A resistência de ponta é dada por:

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� pr = �po x � �r (rocha sã) ou � pr = �po x � r (rocha alterada) onde: � pr = tensão de ruptura da ponta da estaca, considerando-se o maciço rochoso homogêneo. �po = fator adimensional de correlação (varia de 4 a 11) � r = resistência a compressão simples da rocha �o = fator de correção para levantar em contar fendas e fissuras na rocha (tabelado) A resistência por atrito lateral é:

onde: � �r = resistência por atrito lateral; fcK = tensão característica do concreto Logo temos: Qult = A x � pr + A� x � �r onde: Ap = área da ponta da estaca em rocha A� = área lateral da estaca embutida em rocha Valores de �po

6.6. Capacidade Estrutural de Estacas

Uma vez dimensionado geotecnicamente uma fundação em estacas deve-se observar a sua capacidade estrutural, assim como será analisada tal capacidade no caso das estacas trabalharem de “ponta”.

Escolhido o tipo de estaca, podem-se verificar a capacidade estrutural com o fornecedor das estacas ou adotar valores com base em tabelas como a seguir apresentada, segundo Alonso - 1992 (que tem o caráter de ser apenas orientadora), assim como os espaçamentos mínimos entre eixos.

O cálculo do número de estacas a partir da carga estrutural (Carga-KN - máxima carga admissível) é frequentemente determinado dividindo a carga do pilar pela Carga Admissível admitida para a estaca.

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6.7 – Exercícios 1- Utilizando o método de Aoki e Velloso, calcular a carga admissível de uma estaca do tipo Franki, com diâmetro do fuste φ = 40 cm e volume da base V= 180 l. O comprimento da estaca e as características geotécnicas do solo são dados a seguir.

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Observe que neste exemplo o cálculo foi feito calculando: 10) os parâmetros fixos da geometria da estaca 20) o atrito lateral correspondente a cada horizonte de solo, adotado os parâmetros k e � 30) a carga admissível, adotado o fator de segurança global – final sem distingir ponta e atrito lateral (como proposto pelos autores) 40) Por fim, foi avaliada a capacidade estrutural máxima

2- Utilizando o exemplo anterior (método de Aoki e Velloso, estaca do tipo Franki, com diâmetro do fuste φ = 40 cm) calcular a carga admissível para a estaca assente no perfil apresentado abaixo:

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Dimensionamento Este mesmo cálculo poderá ser feito por intervalos de 1 metro. Desta forma, nos permite

definir um comprimento de estaca compatível com uma capacidade de carga que se tenha interesse em atender. O cálculo é feito para um comprimento maior que o requerido o que permite avaliar o comprimento necessário para a estaca. 3) Considerando o perfil abaixo (Shopping Vila Guilherme - SP), determinemos a capacidade de carga estática admissível (tf) para um comprimento de estaca (pré-moldada) fixado em 9,0m e ∅ = 20 cm. MÉTODO DÉCOURT-QUARESMA (1978) PsuPbuQu += lsppu AqAqQ +=

a) Atrito lateral: SPT 7

9 14 5 2 3 4 14

9,0→ 23 SPTs de ponta: 14 / 23 / 20 20

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Atrito lateral médio = Adesão média (A): SPT7 = 6,28 )/(09,3 2mtA = → Não considerados no cálculo da adesão os SPT utilizados

para a resistência de ponta anterior e posterior (14 / 23 / 20).

Pode-se usar a tabela I ou a expressão: A = 13

+= Nqs (Décourt, 1982)

Psu = Adesão média x Al → hp × = 25670090063 cmhp =×=×

tPsu

Psu

52,1767,509,3

=×=

b) Resistência de ponta:

Ncqp =

193

202314 =++=N

40=c (tabela III) )/(7601940 2mtqp =×=

Pbu tmAq bp 86,230314,0760 2 =×=×=

c) Resistência total:

tPPQ ubusu 38,4186,2352,17 =+=+=

Utilizando FS = 2 (Fator Global), temos:

tQ 69,20238,41 ==

MÉTODO AOKI VELLOSO (1975)

PsuPbuQu += AlRApRQu lp +=

lp RRunitáriaR += 21 F

KNF

KNRunit

α+=

a) Resistência de ponta: SPTNKRp →=

↓ Areia argilosa: K = 6,0 ou 5,3 (valor reavaliado em 1988) e α = 3 Considerando F1 = 1,75 ou 1,9 (reavaliado) Não utilizados os dados da reavaliação do método, temos:

2/86,7875,1

230.6' cmKgfR p =×=

Pbu tmmtm

tAR pp 77,240314,0/6,788

0001,007886,0 22

2 =×==×=

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b) Atrito lateral:

Rl = 2F

KNα Psu = Rl x Al Psu = α K N x

2FlU∆

(fazer o somatório, se maior que 1m)

2

2

18,05,310063

mcmcm

FlU =×=∆

(constante) �=∆=.

