2 1.0 - INTRODUÇÃO Fundação é o elemento estrutural, base natural ou preparada, destinada a suportar estruturas de qualquer tipo, ou sejam: edifícios, barragens, pontes, tanques de armazenamento de líquidos, etc.. É evidente a importância de uma fundação, indispensável à própria existência de qualquer tipo de obra de engenharia, como também responsável pela garantia de suas condições de estabilidade, da conservação de sua estética, como até da manutenção de sua funcionalidade. São quatro os requisitos básicos a serem satisfeitos por uma fundação: - apresentar segurança à ruptura suficiente, seja do terreno sobre o qual se apoia a

superestrutura, como também do material que constitui o elemento de fundação. - conduzir a valores de deformações (recalques ou mesmo deslocamentos horizontais)

compatíveis à superestrutura projetada. - não oferecer riscos de segurança às fundações de estruturas vizinhas. - atender aos aspectos econômicos. A segurança à ruptura do elemento de fundação como peça estrutural é perfeitamente compreensível, devendo suportar ainda os eventuais esforços executivos, como também a possível agressividade do meio em que se encontra. No que se refere ao terreno de fundação, o segundo requisito de limitação das deformações, tem influência preponderante. Como todos os materiais se deformam sob ação de cargas quaisquer, todas as fundações também apresentarão deformações, cujos valores dependerão da grandeza e forma de aplicação dos esforços, como da constituição e características dos terrenos localizados abaixo da cota de fundação. Envolvendo a execução de uma fundação a realização de trabalhos e/ou operações especiais, tais como: escavações, esgotamento e rebaixamento de lençol d'água, além de cravação de estacas, injeções de produtos químicos, etc., perturbações sensíveis poderão ser transmitidas ao terreno vizinho, modificando suas características iniciais de suporte das cargas das estruturas sobre ele assentes, que poderiam assim ter suas condições de fundações alteradas, chegando mesmo a prejudicar sua segurança, em casos extremos. Deverá ser verificada ainda a influência da nova construção sobre as adjacentes mais antigas, de forma a evitar que o campo de distribuição das pressões da fundação a construir venha a se somar ao da existente, conduzindo forçosamente a maiores deformações (recalques em particular) do terreno de suporte de tais estruturas. A escolha, detalhamento e execução de uma fundação exigirá o conhecimento, em cada caso, de um certo número de informações como as a seguir relacionadas: a) Características gerais da construção a executar, envolvendo não somente os valores e forma de

atuação das cargas, como ainda sua finalidade e limites máximos das deformações compatíveis em cada caso.

b) Características gerais do terreno local, cuja constituição básica e condições de limites de

resistência, deformabilidade, permeabilidade e trabalhabilidade, serão obtidas através de estudos geológicos e geomecânicos.

3 c) Levantamento topográfico, plani-altimétrico e cadastral. d) Estudos hidrológicos, em particular se tratando de fundações de pontes, barragens e obras

hidráulicas em geral. e) Características gerais das construções vizinhas, compreendendo estado de conservação,

estimativa das cargas aplicadas e solução da fundação empregada. f) Disponibilidade de mão-de-obra, materiais e equipamentos, inclusive suas condições de acesso

ao local da obra. De posse de tais elementos será possível definir, de forma então a atender aos requisitos relacionados, o tipo, cota de assentamento e processo executivo da fundação a adotar. Os problemas que governam o estudo de uma fundação podem ser classificados em dois grupos distintos, que inclusive definem as diferentes situações críticas inerentes ao comportamento da mesma: a) problemas de deformações em geral. b) problemas de ruptura ou de estabilidade. Limitando as considerações a seguir ao campo da Geomecânica, ao primeiro grupo pertenceriam os problemas dos recalques, enquanto no segundo estariam incluídos aqueles referentes à capacidade dos terrenos, isto é, a carga limite capaz de ser suportada pelo terreno, sem ruptura (afundamento repentino e catastrófico da fundação). As teorias e métodos disponíveis para o estudo de tais problemas baseiam-se fundamentalmente, conforme será visto adiante, em critérios básicos pertencentes aos campos da matemática aplicada e da mecânica dos meios contínuos, devidamente simplificados e adaptados de forma a permitir sua extensão ao estudo do comportamento do terreno, em particular do solo de fundação, que se caracteriza como um sistema de partículas, por excelência. No estudo das fundações, as deformações verticais (recalques) têm especial importância, conforme observado, principalmente se for considerado o fato de que são poucos os acidentes de obras envolvendo a ruptura do terreno de suporte (falta de capacidade de carga), o que entretanto não ocorre em se tratando de recalques, causadores de inúmeros acidentes em construções dos mais variados tipos. Além disso, por observações constantes da evolução de suas conseqüências diretas (desnivelamentos, desaprumos e fissuras), poderão os recalques servirem como indicadores de futuros acidentes. Por sua influência sobre as condições de estabilidade estrutural das construções, são os recalques diferenciais considerados como os mais críticos na maioria dos casos, ao contrário dos absolutos, causadores de problemas de ordem estética e funcional, mas sem atentar contra a estabilidade da construção. Por tais razões é que se costuma afirmar ser o dimensionamento da fundação de qualquer estrutura, governado por critérios de recalques (deformações) admissíveis, a serem fixados em cada caso em estudo.

4 O quadro a seguir fornece uma idéia geral a respeito de limites de recalques totais e diferenciais para os casos específicos :

Tipo de movimento

Limitação de recalques para Assegurar

Recalque máximo

Recalque total

- Drenagem - Facilidade acesso - Alvenarias - Estruturas aporticadas com vigamento - Silos, chaminés, Radiers

15 a 30 cm 30 a 60 cm 2,5 a 5 cm 5 a 10 cm 7,5 a 30 cm

Recalque diferencial

Segurança quanto a fissuração : - Grandes alvenarias de tijolos - Estruturas de edifícios em concreto armado - Estruturas contínuas em aço

0,0005 a 0,001 L* 0,0025 a 0,004 L* 0,002 L*

* sendo “L” o comprimento do vão. 2.0 - CLASSIFICAÇÃO GERAL DAS FUNDAÇÕES As fundações, de um modo geral, são classificadas em três grandes grupos - Superficiais, ou Diretas, ou Rasas - Profundas - Especiais Fundação superficial ou rasa ou direta: Elementos de fundação 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. Incluem-se neste tipo de fundação os blocos, as sapatas, os radiers, as sapatas associadas, as vigas de fundação e as sapatas corridas. A classificação acima tem caráter puramente didático porque muitas vezes não representa o conceito que deveria exprimir. Assim temos freqüentemente construções em fundação superficial, digamos a 7 m da superfície, como é o caso de edifícios com dois subsolos em sapatas, e, outros em fundação profunda a 5 m , como é o caso de vários edifícios construídos sobre estacas de 4 a 5 m de comprimento e que não possuem subsolos.

5

3.0 - FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS Os tipos de fundações superficiais mais usuais são as seguintes: 3.1 - BLOCO Elemento de fundação superficial construído em concreto simples, ou ciclópico, ou em alvenaria de pedras, e, dimensionado de modo que as tensões de tração nele produzidas possam ser resistidas sem necessidade de armadura. Pode ter suas faces verticais, inclinadas ou escalonadas e apresentar normalmente em planta seção quadrada ou retangular. A sua utilização , por questões econômicas , fica restrita para cargas inferiores a 500KN. Podem ser isolados ou corridos :

Figura 4

A principal característica desses tipos de fundação é que os materiais que os constituem devem trabalhar unicamente à compressão (cerca de 5 Mpa para blocos de concreto simples e 2 Mpa para os de alvenaria de pedras).

6 Os blocos de fundação podem ser dimensionados de tal maneira que o ângulo β, expresso em radianos e mostrado na Figura 5, satisfaça à equação: tan β σadm ------ ≥ ------ + 1 β σct Onde: σadm = tensão admissível do terreno, em MPa σct = tensão de tração no concreto (σct = 0,4 ftk ≤ 0,8 MPa) ftk = resistência característica à tração do concreto, cujo valor pode ser obtido a partir da resistência característica à compressão (fck) pelas equações: fck

ftk = ---- para fck ≤ 18MPa 10 ftk = 0,06fck + 0,7MPa para fck > 18MPa

A dimensão mínima dos blocos em planta não deve ser inferior a 60 cm e a profundidade de assentamento deve ser tal que garanta que o solo de apoio não seja influenciado pelos agentes atmosféricos e fluxos d'água. Nas divisas de terrenos, salvo quando a fundação for assente sobre rocha, tal profundidade não deve ser inferior a 1,5 m. Nos casos simples e comuns na prática pode-se adotar σct = 0,5 Mpa para blocos em concreto simples ou ciclôpico e σct = 0,2 Mpa para os blocos em alvenaria de pedras. No quadro 1 a seguir é fornecido o ângulo β para diversos valores da relação σadm /σct

���������� �����

���������� �����

���������� �����

7

Quadro 1 σadm /σct 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 6,0

0β 30 40 47 52 56 59 61 63 65 67 73 76 78 80 82 85

Conhecido o valor de b a altura h do bloco é obtida pela fórmula:

h = B-b

2 tg β

onde b é a dimensão do pilar ou largura da alvenaria Problema 1 Dimensionar um bloco em concreto simples para receber a carga de 300 KN de um pilar de 25 cm x 25 cm em um terreno cuja pressão admissível é de 0,2 Mpa Solução: a) Cálculo da dimensão B do bloco:

B = P

= 1,22 m Adotado B = 1,30 madmσ

b) Cálculo da pressão de trabalho do terreno

σ = 30 = 17,8 t/m2 = 1,78 kg/cm22

1,3 = 178 KN/m2 <200 KN/m2

c) Cálculo do ângulo mínimo para não ser necessária armação de tração Admitindo f t = 0,5 Mpa

d) Cálculo da altura mínima h :

Adotamos h = 65 cm e) Verificação da pressão de trabalho levando em conta o peso próprio do bloco:

Adotando γconcr = 24 KN/m3 σadm = 0,2 Mpa = 200 KN/m2 G = 1,30 x 1,30 x 0,65 x 24 = 26,4 KN

portanto atende. Interessante notar que o bloco acima pode ser projetado escalonado, como pedestal de estátua, pois a distribuição das tensões assim o permite.