2

canas

cpontasu KN

FlU

P α

Quadro para calcular o atrito lateral acumulado em cada profundidade inteira (1m)

Profundidade (m) Valor do SPT Coef. K (t/m2) Coef. α (/100 ) 2FlU∆

Psu (t)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

7 9 14 5 2 3 4 14 23

33 33 33 33 33 33 60 22 60

0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,04 0,03

0,18

1,247 2,851 5,346 6,237 6,593 7,128 8,424

10,642 18,094

tPsu 09,18= → Não considerado no cálculo 100<∆l como pode ser levado em conta, por

exemplo, no trecho de 6,0 a 7,0 m. No caso de 6,0 a 6,8 - SPT = 4, K = 3,3 e α = 0,03 e 6,8 a 7,0 – SPT = 4, mas K = 6,0 e α = 0,03.

c) Resistência total: tPPQ ubusu 86,4277,2409,18 =+=+=

Utilizando FS = 2, temos:

tQ 43,21286,42 ==

Utilizando FS = 2, temos:

tQ 69,20238,41 ==

Método Aoki Velloso

ep RRR += 21 F

KNF

KNR

α+=

d) Resistência de ponta:

SPTKNRp →=

↓ Areia argilosa: K = 6,0 ou 5,3 (α = 3) Considerando F1 = 1,75 ou 9,0, temos:

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6. 8 - Efeito de Grupo (segundo Moraes, 1976)

Eficiência – Grupo de Estacas

Para o caso de estacas agrupadas sob único bloco, não estando trabalhando de “ponta”, faz-se necessário verificar a eficiência do conjunto devido à interferência de bulbos. Para as estacas pré-moldadas, quando o espaçamento entre elas não é inferior a 3 vezes o seu diâmetro, ou lado (seção quadrada), a capacidade de carga do grupo é igual a soma das capacidades de carga de cada estaca. 1 - Critério de Feld

Segundo a regra prática de Feld a carga de cada estaca é reduzida de tantos 1/16 quantas forem as estacas vizinhas, na mesma fila ou em diagonal. É preciso, também, como para as estacas pré-moldadas, guardar um espaçamento entre os centros geométricos das estacas, um valor não inferior a 3 vezes o seu diâmetro.

2 - Critério de Labarre

Outra expressão muito usada para determinar a eficiência de um grupo de estacas é a de Labarre

( ) ( )��

���

� −+−−=mn

nmmnE

9011

1 φ

Onde: m - número de filas n – número de estacas em uma fila

φ - ângulo cuja tangente é igual a sd

em graus.

s – distância entre os eixos de duas estacas. d – diâmetro da estaca. Exemplo de cálculo:

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Como se pode notar, tanto Labarre como Feld não fazem qualquer referência ao tipo de solo, o que tem dado motivo a críticas. 3 - Critério de Terzaghi-Peck Outro procedimento é indicado por Terzaghi-Peck adotando, para capacidade de carga do conjunto de estacas, a expressão:

fdrc UDQQ += τ

Onde: Qdr – capacidade de carga de uma fundação direta de área igual à delimitada pelo grupo de estacas assentadas na profundidade Df Df – comprimento da estaca U – perímetro do bloco que envolve as estacas τ - resistência ao cisalhamento médio do solo entre a superfície do terreno e a profundidade Df.

Referindo-se à capacidade de carga de uma estaca, o melhor é efetuar prova de carga sobre uma estaca, no próprio local da obra.

Tem sido norma geral, quando possível, adotar uma única estaca, critério condenado por diversos autores, entretanto, muito usado, podendo-se afirmar que os insucessos por está prática são poucos constatados.

Como já foi apresentado, a capacidade de carga de um grupo de estacas sob um mesmo bloco não é igual à soma das capacidades de cada estaca atuando isoladamente (caso em que não se trabalha de “ponta”) . A eficiência de um grupo de estacas, mergulhadas em argila é sempre inferior a 1(unidade), a não ser no caso de estacas pré-moldadas apoiadas unicamente pelas pontas. Para uma estaca isolada, existem muitos ensaios e pesquisas com a finalidade de determinar sua capacidade de carga; o mesmo não vem acontecendo com o grupo de estacas, devido aos diversos problemas que ocorrem para tais ensaios, isto é, para tais provas de cargas.

Em 1967, AS. Vesic afirmou que um grupo de estacas cravadas em areia homogênea apresentava eficiência superior à unidade, devido ao aumento de esforços horizontais e , portanto , a resistência, devido ao atrito lateral, também crescia com o aumento do ângulo de atrito do solo com as estacas. O professor Vesic também comprovou que a eficiência de um grupo de estacas cresce com o afastamento entre elas, até um máximo de três diâmetros, sendo que a partir de tal valor a capacidade do conjunto começa a decrescer.

Exemplos de geometria de blocos