0,36 5

= 200 KN/m2

8

Figura 6 A economia neste caso seria de 0,464 m3. 3.2 - SAPATA ISOLADA Elemento de fundação superficial de concreto armado, dimensionado de modo que as tensões produzidas não sejam resistidas pelo concreto, mas sim pelo emprego da armadura. Pode possuir espessura constante ou variável, sendo sua base em planta normalmente quadrada, retangular ou trapezoidal.

9 No estudo das sapatas sujeitas a força normal de compressão deve-se analisá-las segundo dois aspectos: a) Estabilidade externa b) Estabilidade interna. Entende-se por estabilidade externa o equilíbrio da sapata em relação ao terreno. A distribuição das pressões no contato sapata-solo depende do tipo do solo e da sua rigidez. Assim, uma placa flexível uniformemente carregada, transmitirá ao solo também uma pressão uniforme, sendo porém os recalques diferentes (figura 10).

Argilas Areias Figura 10 O contrário ocorre no caso de placas rígidas, onde as deformações são idênticas, enquanto as pressões no contato placa-solo são diferentes (figura 11).

Figura 11

Na verificação da estabilidade externa de sapatas assentes em solo tem sido adotado um diagrama convencional, na grande maioria dos casos a favor da segurança, admitindo a distribuição de tensões linear (figura 12)

Figura 12

10 Desse modo a área mínima necessária para que a estabilidade externa seja satisfatória será :

No caso de sapatas apoiadas sobre rocha, o elemento estrutural deve ser calculado como peça rígida adotando o diagrama de distribuição da figura 13:

Figura 13 No caso de sapatas retangulares os dados B e L devem obedecer certa relação, a fim de que o dimensionamento seja econômico. Esta relação procura igualar os momentos e consiste em impor a condição do retângulo da base ter igual afastamento, nas duas direções do retângulo do pilar e é matematicamente traduzida por:

Exemplo: Determinar as dimensões de uma sapata retangular para um pilar carregado com 1700 KN num terreno com

admσ = 150 KN/m2, tendo b = 40 cm e l = 60 cm.

11

Compreende-se por estabilidade interna, o equilíbrio no interior da sapata, de modo que em qualquer seção da mesma não sejam ultrapassadas as tensões admissíveis no concreto ou aço. Dentre os processos utilizados para atender a condição acima temos o método das bielas que é utilizado para o dimensionamento de sapatas rígidas. Segundo experiências de Lebelle, desde que a relação a seguir seja satisfeita, a sapata comporta-se como rígida, não oferecendo perigo de punção nem de ruptura por cisalhamento.

A seção de aço pode ser calculada pelo método das linhas de ruptura ou por outro método baseado na teoria de elasticidade, ou pelo método das bielas. O método das bielas admite que a sapata funciona transmitindo a força do pilar às barras da armação, que funcionam como tirantes, por intermédio de escoras de concreto chamadas bielas, daí o nome de bielas. Em resumo pode ser adotado o seguinte procedimento para o dimensionamento de sapatas quadradas ou retangulares pelo método das bielas:

12 Sapata corrida Sapata sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente.

Figura 15

13 3.3 - VIGA DE FUNDAÇÃO Fundação comum a vários pilares, cujos centros, em planta, estão situados no mesmo alinhamento .

Figura 16

Exercício: Dimensionar uma sapata quadrada com 2,20m de lado, que serve de apoio para um pilar de seção, também, quadrada com lado 0,45m e que recebe a carga de 1000 KN. Considere que o serão utilizados aço CA 50A, FCK do concreto de 15 Mpa e σadm = 250 KN/m2.

14 Cálculo do lado B:

Cálculo da seção da armadura :

que em função da tabela 2 a seguir dá 10 ferros de ½ “ ou 21 de 3/8 “

` Figura 17

Tabela 2 - Fornece diâmetros de vários aços, pesos e áreas

15 Sapata associada (ou radier parcial) Sapata comum a vários pilares, cujos centros, em planta, não estejam situados em um mesmo alinhamento. São utilizadas quando há superposição das áreas de pilares contíguos, sendo os pilares ligados, geralmente, por vigas :

Figura 18

Radier Elemento de fundação superficial que abrange todos os pilares ou carregamentos distribuídos (por exemplo: tanques, depósitos, silos, etc.).

3.4 - FUNDAÇÕES EXCÊNTRICAS Diz-se que uma fundação é solicitada à carga excêntrica quando estiver submetida a:

a) uma força vertical cujo eixo não passa pelo centro de gravidade da superfície de contato da fundação com o solo.

16 b) forças horizontais situadas fora do plano da base da fundação; c) qualquer outra composição de forças que gerem momentos na fundação. No dimensionamento de uma fundação solicitada por carga excêntrica (V), pode-se considerar a área efetiva (A) da fundação, conforme indicado na Figura 20. Nesta área efetiva atua uma pressão uniformemente distribuída (σ), obtida pela equação: σ = V A

A pressão uniformemente distribuída (σ) deve ser comparada à pressão admissível com a qual deve ser feito o dimensionamento estrutural da fundação. Para equilibrar a força horizontal que atua sobre uma fundação em sapata ou bloco, pode-se contar com o empuxo passivo, e com atrito entre o solo e a base da fundação. O coeficiente de segurança ao deslizamento deve ser pelo menos igual a 1,5 e somente considerados os empuxos favoráveis desde que se tenha garantia de sua atuação contínua e permanente em conjunto com a atuação das demais solicitações.

Figura 20 – Área efetiva de fundação com carga excêntrica

17 Em nenhuma condição pode ser considerada qualquer redução de cargas devida a efeitos de subpressão, principalmente em obras urbanas. Para efeito de cálculo estrutural de fundações apoiadas sobre rocha, o elemento estrutural deve ser calculado como peça rígida, adotando-se o diagrama de distribuição mostrado na Figura 21.

Em planta, as sapatas, assim como os blocos, não devem ter dimensão inferior a 60 cm e sua base deve ser assente a uma profundidade tal que garanta que o solo de apoio não seja influenciado pelos agentes atmosféricos e fluxos d'água. Nas divisas com terrenos vizinhos, salvo quando a fundação for assente sobre rocha, tal profundidade não deve ser inferior a 1,5 m. Nos terrenos com topografia acidentada, a implantação de qualquer obra e de suas fundações deve ser feita de maneira a não impedir a utilização satisfatória dos terrenos vizinhos. Em fundações que não se apoiam sobre rocha, deve ser lançado anteriormente à sua execução uma camada de concreto simples de regularização de no mínimo 5cm de espessura, ocupando toda a área da cava da fundação. Nas fundações apoiadas em rocha, após a preparação acima, deve-se executar um enchimento de concreto de modo a se obter uma superfície plana e horizontal. O concreto a ser utilizado deve ter resistência compatível com a pressão de trabalho da sapata. No caso de fundações próximas, porém situadas em cotas diferentes, a reta de maior declive que passa pelos seus bordos deve fazer, com a vertical, um ângulo α como mostrado na Figura 22, com os seguintes valores: a) solos pouco resistentes: α ≥ 60°; b) solos resistentes: α = 45°; c) rochas: α = 30°.

18 A fundação situada em cota mais baixa deve ser executada em primeiro lugar, a não ser que se tomem cuidados especiais.

Viga de equilíbrio Elemento estrutural que recebe as cargas de um ou dois pilares (ou pontos de carga) e é dimensionado de modo a transmiti-las centradas às fundações. Da utilização de viga de equilíbrio resultam cargas nas fundações, diferentes das cargas dos pilares nelas atuantes. Para as sapatas de pilares situados nas divisas de terrenos, a excentricidade deve ser eliminada mediante o emprego de artifícios estruturais, como por exemplo vigas de equilíbrio. A figura 23 a seguir esquematiza o funcionamento de uma viga de equilíbrio :

Figura 23

Para efeito de verificação da estabilidade interna de uma fundação excêntrica, pode-se, na falta de um processo mais rigoroso, uniformizar a pressão adotando o maior dos seguintes valores :

19 Dois terços do valor máximo ou a média dos valores extremos

Quando ocorre uma redução da carga, a fundação deve ser dimensionada, considerando-se apenas 50% desta redução. Quando da soma dos alívios totais puder resultar tração na fundação do pilar interno, o projeto de fundação deve ser reestudado. 4.0 - FUNDAÇÕES PROFUNDAS Os principais tipos de fundações profundas são: - estacas - tubulões - caixões Caracterizam-se por transmitirem os esforços que suportam às camadas mais profundas e resistentes dos terrenos. 4.1 - ESTACAS As estacas são peças alongadas de pequena seção transversal em relação ao seu comprimento, tendo essencialmente a função de transmitir as cargas que suportam para camadas profundas de solo de alta capacidade de suporte e baixa compressibilidade. A extremidade inferior de uma estaca denomina-se "ponta", a superior "cabeça", enquanto o corpo da estaca em si é chamado comumente por "fuste".

20

A transmissão de carga de uma estaca para o terreno pode ser feita de três modos: - pela ponta - pelo atrito - pela ponta e atrito Estaca de ponta é a que transmite toda a carga que suporta através de sua extremidade inferior (ponta). É o caso que ocorre quando a estaca atravessa terreno pouco resistente e se apoia em solo muito resistente ou em rocha. (figura 24) Estaca de atrito ou estaca flutuante é aquela que transfere a carga que recebe para o terreno, praticamente, somente pelo atrito lateral. Este caso ocorre quando uma estaca é cravada em solo homogêneo e de grande espessura podendo desprezar a resistência de ponta em função da contribuição do atrito lateral.

Estaca de ponta e atrito, que é o caso mais geral, é aquela que transfere a carga que recebe tanto pelo atrito lateral como pela ponta.

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É importante notar que a contribuição do atrito lateral, dependendo das condições do terreno, poderá ser nos dois sentidos. Nos casos mais comuns a resistência por atrito lateral ocorre conforme indicado nas figuras anteriores. Quando, entretanto, as estacas atravessam terrenos em fase de consolidação ou aterros sobre bases fracas, o atrito lateral age em sentido contrario, denominado nesses casos "atrito negativo", reduzindo, portanto, a capacidade de carga da estaca, pois será necessário que ela resista além da carga Q, também, da parcela por atrito negativo:

PRINCIPAIS TIPOS DE ESTACAS: 4.4.1 Estacas de madeira Consistem em troncos de árvore, bem retos e regulares, que são cravados no terreno até se conseguir "nega" adequada. Denomina-se nega a penetração permanente de uma estaca, causada pela aplicação de um golpe do pilão. Em geral é medida por uma série de dez golpes. Ao ser fixada ou fornecida, deve ser sempre acompanhada do peso do pilão e da altura de queda ou da energia de cravação (martelos automáticos). As estacas de madeira mais usuais, são as de eucalipto, massaranduba, aroeira e peroba-de-campo. De acordo com a NBR-6122, as estacas de madeira devem atender às seguintes condições: 1. A ponta e o topo devem ter diâmetros maiores que 15 cm e 25 cm, respectivamente. 2. A reta que une os centros das seções da ponta e do topo deve estar integralmente dentro da

estaca. 3. Os topos das estacas devem ser convenientemente protegidos para não sofrerem danos durante

a cravação; entretanto, quando, durante a cravação, ocorrer algum dano na cabeça da estaca, a parte afetada deve ser cortada.

22 4. As estacas de madeira devem ter seus topos (cota de arrasamento) permanentemente abaixo do

nível d'água; em obras provisórias ou quando as estacas recebem tratamento de eficácia comprovada, esta exigência pode ser dispensada.

5. Em águas livres, as estacas de madeira devem ser protegidas contra o ataque de organismos. 6. Em terrenos com matacões, devem ser evitadas estacas de madeira. 7. Quando se tiver que penetrar ou atravessar camadas resistentes, as pontas devem ser

protegidas por ponteira de aço.

8. As estacas de madeira podem ser emendadas, desde que estas emendas resistam a todas as

solicitações que possam ocorrer durante o manuseio, cravação e trabalho da estaca. As emendas podem ser feitas, por anel metálico, por talas de junção ou qualquer outro processo que garanta a integridade da estaca.

Carga estrutural admissível As estacas de madeira têm sua carga estrutural admissível calculada, sempre em função da seção transversal mínima, adotando-se tensão admissível compatível com o tipo e a qualidade da madeira, conforme a NBR 7190.

23 Cravação A cravação é normalmente executada com martelo de queda livre, cuja relação entre o peso do martelo e o peso da estaca seja a maior possível, respeitando-se a relação mínima de 1,0. No caso em que a cota de arrasamento estiver abaixo da cota do plano de cravação, pode-se utilizar um elemento suplementar, denominado prolonga ou suplemento, desligado da estaca propriamente dita, que deve ser retirado após a cravação. Caso não sejam usados dispositivos especiais devidamente comprovados, que garantam o posicionamento da estaca e a eficiência da cravação, fica limitado a 2,5 m o comprimento do suplemento. Preparo de cabeças e ligação com o bloco de coroamento Deve ser cortado o trecho danificado durante a cravação ou o excesso em relação à cota de arrasamento. Caso a nova cota de topo esteja abaixo da cota de arrasamento previsto, deve-se fazer uma emenda conforme descrito acima. As principais vantagens das estacas de madeira são: Duração ilimitada quando completa e permanentemente submersas Na Europa existem várias construções executadas há vários séculos, com suas fundações em estacas de madeira ainda perfeitas. Exemplo clássico é o Campanário de São Marcos em Veneza, que quando foi reconstruído em 1902, verificou-se, que após mil anos de funcionamento, as estacas de madeira ainda eram capazes de suportar o seu peso. Baixo custo Corte fácil Normalmente é necessário cortar uma estaca para que fique na cota exata da confecção do bloco de coroamento e no caso de estacas de madeira esta operação é extremamente simples. Emenda fácil É simples a emenda de uma estaca de madeira, que pode ser feita, por exemplo, por meio de chapas metálicas e parafusos, ou anel metálico ou por outro processo. Resistem facilmente as manobras de manuseio e transporte Enquanto que estacas de concreto pré-moldadas exigem cuidados especiais e equipamentos possantes para o seu manuseio e transporte, o mesmo não ocorre com as de madeira que, em função de seu menor peso e resistência mais elevada, são bastante facilitados. Imediata cravação e colocação em serviço desde que existam em estoque Esta é outra das vantagens das estacas de madeira comparada com as de concreto pré-moldadas ou as moldadas in loco, que necessitam de vários dias para que o concreto adquira resistência suficiente para a cravação ou colocação em serviço.

24 As principais desvantagens das estacas de madeira são as seguintes: a) Duração reduzida quando não permanentemente submersas A madeira é sujeita ao apodrecimento, causado por fungos aeróbios que se desenvolvem em presença de água e ar. Assim, quando não permanentemente submersa, eliminando consequentemente o ar, a vida média de uma estaca é limitada e da ordem de 8 a 10 anos. Têm sido usados em alguns casos, tratamentos de madeira com produtos químicos, mas os resultados até agora obtidos não permitem garantir a sua durabilidade. Face ao exposto, excetuando-se as que trabalham permanentemente submersas, as estacas de madeira têm sido utilizadas somente em obras provisórias. b) Facilmente danificadas durante a cravação É o que ocorre quando no terreno existem obstáculos como pedregulhos, pedras, etc., ou quando se tenta atravessar com esse tipo de estaca camadas resistentes (NSPT da ordem de 20 a 25). c) Dimensões limitadas nos países sem árvores de espécies adequadas É o caso que ocorre no Brasil, pois dificilmente se consegue madeira com as convenientes dimensões, resistência, e, possibilidade de duração como, por exemplo, na América do Norte, onde têm sido cravadas estacas de madeira, como cedro, abeto, etc., com diâmetros da ordem de 50cm e comprimentos maiores que 40 m. d) Vibrações As estacas de madeira, por serem maciças, provocam a mesma ordem de grandeza de vibrações que as de concreto pré-moldadas, e, outras estacas cravadas de diâmetro equivalente, não devendo ser utilizadas em locais onde vibrações possam causar danos. e) Capacidade de carga reduzida As cargas usuais das estacas de madeira são :

Dimensões (cm)

Carga Nominal (KN)

Ø 20 150 Ø 25 200 Ø 30 300 Ø 35 400

σ = 4,0 Mpa Ø 40 500

- Estacas de concreto pré-moldadas As estacas pré-moldadas em função do processo utilizado para sua confecção podem ser de: - Concreto armado - Concreto protendido - Centrifugadas.

25 Podem ser concretadas em formas horizontais ou verticais . Devem ser executadas com concreto adequado, além de serem submetidas à cura necessária para que possuam resistência compatível com os esforços decorrentes do transporte, manuseio, instalação e a eventuais solos agressivos. A seção transversal dessas estacas é geralmente quadrada, hexagonal, octogonal ou circular. As figuras abaixo apresentam uma estaca de seção quadrada e outra de seção octogonal.

26 Existem diversos tipos de estacas de concreto pré-moldadas em uso, em função do processo de sua fabricação: O quadro a seguir fornece cargas usuais de diversas estacas pré-moldadas:

CONCRETO Armado Protendido Centrifugado

Seção Carga Nominal (KN) Seção Carga Nominal

(KN) Seção Carga Nominal (KN)

20 x 20 250 Ø 20 250 Ø 20 250 25 x 25 400 Ø 25 500 Ø 23 300 30 x 30 550 Ø 33 700 Ø 26 400 35 x 35 800 Ø 33 600

Ø 38 750 Ø 42 900 Ø 50 1300 Ø 60 1700 Ø 70 2300

As estacas pré-moldadas devem ser dimensionadas para suportar não só os esforços atuantes na estaca como elemento de fundação, como também aqueles que ocorrem no seu manuseio, transporte, levantamento e cravação. Em particular os pontos de levantamento previstos devem ser nitidamente assinalados. Para a fixação da carga estrutural admissível, deve ser adotado um coeficiente de minoração da resistência característica do concreto γc = 1,3, quando se utiliza controle sistemático. Caso contrário, γc, deve ser adotado igual a 1,4. Nas estacas comprimidas, quando não é feita a verificação da capacidade de carga através de prova de carga ou de instrumentação, pode-se adotar como carga de trabalho aquela obtida a partir da tensão média atuante na seção de concreto, limitada ao máximo de 6MPa, considerando no caso de estacas vazadas, para efeito da seção de concreto, como maciças. Para levar em conta as tensões elevadas que surgem nas extremidades da estaca durante a sua cravação deve-se fazer um reforço da armadura transversal junto ao topo e a ponta de cada estaca. Com o mesmo objetivo, entre as pontas das barras longitudinais e o topo da estaca deve haver um trecho não armado de 30 a 50 mm de espessura. Geralmente a armação necessária ao manuseio é que predomina no dimensionamento, devendo-se, portanto, fixar a posição dos apoios de modo a obter momentos positivo e negativo iguais, em valor absoluto, o que conduz a ferragem simétrica. Nas figuras apresentadas a seguir, estão indicados os diagramas de momentos e seus valores para atender a essas condições quando o levantamento é feito por um ou por dois pontos:

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No cálculo consideram-se as estacas com peso próprio um pouco superior ao real para levar em conta pequenas ações dinâmicas. A cravação de estacas pré-moldadas de concreto pode ser feita por percussão, prensagem ou vibração. A escolha do equipamento deve ser feita de acordo com o tipo e dimensão da estaca, características do solo, condições de vizinhança, características do projeto e peculiaridades do local. A cravação de estacas através de terrenos resistentes à sua penetração pode ser auxiliada com jato d'água ou a ar (lançagem) ou através de perfurações. Essas perfurações podem ter suas paredes suportadas ou não, e o suporte pode ser um revestimento recuperável ou perdido, ou lama tixotrópica. De qualquer modo, quando se trata de estacas trabalhando à compressão, a cravação final deve ser feita sem uso desses recursos, cujo emprego deve ser devidamente levado em consideração na avaliação da capacidade de carga das estacas e também na análise do resultado da cravação. No caso em que a cota de arrasamento estiver abaixo da cota do plano de cravação, pode-se utilizar um elemento suplementar (prolonga ou suplemento), desligado da estaca propriamente dita, que será retirado após a cravação. Caso não sejam usados dispositivos especiais que, devidamente comprovados, garantam o posicionamento da estaca e a eficiência de cravação, fica limitado a 2,50 metros o comprimento do suplemento. O sistema de cravação deve ser dimensionado de modo a levar a estaca até a profundidade prevista para a sua capacidade de carga, sem danificá-la. Com esta finalidade, o uso de martelos mais pesados com menor altura de queda, é mais eficiente do que os martelos mais leves, com grande altura de queda, mantido o mesmo conjunto de amortecedores. Assim recomenda a NBR 6122 para estacas até l MN de carga admissível, quando se usa martelos de queda livre o seu peso não deve ser inferior a 15 KN, nem a relação entre o peso do pilão e o peso da estaca inferior 0,7. Para estacas com carga admissível maior que l MN a escolha do sistema de cravação deve ser analisada em cada caso e os resultados controlados através de ensaios ou provas de carga estáticas.

Levantamento da estaca por um ponto

Levantamento da estaca por dois pontos

28 Quando se utiliza martelos automáticos ou vibratórios, deve-se seguir as recomendações do fabricante do equipamento. Quando se utilizam estacas pré-moldadas é sempre conveniente estudar o terreno com o maior detalhamento possível com a finalidade de fixar o comprimento das estacas e evitar perdas ou emendas que sempre oneram e atrasam a obra. A confecção de estacas pré-moldadas deve seguir os cuidados comuns de construções de estruturas de concreto, cumprindo ainda o que se segue: a) A concretagem de uma estaca deve ser contínua até completá-la, iniciando-se pela cabeça; b) As formas podem ser retiradas após 24 horas da concretagem, devendo-se manter as

superfícies úmidas durante pelo menos 7 dias para cimento Portland comum e 3 dias para cimentos de alta resistência e desde que o concreto tenha atingido resistência à compressão, medida em corpos de prova, superior a 12,5 Mpa.

c) As estacas somente devem ser cravadas após 21 dias de sua concretagem ou menos, caso se

tenha utilizado cimentos de alta resistência, ou aditivos, ou traços especiais, mas sempre após a comprovação das resistências de projeto através de corpos de prova;

Antes de iniciada a cravação a estaca deve ser inspecionada para detectar possíveis defeitos de fabricação e principalmente danos decorrentes de sua movimentação. É sempre conveniente cravar algumas estacas de prova e ter estacas com comprimento variável no canteiro. Para a cravação das estacas utiliza-se sempre um capacete no qual é enfiada a cabeça da estaca. É sobre este capacete que atuam o pilão. Entre o capacete e a cabeça da estaca, em contato direto com o concreto, coloca-se material elástico, geralmente madeira macia previamente molhada, e destinada a assegurar uma boa distribuição de pressões (Ver figura abaixo).

A figura abaixo mostra um capacete especial utilizado em estacas a serem emendadas

Madeira macia

29 A cravação das estacas deve ser contínua, principalmente quando estão próximo ao final de sua cravação, e processar-se no caso de concentração de estacas, do centro para a periferia. Essas providências são sempre convenientes devido ao fato de em determinados solos, de volume de vazios elevados e alta permeabilidade, a densidade e resistência do terreno aumentarem pela cravação das estacas. As estacas pré-moldadas podem ser emendadas desde que resistam a todas as solicitações que nelas ocorram durante o manuseio, à cravação e sua utilização. Os processos mais usados são através de solda ou utilização de produtos de epoxi com acelerador de pega.

O topo da estaca, danificado durante a cravação ou acima da cota de arrasamento, deve ser demolido. A seção resultante deve ser plana e perpendicular ao eixo da estaca e a operação de demolição deve ser executada de modo a não causar danos à estaca. Nesta operação podem ser utilizados ponteiros ou marteletes leves, trabalhando com pequena inclinação, para cima, em relação à horizontal. Para estacas cuja seção de concreto for inferior a 2000 cm2, o preparo da cabeça somente pode ser feito com a utilização de ponteiro. No caso de estacas danificadas até abaixo da cota de arrasamento ou estacas cujo topo resulte abaixo da cota de arrasamento prevista, deve-se fazer a demolição do comprimento necessário da estaca, de modo a expor o comprimento de traspasse da armadura e recompô-lo até a cota de arrasamento. A armadura da estaca deve penetrar suficientemente no bloco, a fim de transmitir a solicitação correspondente. O material a ser utilizado na recomposição das estacas deve apresentar resistência não inferior à do concreto utilizado na fabricação da estaca. Em estacas cuja armadura não tiver função resistente após a cravação, não há necessidade de sua penetração no bloco de coroamento (isto não significa que necessariamente devam ser cortados os ferros das estacas que penetram no bloco). Caso contrário, a armadura deve penetrar suficientemente no bloco, a fim de transmitir a solicitação correspondente. Em estacas vazadas, antes da concretagem do bloco, o furo central deve ser convenientemente tamponado, de modo a evitar a fuga do concreto do bloco.

30 As principais vantagens na utilização de estacas de concreto pré-moldadas são: a) Qualidade de concreto É a grande vantagem dessas estacas em relação às estacas moldadas no solo, devido ao fato de permitirem uma fácil fiscalização, adensamento e cura. b) Grande duração mesmo quando sujeitas a molhagens e secagens alternadas. c) Não são atacadas por seres vivos. d) Podem ser fabricadas com quaisquer formas e dimensões. e) Resistem, desde que convenientemente armadas, a esforços de flexão. As principais desvantagens são: a) Transmitem elevadas vibrações. b) Necessitam demolir as cabeças das estacas para incorporá-las à construção. c) Perigo de fenderem durante o transporte e cravação. d) Necessidade de aguardar pelo menos 21 dias para a sua cravação. e) Necessidade de espaço na obra para o seu preparo, cura e armazenamento. f) Dimensões limitadas aos bate-estacas disponíveis. g) Dificuldade de atravessar camadas resistentes quando isso é necessário. Esse caso ocorre freqüentemente quando a estaca deve passar por camadas resistentes, situadas entre outras de menor resistência, até atingir o comprimento adequado. É o que acontece, por exemplo, em camadas de areia com mais de 2 metros de espessura e resistência NSPT> 20 a 25 assentes sobre argila mole como indicado na figura abaixo .

31 Uma das soluções, para este caso, seria cravar a estaca até atingir a camada de argila mole com auxilio de jato d'água ou ar (lançagem) ou através de perfurações o que , naturalmente, aumenta o custo dos trabalhos. 4.4.2 - Estacas Metálicas As estacas metálicas são constituídas por perfis laminados ou soldados, simples ou múltiplos, tubos de chapa dobrada (seção circular, quadrada ou retangular), tubo sem costura e trilhos.

As estacas de aço devem ser retilíneas. Para isto, o raio de curvatura, em qualquer ponto do eixo deve ser maior que 400m ou apresentar flecha máxima de 0,3% do comprimento do perfil.

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As estacas de aço devem resistir à corrosão pela própria natureza do aço ou por tratamento adequado. Quando inteiramente enterradas em terreno natural, independentemente de situação do lençol d'água, as estacas de aço dispensam tratamento especial. Havendo, porém, trecho desenterrado ou imerso em aterro com materiais capazes de atacar o aço, é obrigatória a proteção deste trecho com um encamisamento de concreto ou outro recurso adequado (por exemplo: pintura, proteção catódica, etc.) Em obras especiais (por exemplo: marítimas, subestações, Metrô, etc.), cuidados especiais para sua proteção podem ser necessários. Para cravação de estacas metálicas com carga de trabalho até 1000 KN, quando empregado martelo de queda livre, a relação entre o peso do pilão e o peso da estaca deve ser a maior possível, não se devendo usar relação menor que 0,5 nem martelo com peso inferior a 10 KN. Se durante a cravação for necessário utilizar prolonga ou suplemento, desligado da estaca propriamente dita, seu comprimento não deve ser superior a 2,5 m, a menos que dispositivos especiais sejam usados de modo a garantir o posicionamento da estaca e a eficiência de cravação. As estacas de aço podem ser emendadas, desde que as emendas resistam a todas solicitações que possam ocorrer durante o manuseio, a cravação e o trabalho da estaca, conquanto que seu eixo respeite a condição citada anteriormente. Na emenda por solda de estacas de aço, o eletrodo a ser utilizado deve ser compatível com a composição química do material da estaca. O uso de talas parafusadas ou soldadas é obrigatório nas emendas, devendo ser dimensionadas conforme a NBR 8800. Quando as estacas funcionam permanentemente no interior do solo, para obter a carga máxima que pode ser aplicada, considerando o material constituinte, multiplica-se, simplesmente, a seção útil do perfil pela tensão admissível do aço. A determinação da área útil dos perfis, para levar em conta o efeito da corrosão, é feita descontando da sua área total uma espessura de 1,5mm ao longo do perímetro do perfil ver figura abaixo. No caso de utilização de perfis usados, o desconto de 1,5 mm deve ser feito a partir da seção real mínima.

A experiência tem mostrado que em estacas metálicas imersas no solo a primeira camada de ferrugem combina com o ácido sílico do solo, criando, assim, uma crosta resistente que dificulta o acesso do oxigênio da água à superfície do perfil não atacada, tornando a sua durabilidade praticamente ilimitada. Os carbonatos, também, contribuem para formar crostas impermeáveis e servem para a proteção das estacas metálicas.

33 De qualquer modo, a menos que se tenha experiência específica do local, é sempre conveniente verificar a agressividade do solo ao aço, pois, em alguns casos, o metal pode ser atacado mais do que normalmente se admite como corrosão, a menos que se utilizem ligas especiais ou proteção adequada. Os tipos de proteção mais utilizados têm sido através de tratamentos com pinturas ou por proteção catódica. Quando as estacas metálicas funcionam parcialmente enterradas ou imersas em aterro com materiais capazes de atacar o aço, é obrigatória a proteção desse trecho com um encamisamento de concreto ou outro recurso equivalente. No quadro a seguir estão sendo indicados os perfis metálicos com características correspondentes e cargas de trabalho freqüentemente utilizados.

Perfis Peso por metro (N)

Seção total

(cm2)

Seção na ponta (cm2)

Perímetro (cm)

Carga de Trabalho

(KN) H - 6”x 6” 37.1 47,3 229,8 60,64 400 I - 10x4 5/8” 37.7 48,1 300,7 74,48 400 I - 12 x5 1/4” 60.6 77,3 406,6 87,64 600 2 I - 10 x 4 5/8” 75.4 96,2 601,5 98,16 800 2 I - 12 x 5 1/4” 121.2 154,6 813,2 114,32 120 1 TR - 25 250 31,5 75 36 200 2 TR - 25 500 62,8 150 50 400 3 TR - 25 750 94,2 340,0 66 600 4 TR - 25 1000 125,6 584.4 90 800 1 TR - 32 320 40,8 98 41 250 2 TR - 32 640 81,6 196 58 500 3 TR - 32 960 122,5 462 85 750 4 TR - 32 1280 163,3 759 102 1000 1 TR - 37 370 47,3 113 44 300 2 TR - 37 740 94,5 226 62 600 3 TR - 37 1110 141,8 532 91 900 4 TR - 37 1480 189,0 882 111 1200 1 TR - 45 450 56,9 140 49 350 2 TR - 45 900 113,8 279 68 700 3 TR - 45 1350 170,6 674 104 1050 4 TR - 45 1800 227,5 1115 125 1400 1 TR - 57 570 72,5 176 55 450 2 TR - 57 1140 145 351 76 900 3 TR - 57 1710 217,5 874 119 1350 A figura a seguir esclarece a respeito do cálculo das seções de ponta e perímetro total, cujas aplicações serão vistas nos próximos capítulos.

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Para o preparo da cabeça da estaca e a ligação com o bloco de coroamento os seguintes cuidados devem ser tomados: Deve ser cortado o trecho danificado durante a cravação ou o excesso em relação à cota de arrasamento, recompondo-se, quando necessário, o trecho de estaca até esta cota, ou adaptando-se o bloco. Quando as estacas de aço constituídas por perfis laminados ou soldados trabalharem a compressão, basta uma penetração de 20 cm no bloco. Pode-se, eventualmente, fazer uma fretagem, através de espiral, em cada estaca neste trecho. No caso de estacas metálicas trabalhando a tração, deve-se soldar uma armadura capaz de transmitir ao bloco de coroamento as solicitações correspondentes. No caso de estacas tubulares, se trabalharem a compressão, também, basta uma penetração de 20 cm no bloco com ou sem fretagem, e, se a estaca for cheia de concreto até a cota tal que transmita a carga por aderência à camisa, a armadura de ligação deve penetrar suficientemente no bloco, a fim de transmitir a solicitação correspondente As principais vantagens das estacas metálicas são: a) Possibilidade de cravação nos piores terrenos. b) Possibilidade de cravação sem provocar alteração da estrutura de argilas. c) Resistem bem à flexão. d) Podem ser utilizadas imediatamente após a sua cravação. e) Resistem bem aos serviços de manobra. f) Provocam pequenas vibrações. g) Podem ser reaproveitadas em obras provisórias. Como desvantagens pode-se considerar: a) Custo elevado. b) Necessidade de proteção quando utilizadas em contato direto com a água ou expostas ao ar

livre.

35 4.4.3 - Estaca tipo broca Tipo de fundação profunda executada por perfuração com trado manual ou mecânico e posterior concretagem.

Perfuração É executada com trado manual ou mecânico, sem uso de revestimento. A escavação deve prosseguir até a profundidade prevista. Quando for atingida a profundidade desejada, faz-se a limpeza do fundo com a remoção do material desagregado eventualmente acumulado durante a escavação. Dadas as condições de execução, estas estacas só podem ser utilizadas acima do nível de água se o furo puder ser seco antes da concretagem. Recomenda-se para as estacas tipo broca um diâmetro mínimo de 20 cm e máximo de 50 cm. Concretagem O concreto deve ser lançado do topo da perfuração com o auxílio de funil, devendo apresentar fck não inferior a 15 Mpa, consumo de cimento superior a 300 kg/m3 e consistência plástica. Armadura Em geral, estas estacas não são armadas, utilizando-se somente armaduras de ligação com o bloco. Quando necessário, a estaca pode ser armada para resistir aos esforços da estrutura. Carga estrutural admissível Para a fixação da carga estrutural admissível, não pode ser adotado fck superior a 15 Mpa, adotando-se um coeficiente de minoração de resistência γc = 1,8, tendo em vista as condições de concretagem. As cargas usuais de estacas brocas, com trados manuais, cujo comprimento não convém ser superior a 6m, são as seguintes:

Diâmetro (cm ) Carga máxima (KN) 15 60 20 100 25 150

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Entre as principais vantagens deste tipo de estaca pode-se citar seu baixo custo, facilidade de execução, não necessitarem de pessoal especializado e não transmitirem vibrações. Quanto as desvantagens temos as cargas de valor reduzido e somente poderem ser utilizadas em condições especiais de terreno :

Sem nível d’água Coesivos Suporte suficiente a pequena profundidade (4 a 6m) 4.4.4 - 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.

Perfuração É iniciada com um soquete, até uma profundidade de 1m a 2 m. O furo feito com o soquete serve de guia para introdução do primeiro tubo de revestimento dentado na extremidade inferior, chamado "coroa". Após a introdução da coroa, o soquete é substituído pela sonda (piteira), a qual, por golpes sucessivos, vai retirando o solo do interior e abaixo da "coroa", que vai sendo introduzida no terreno. Quando a coroa estiver toda cravada, é rosqueado o tubo seguinte, e assim por diante, até que se atinja a profundidade prevista para a perfuração ou as condições previstas para o terreno. Imediatamente antes da concretagem, deve ser feita a limpeza completa do fundo da perfuração, com total remoção da lama e da água eventualmente acumuladas durante a perfuração. Caso as características do terreno o permitam, o revestimento com o tubo pode ser parcial sendo conveniente que o seu diâmetro máximo não seja superior a 500mm. Concretagem Com o furo completamente esgotado e limpo, é lançado o concreto em quantidade suficiente para se ter uma coluna de aproximadamente 1m. Sem puxar a linha de tubos de revestimento, apiloa-se o concreto, para formar uma espécie de bulbo.

37 Para a execução do fuste, o concreto é lançado dentro da linha de tubos e, à medida que é aplicado, vão sendo retirados os tubos com o emprego do guincho manual. Para garantia de continuidade do fuste, deve ser mantida dentro da linha de tubos, durante o apiloamento, uma coluna de concreto suficiente para que este ocupe todo o espaço perfurado e enventuais vazios e deformações no subsolo. O pilão não deve entrar em contato com o solo da parede ou base da estaca, para não provocar desabamento ou mistura de solo com o concreto; este cuidado deve ser reforçado no trecho eventualmente não revestido. O concreto utilizado deve apresentar fck não inferior a 15MPa, consumo de cimento superior a 300kg/m3 e consistência plástica. Caso ao final da perfuração exista água no fundo do furo que não possa ser retirada pela sonda, deve-se lançar um volume de concreto seco para obturar o furo. Neste caso, deve-se desprezar a contribuição da ponta da estaca na sua capacidade de carga. Armadura As estacas Strauss podem ser armadas. Neste caso, a ferragem longitudinal deve ser confeccionada com barras retas, sem esquadro na ponta, e os estribos devem permitir livre passagem ao soquete de compactação e garantir um cobrimento da armadura, não inferior a 3 cm. Quando não armadas, deve-se providenciar uma ligação com o bloco através de uma armadura que é simplesmente cravada no concreto, dispensando-se, neste caso, o uso de estribos. Carga estrutural admissível Para a fixação da carga estrutural admissível não pode ser adotado fck maior do que 15MPa, adotando-se um coeficiente de minoração de resistência γc = 1,8, tendo em vista as condições de concretagem. A carga admissível deve ainda ser determinada utilizando-se a seção da estaca, determinada pelo diâmetro do tubo de revestimento, quando a estaca for totalmente revestida, ou pelo diâmetro da piteira, quando a estaca for parcialmente revestida.

38 As cargas usuais das estacas strauss são as seguintes :

Diâmetro (cm) Cargas (KN) 25 200 32 300 42 550 53 800

As principais vantagens são : baixo custo - comparando esse tipo de estaca com qualquer outro tipo de estaca de concreto constata-se que seu custo é bem inferior . execução com o comprimento estritamente necessário - esta vantagem é comum a todas as estacas moldadas in loco. acesso fácil na obra - o tipo de equipamento usado para a sua execução, um simples tripé com guincho, permite que a estaca seja confeccionada em pontos onde as estacas pré-moldadas ou outras moldadas in situ, geralmente, não podem ser executadas em virtude das dimensões do bate-estacas. provoca vibrações reduzidas - o modo de execução, por escavação, elimina, praticamente, o perigo das vibrações que, em alguns casos, podem ser o fator preponderante na solução da fundação a ser adotada. execução com comprimentos variáveis - esta vantagem é em relação às estacas de concreto pré-moldadas e em terrenos onde há necessidade de prever, em função das características do subsolo, a execução de estacas com comprimentos muito variáveis. possibilidade de atravessar camadas de grande resistência - como são executadas por escavação podem atravessar camadas muito resistentes que vários outros tipos de estaca dificilmente conseguiriam, como por exemplo no terreno apresentado a seguir :

39 4.4.5 - Estaca tipo Franki Tipo de estaca caracterizada por ter uma base alargada, obtida introduzindo-se no terreno uma certa quantidade de material granular ou concreto, por meio de golpes de um pilão. As estacas tipo Franki são executadas enchendo-se de concreto perfurações previamente executadas no terreno, através da cravação de tubo de ponta fechada, recuperado e possuindo base alargada. Este fechamento pode ser feito no início da cravação do tubo ou em etapa intermediária, por meio de material granular ou peça pré-fabricada de aço ou concreto. Na cravação à percussão por queda livre, as relações entre o diâmetro da estaca, a massa e o diâmetro do pilão devem atender aos valores mínimos indicados na Tabela: Características dos pilões para execução de estacas tipo Franki

Diâmetro da estaca (mm)

Massa mínima do pilão (KN)

Diâmetro mínimo do pilão (mm)

300 10 180 350 15 220 400 20 250 450 25 280 520 28 310 600 30 380

As massas acima são mínimas aceitáveis. No caso de estacas de comprimento acima de 15m, a massa mínima deve ser aumentada. A execução desse tipo de estaca é feita do seguinte modo: a) posiciona-se o molde de revestimento e coloca-se no seu interior uma certa quantidade (cerca

de 1m) de concreto seco, ou areia e pedras, e apiloam-se de encontro ao terreno para constituir uma bucha estanque.

b) sendo a quantidade de material que constitui a bucha suficiente, a partir de determinada altura

de material apiloado, no interior do molde, o atrito entre ele e o molde é capaz de cravar o molde arrastando-o para dentro do solo à medida em que o pilão atua sobre a bucha.

c) prossegue-se assim a cravação até atingir a profundidade desejada quando o molde é preso à

torre do bate-estacas. Coloca-se mais concreto no interior do molde e com o pilão caindo de altura suficiente provoca-se a expulsão da bucha tendo o cuidado de manter no molde uma pequena altura de concreto para garantir a sua estanqueidade. Em seguida coloca-se mais concreto no interior do tubo apiloando-o com grande energia a fim de formar a base alargada (cebolão).

Na confecção da base alargada, é necessário que nos últimos 0,15 m3 de concreto sejam introduzidos com uma energia mínima de 2,5 MNm, para as estacas de diâmetro inferior ou igual a 450 mm, e 5 MNm, para as estacas de diâmetro superior a 450 mm. No caso do uso de volume diferente, a energia deve ser proporcional ao volume. A energia é obtida pelo produto do peso do pilão e a altura de queda (constante entre 5m e 8m) e pelo número de golpes, controlando-se o volume injetado pela marca do cabo do pilão em relação ao topo do tubo.

40 d) preparada a base, coloca-se a armação e concreta-se a estaca em pequenos trechos, cada um

dos quais é fortemente apiloado, retirando-se concomitantemente o molde, até que toda a estaca esteja concretada.

O consumo mínimo de cimento deve ser de 350 kg/m3 .

41 O comprimento máximo normal da estaca Franki é da ordem de 50 vezes o seu diâmetro, podendo todavia alcançar, excepcionalmente, maiores profundidades. As cargas de trabalho são calculadas na base da taxa de 6 Mpa aplicada ao concreto. As cargas usuais são:

Diâmetro (cm) Carga de trabalho (KN) 40 750 52 1300 60 1700

Como principais vantagens desse tipo de estaca pode-se citar: a) Cargas elevadas. b) Comprimento estritamente necessário (comum a todas as estacas moldadas in loco). c) Melhor possibilidade de controle da execução em relação a estacas do tipo Strauss O uso de armação, com espiras pouco espaçadas e os equipamentos utilizados reduzem os perigos de um eventual estrangulamento, seccionamento do fuste, além de fornecer indicação de defeitos na execução da estaca quando a armação sofre deslocamento. Na figura a seguir tem-se, esquematicamente, detalhes do controle para verificar casos de deslocamento da armação.

42 d) Melhor distribuição das pressões, devido à base alargada. Grande aderência ao solo, devido a rugosidade do fuste Essa vantagem, entretanto, pode tornar-se desvantagem quando há possibilidade de ocorrência de atrito negativo.

Como principais desvantagens, pode-se citar: a) Transmissão de elevadas vibrações Esse problema obriga muitas vezes a executar a estaca pré-escavando até determinada profundidade e somente após, prosseguindo como Franki normal.

Para evitar esse problema existem outras variantes de execução além da indicada, que serão vistas posteriormente, devendo, entretanto, considerar o acréscimo de custo correspondente.

b) Possibilidade de levantamento Consideremos uma estaca cravada próximo a outra, em terreno onde existe uma camada de argila média ou rija para ser atravessada.

Quando se crava o molde para execução da nova estaca o terreno ao ser deslocado tende a levantar a estaca já executada. Sendo grande a base, pode se dar ruptura da estaca no ponto mais fraco, isto é, na união da base com o fuste, já que a armadura não penetra na base . A solução geralmente utilizada tem sido atravessar a camada de argila, pré-escavando e prosseguindo normalmente após isso.

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c) Qualidade do concreto (comum a estacas moldadas in loco). d) Possibilidade de deslocamento Em solos de argila mole, ao se cravar uma estaca próxima a outra recentemente concluída, é possível ocorrer deslocamento dessa última em função do deslocamento da argila mole.

4.4.6 - Estacas Raiz São estacas de pequeno diâmetro escavadas e concretadas no local. Seu diâmetro varia de 80 mm a 400 mm. Suas aplicações tem sido muito variadas desde fundações em geral, reforço de fundações, fundações de difícil execução pelos métodos tradicionais quer pela ocorrência de matacões no terreno, quer devido a condições de acesso reduzidas, contenção de taludes, fundações de máquinas, etc..

44 As cargas usuais são as seguintes :

Carga de trabalho (KN) Diâmetro (mm) Até 100 100 Até 250 150 Até 500 200 Até 700 250 Até 1000 310 Até 1300 400

Sua execução compreende três etapas, distintas, porém consecutivas: - perfuração do furo - colocação da armação - concretagem da estaca A - Perfuração Para as operações de perfuração são utilizadas máquinas perfuratrizes à rotação com revestimento provisório ou máquinas a rotopercussão acionadas a ar comprimido. A perfuração é executada normalmente por rotação com revestimento contínuo do furo e com auxílio de um fluido em circulação - normalmente água - . O revestimento provisório utilizado na perfuração possui na sua extremidade inferior uma ferramenta (sapata) de diâmetro ligeiramente superior ao do tubo de revestimento e dotada de pastilhas de metal duro (tungstênio). Os detritos provenientes da perfuração são trazidos à superfície pela água em circulação através do interstício anular que se forma entre o tubo e o terreno o que impõe, como conseqüência, diâmetro da estaca acabada maior que o diâmetro do revestimento. B - Armação Terminada a perfuração é colocada a armadura no interior do tubo de perfuração. Esta pode ser constituída por uma ou mais barras de aço comum ou especial.

45 C - Concretagem Uma vez armada a estaca, é colocado no revestimento de perfuração um tubo de concretagem, que é introduzido até a extremidade inferior do furo. Através deste tubo de concretagem é injetada argamassa que vai preenchendo o furo de baixo para cima, deslocando para fora a água (ou fluido) de perfuração. Durante esta operação o furo permanece revestido. Preenchido totalmente o tubo de revestimento com argamassa é montado em sua extremidade superior um tampão e aplicado, através deste, ar comprimido que comprime a argamassa e ao mesmo tempo facilita as operações de retirada do revestimento de perfuração. A compressão da argamassa, normalmente, é procedida várias vezes, até a total execução da estaca, acrescentando sempre que necessário mais argamassa para manter a estaca totalmente preenchida.

4.4.7 - Estacas tipo pressoancoragem São microestacas, executadas com tecnologia de tirantes injetados em múltiplos estágios, utilizando-se em cada estágio pressão que garanta a abertura das manchetes e posterior injeção.

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4.4.8 - Estacas tipo “hélice contínua”

A estaca hélice contínua é uma estaca moldada no local após a introdução no terreno de um trado contínuo, por rotação, até a profundidade estabelecida pelo projeto e injeção de concreto através da haste central do trado simultaneamente com a sua retirada do furo.

Os diâmetros usuais vão de 25cm a 100 cm e com cargas de trabalho de 250 KN até 3.900 KN. A tabela a seguir fornece os diâmetros e as cargas correspondentes:

Equipamentos para execução de estacas do tipo raiz e pressoancoradas

Equipamentos para execução de estacas do tipo raiz e pressoancoradas

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As fotos a seguir mostram equipamentos em operação :

As fases de execução desta estaca são: perfuração, concretagem simultânea à extração da hélice e colocação da armação conforme abaixo:

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A perfuração consiste em cravar a hélice no terreno por meio de torque apropriado para vencer a sua resistência. A haste de perfuração é composta por uma hélice espiral solidarizada a um tubo central, equipada com dentes na extremidade inferior que possibilitam a sua penetração no terreno. A metodologia de perfuração permite a sua execução em terrenos coesivos e arenosos, na presença ou não do lençol freático e atravessa camadas resistentes com índices SPT’s de 30 a mais de 50 dependendo do equipamento utilizado, podendo ser produzidos 250m de estaca por dia. A entrada de terra no tubo central é impedida por uma tampa de proteção colocada na sua extremidade. A concretagem é feita através de concreto bombeado pelo tubo central, preenchendo simultaneamente a cavidade deixada pela hélice, que é extraída do terreno sem girar ou girada lentamente no mesmo sentido da perfuração. Para a fixação da carga estrutural admissível, não pode ser adotado fck maior do que 20 MPa, adotando-se um fator de redução de resistência γc = l,8, tendo em vista as condições de concretagem. A armadura neste tipo de estaca só pode ser instalada depois da concretagem. A armação, em forma de gaiola, é introduzida na estaca por gravidade ou com auxilio de um pilão de pequena carga ou vibrador. As principais vantagens deste tipo de estaca são : • Elevada produtividade • Pode ser utilizada na maioria dos terrenos, exceto na presença de matacões e rochas . • Não produzem vibrações típicas dos equipamentos de cravação nem causam descompressão

do terreno. As principais desvantagens são : • Em função do porte dos equipamentos, necessitam de áreas de trabalho planas e de fácil

movimentação. • Necessário um número grande de estacas a serem executadas para compatibilizar os custos

elevados de mobilização dos equipamentos. Limitação nos comprimentos da estaca e armação. 4.4.9 – Estacas Tipo Omega A estaca tipo omega foi desenvolvida como uma estaca moldada “in loco” com deslocamento horizontal e compactação do terreno, sem remoção do material, em um processo livre de vibrações. O principio deste sistema se baseia em um tipo de trado completamente novo que é aparafusado ao terreno, deslocando o material lateralmente com uma alta taxa de transferência de energia.

49 As características do desenho e construção do trado Omega, com o diâmetro de eixo do trado e o passo da hélice aumentados progressivamente, resultam na possibilidade da estaca penetrar camadas de solos mais resistentes e na estabilidade da perfuração e concretagem em argilas moles. Até o momento, os diâmetros das estacas do tipo Omega variam de 310 mm até 610 mm, sendo o torque necessário entre 12,00 e 30,00 t.m., dependendo das características do solo. Atualmente a carga de trabalho chega à 1700 KN. Provas de carga executadas em estacas Omega totalmente instrumentadas indicaram um comportamento semelhante ao de estacas cravadas. Dos pontos de vista econômico e técnico, este tipo de estacas apresenta, se comparado aos sistemas existentes tradicionais em uso, uma série de vantagens importantes, abaixo indicadas: 1 – Tensão de trabalho média da ordem de 6,00 Mpa. 2 – Sensível redução, sendo na maioria dos casos ausência total, de material escavado. 3 – Maior rapidez na mudança de diâmetro. Evidentemente, o sucesso da estaca Omega está diretamente ligado ao tipo de equipamento utilizado, sendo necessário o uso de máquinas modernas, de elevado torque. O processo de execução da estaca Omega é basicamente o seguite: 1 – Perfuração do solo com perfuratriz de potência compatível com diâmetro da estaca e do tipo de solo. Uma tampa móvel na ponta do trado garante que durante a perfuração não entre água ou terra no interior do trado, prejudicando a concretagem. 2 – Alcançando a profundidade desejada, uma gaiola ou ferragem de reforço pode ser introduzida através do tubo do trado.

3 – Através de uma bomba de concretagem, o concreto é conduzido, com a pressão adequada ao comprimento da estaca e ao tipo do solo, através do trado, permitindo um contato perfeito entre o solo e o concreto.

4 – Durante a concretagem a retirada do trado é feita girando-o no mesmo sentido de perfuração, permitindo que a parte superior do trado empurre novamente o solo contra as paredes do furo.

5 – Caso a ferragem não tenha sido introduzida anteriormente, ao fim da concretagem pode-se introduzi-la diretamente no concreto do fuste.

4.4.9.1 - ESPECIFICAÇÕES GERAIS SOBRE OS EQUIPAMENTOS DE PERFURAÇÃO

O trado Omega é construído de forma a utilizar o mínimo de energia possível durante a perfuração do terreno, otimizando o aproveitamento do torque. Entretanto a quantia de torque necessária varia em função do diâmetro da estaca e do tipo de solo. Nos solos normalmente encontrados, os seguintes torques são adequados:

50 12,00 t.m. a 22,00 t.m. para os diâmetros 310 – 360 – 420 mm 22,00 t.m. a 24,00 t.m. para os diâmetros 460 – 510 – 560 mm 24 t.m. a 30 t.m. para diâmetros de 560 mm em diante Claramente os valores acima são indicativos e devem ser verificados para cada obra. Torques mais altos – até 40 t.m. – viabilizam a utilização de diâmetros maiores e a perfuração em camadas mais resistentes, possibilitando também uma taxa de produção mais elevada com diâmetros menores. 4.4.9.2 - RELAÇÃO DIÂMETRO – CARGA

A relação ideal entre a tensão de trabalho (diâmetro da estaca x carga de trabalho) e o comprimento da estaca deve ser estabelecida para cada obra, levando-se em conta as cargas atuantes e as características do solo. De uma forma geral, as cargas de trabalho normalmente utilizadas são as seguintes:

DIÂMETRO (mm)

CARGAS USUAIS (KN)

310 400

360 550

420 700

460 800

510 1100

600 1400

4.4.10 - Estacas mega ou prensadas: São estacas, em geral , de concreto pré-moldadas ou metálicas, constituídas de segmentos curtos (da ordem de 0,5 m a 1,00 m ) que são cravados um após o outro sobrepostos por meio de macaco hidráulico que reage contra a estrutura ou contra a fundação existente ou uma cargueira:

51 A principal aplicação deste tipo de fundação é em reforço de estruturas quando , na maioria dos casos se aproveita para a reação a estrutura já existente. Em alguns casos onde era necessário eliminar vibrações foi possível executar, inicialmente, a estrutura parcialmente em blocos vazados, e, após a construção dos primeiros 4 pavimentos cravadas as estacas mega utilizando como reação a parte já executada.

Quanto as vantagens e desvantagens possuem as correspondentes as de concreto pré-moldadas ou metálicas, conforme os materiais utilizados, além das seguintes: Vantagens: - eliminação de vibrações capacidade de carga de cada estaca isolada conhecida, pois ,esta carga é medida diretamente no manômetro acoplado ao equipamento de cravação . Desvantagem : - Custo elevado. 4.4.11 - Estacas mistas: 4.4.11.1 – Franki Pré-moldadas São estacas constituídas pela combinação de dois tipos de materiais ou tipos de estacas. As mais utilizadas são as estacas mistas franki pré-moldadas: São estacas pré-moldadas ancoradas em uma base alargada pelo processo franki. Inicialmente crava-se o molde da estaca franki normal, as vezes pré-escavando para diminuir vibrações, e executa-se a base alargada. Em seguida coloca-se sobre a base uma certa quantidade de concreto ou argamassa para servir de ligação e é descida a estaca pré-moldada com armação saliente na sua ponta para permitir a ancoragem na base e retira-se o molde. A depender do objetivo que se tem em vista, o espaço vazio entre o molde e a estaca pré-moldada é preenchido com argamassa, argila coloidal, bentonita ou asfalto ou permite-se que o solo local ocupe esse espaço.

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As principais Vantagens desse tipo de estaca são: Eliminação do perigo de estrangulamento. Redução radical do atrito negativo - neste caso, antes da retirada do molde o espaço entre ele e a estaca pré-moldada é preenchido com argila coloidal, bentonita ou outro material pouco consistente e estável . Podem ser executadas abaixo do nível d’água como é o caso de pontes e obras hidráulicas. Podem ser utilizadas em locais onde há dificuldade de cravar diretamente as estacas de concreto pré-moldadas e que necessitam de pré-furo. Possibilidade de usa-las em locais com solos agressivo. Neste caso as estacas de concreto pré-moldadas são confeccionadas, normalmente com cimento portland resistente a sulfatos (NBR – 5737) para poderem resistir a agressividade da água do subsolo ou do próprio solo. Considerando que a utilização dessas estacas tem como objetivo eliminar problemas específicos, sua principal desvantagem tem sido, geralmente, o custo. 4.4.11.2 – Concreto – Madeira Estaca mista de concreto e madeira - embora pouco freqüente sua utilização, em alguns casos pode-se obter vantagem. Consiste em cravar a estaca de madeira, com auxílio de suplemento, até que a cabeça fique abaixo do nível mínimo de água e em seguida sobre ela é concretada uma estaca de concreto.

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4.4.12 - Tubulões Elementos de fundação profunda, cilíndricos, em que, pelo menos na sua etapa final, há descida de operário. Podem ser feitos a céu aberto ou com ar comprimido (pneumático) e ter ou não base alargada. Podem ser executados com ou sem revestimento, podendo este ser de aço ou de concreto. No caso de revestimento de aço (camisa metálica), este poderá ser perdido ou recuperado. 4.4.12.1 - Tubulão a Céu Aberto

Tubulão a céu aberto, normalmente, é usado em terreno coesivo e acima do nível de água, na maioria das vezes dispensando o escoramento. Esses tubulões podem ser dotados de base alargada tronco-cônica, sendo executado somente acima do nível d'água, natural ou rebaixado, ou em casos especiais em que abaixo do seu nível seja possível bombear a água sem que haja risco de desmoronamento ou perturbação no terreno de fundação. Se houver riscos de desmoronamento, pode-se utilizar, total ou parcialmente, escoramento de madeira, aço ou concreto. As bases alargadas dos tubulões devem ser dimensionados de maneira a evitar alturas de base superiores a 2 m. Em casos excepcionais, devidamente justificados, admitem-se alturas maiores. A forma da base, normalmente, é circular, embora no caso de fundação de divisa ou de superposição de bases de tubulões próximos, se adote a falsa elipse constituída por um retângulo e dois semicírculos de diâmetro D. (Ver figura abaixo).

54 Nesse caso o ângulo β é determinado em relação ao eixo maior. Quando as características do solo indicarem que o alargamento da base é problemático, deve-se prever o uso de injeções, aplicações superficiais de cimento, ou mesmo escoramento, a fim de evitar desmoronamento da base. Quando a base do tubulão for assente sobre rocha inclinada, é necessário que seja preparada através de chumbamentos ou escalonamentos em superfícies horizontais de modo a evitar seu deslizamento. Deve-se evitar que entre o término da execução do alargamento da base de um tubulão e sua concretagem decorra tempo superior a 24 h. De qualquer modo, sempre que a concretagem não for feita imediatamente após o término do alargamento e sua inspeção, nova inspeção deve ser feita por ocasião da concretagem, limpando-se cuidadosamente o fundo da base e removendo-se a camada eventualmente amolecida pela exposição ao tempo ou por águas de infiltração. Quando previstas cotas variáveis de assentamento entre tubulões próximos, a execução deve ser iniciada pelos tubulões mais profundos, passando-se a seguir para os mais rasos. Deve-se evitar trabalho simultâneo em bases alargadas em tubulões cuja distância, de centro a centro, seja inferior a duas vezes o diâmetro da maior base. Esta indicação é válida seja quanto à escavação seja quanto à concretagem, sendo especialmente importante quando se tratar de fundações executadas sob ar comprimido. Esta exigência visa impedir o desmoronamento de bases abertas ou danos a concreto recém-lançado. A base alargada, esta deve ter a forma de tronco de cone (com base circular ou de falsa elipse), superposto a um cilindro de no mínimo 20 cm de altura, conforme figura abaixo.

O ângulo β indicado nesta Figura acima deve ser tal que as tensões de tração que venham a ocorrer no concreto possam ser absorvidas por este material. Quando, por alguma razão, for preciso adotar um ângulo menor que o indicado, deve-se armar a base do tubulão. Desde que a base esteja embutida no material idêntico ao de apoio, no mínimo 20 cm, um ângulo β igual a 60º pode ser adotado, independentemente da taxa, sem necessidade de armadura. O dimensionamento estrutural do fuste, é feito como o de uma peça de concreto simples ou armado, conforme o caso. Quanto ao coeficiente de minoração γc do concreto, este deve ser tomado igual a 1,6, tendo em vista as condições de concretagem do tubulão. A sua concretagem é feita simplesmente lançando o concreto da superfície, através de tromba (funil) com comprimento do tubo do funil não inferior a cinco vezes seu diâmetro interno. É desaconselhável o uso de vibrador em tubulões não revestidos e por esta razão o concreto deve ter plasticidade adequada.

55 Por questões econômicas esse tipo de fundação somente é aconselhável para cargas superiores a 2000 KN, exceto em casos especiais, onde condições peculiares de preços podem tornar a solução econômica mesmo para cargas menores. Quanto a carga máxima não há maiores problemas, tendo sido aplicadas até 40.000 KN em um único tubulão, como por exemplo no conjunto Nacional, em São Paulo. Quanto ao comprimento dos tubulões não há limitações desde que as condições anteriores sejam atendidas. Tubulões a céu aberto têm sido usados em nossa área, com muita freqüência e com comprimentos da ordem de 20m, enquanto que em Brasília têm atingido mais de 35m de profundidade. 4.4.12.2 - Tubulão a Céu Aberto com Revestimento Consiste em executar poços total ou parcialmente revestidos, procedendo-se em seguida o alargamento da base e a concretagem. Em alguns casos o alargamento da base não é realizado. Na maioria dos casos esse revestimento consiste em camisas metálicas que são introduzidas no terreno por cravação com bate-estacas, por vibração ou através de equipamento especial que imprima ao tubo um movimento de vai-e-vem, simultâneo a uma força de cima para baixo. Independente do processo de instalação das camisas, o equipamento deve ser dimensionado para possibilitar a cravação dos tubos até a profundidade prevista, sem deformá-los longitudinal ou transversalmente. A escavação interna, manual ou mecânica, pode ser feita à medida da penetração do tubo ou de uma só vez, quando completada a sua cravação. Quando assim previsto, pode-se executar um alargamento da base; em seguida o tubulão é concretado, o qual pode ser executado manualmente sob ar comprimido ou não. 4.4.12.3 - Tubulões com equipamentos “Benoto” Consistem em executar o tubulão cravando-se o revestimento metálico com equipamento especial que imprime ao tubo um movimento semi-rotativo (vai e vem) forçando ao mesmo tempo a sua penetração no terreno. A escavação e retirada do material é feita com equipamento “Benoto” e novos tubos vão sendo ligados até atingir a profundidade desejada. Após a inspeção final procede-se o alargamento da base e concreta-se recuperando ao mesmo tempo o revestimento. Existem equipamentos que permitem executar tubulões de 2,50m de diâmetro a 105m de profundidade. 4.4.12.4 - Tubulões com equipamentos “Bade” e escavação tipo Salzgitter São equipamentos que permitem a escavação de tubos de 1,5m de diâmetro de 3/8” de espessura, a mais de 10m, em materiais de resistência a compressão simples superior a 40 MPa. A desagregação do material é feita com ferramentas especiais e brocas para rocha e o material desagregado é trazido à superfície por “air-lift”. Com esses equipamentos têm sido executados tubulões com profundidades superiores a 45m. 4.4.12.5 - Tubulões com equipamentos PTC

56 Com esse equipamento os tubos são introduzidos no terreno por meio de vibrações e sua utilização tem sido limitada a solos arenosos. Cravado o tubo, é feita a escavação e retirada do material utilizando-se, geralmente “air-lift” e procede-se a concretagem com tremonha. Com ferramentas especiais pode ser feito o alargamento da base. Na ponte construída sobre o Rio São Francisco, ligando as cidades Propriá e Colégio foi utilizado esse tipo de equipamento, parcialmente, tendo sido cravados os tubos a partir de certa profundidade com auxílio de equipamento Delmag, realizando em seguida a escavação com “air-lift” e prosseguindo-a com auxílio de lama bentonítica até a rocha quando após a troca da broca de perfuração, conseguiu-se penetrando 2m a 4m no interior da rocha. Com esse processo foram atingidas profundidades de até 65m. A concretagem foi feita por meio de tremonha. 4.4.12.6 - Tubulões Pneumáticos Chamados também tubulões a ar comprimido, consistem basicamente em tubulões revestidos, sendo a escavação feita em geral, manualmente e a água mantida afastada da área dos trabalhos por meio de ar comprimido. Para manter o tubulão durante as operações sem água é necessário aplicar uma pressão de ar (p) capaz de contrabalançar o peso da coluna de água (h), isto e: p h

a≥ γ .

Os tubos de revestimento são de concreto ou metálicos. A seqüência de execução de um tubulão pneumático é a seguinte: - Concreta-se inicialmente no local um tubo cujos diâmetros externo e interno são função de carga que se pretende aplicar no tubulão. O diâmetro externo (D) é variável de um mínimo de 1,2m (excepcionalmente 1,10m) a um máximo de 2,0m a 2,4m. Internamente o tubo tem um trecho com o diâmetro d e uma parte de 2m de altura que é a câmara de trabalho com diâmetro interno variável de 1,0m para o diâmetro externo de 1,2 até 1,60 para o de 2,0m, ver a figura abaixo.

57 A armação básica desse elemento é a transversal para resistir aos esforços de compressão do ar, enquanto que a longitudinal é de distribuição. Após a concretagem do primeiro elemento, retira-se a forma, em geral no dia seguinte, e escava-se por dentro do tubo que desce pelo peso próprio. Chegando ao nível do solo, concreta-se um novo trecho de tubo sobre o primeiro e escava-se novamente retirando o solo, ainda a céu aberto. As operações acima prosseguem até atingir o nível de água e continuam bombeando diretamente enquanto isso é possível e com segurança. Não sendo mais possível o bombeamento ou quando o terreno devido suas características impede o prosseguimento dos serviços a céu aberto, fixa-se uma campânula de chapa de aço sobre o tubo através de parafusos já chumbados no concreto, usando-se ainda uma junta de vedação e injeta-se ar comprimido até que a pressão interna equilibre a coluna de água. A campânula é provida de sistema de comportas e tampões que permite a entrada e saída dos operários e material, sem que a pressão interna seja alterada, o que possibilita o prosseguimento das escavações. Continuando as escavações o tubo desce pelo peso próprio, sendo as vezes, necessário descomprimir para facilitar a sua descida.

Na figura a seguir está indicada esquematicamente uma campânula, cujo funcionamento é o seguinte: Fecham-se as portas 2 e 3 injeta-se ar por B com pressão suficiente para expulsar a água do interior do tubulão.

58 Os operários entram por 1 e fecha-se as portas 1 e 4 injetando em seguida, em estágios, ar por A. Quando a pressão no interior da campânula é igual a pressão do ar no tubulão, a porta 2 desce pelo seu peso próprio, dando condições aos operários de prosseguirem as escavações. Os materiais provenientes da escavação são levados até a campânula por meio de guincho e mantida a porta 5 fechada, colocados no cachimbo de saída dos materiais abrindo 4. Em seguida, fecha-se 4, e através de código de batidas avisa-se as pessoas do exterior é aberta a portinhola 5, donde o solo escavado cai por gravidade para fora da campânula.

Os trabalhos prosseguem até atingir a cota prevista onde, após escorar ou estaiar os tubos, é feito o alargamento da base e segue-se com a concretagem. O concreto é lançado através do “cachimbo de concretagem” fechando a porta 3 e abrindo 6 por onde é introduzido. Em seguida fecha-se 6 e abre-se 3 sendo o concreto jogado no interior do tubulão. Na fase da concretagem, os operários ficam na parte superior aguardando que se forme uma certa altura de concreto e somente descem para adensá-lo. A concretagem prossegue desse modo até uma altura capaz de resistir a subpressão hidrostática, sendo completada a céu aberto. A execução de tubulões pneumáticos é limitada a pressão máxima que o organismo humano pode suportar, o que não permite atingir profundidades superiores a 30m, abaixo do nível d’água, e somente em casos excepcionais a 35m.

59 Os perigos de acidentes com tubulões pneumáticos, são constantes principalmente quando compressões e descompressões repentinas libertam ar em excesso no organismo, formando bolhas no sangue e nos tecidos e como o nitrogênio desse ar não é assimilável nem dissolvido permanece no sangue causando o “mal de ar comprimido” que pode provocar até a morte. Quando as pressões a serem utilizadas forem superiores a 0,15 Mpa as seguintes providências devem ser adotadas: - equipe permanente de socorro médico à disposição; - câmara de recompressão equipada disponível na obra; - compressores e reservatórios de ar comprimido de reserva; - renovação de ar garantida, sendo o ar injetado em condições satisfatória para o trabalho humano. Nos trabalhos com tubulões pneumáticos, acidentes ainda podem ocorrer devido a perdas de pressão através do solo e repentinas subidas ou descidas dos tubos. Quando há possibilidade de perdas de pressão, deve-se prever uso de injeções e aplicações superficiais de argamassa de cimento ou argila. A subida do tubo ocorre quando este é metálico e deve ser impedida, ancorando ou lastreando a campânula enquanto que a descida dos tubos de concreto deve ser impedida externamente, ou internamente. Assim para evitar acidente com a compressão e principalmente a descompressão devem ser feitas lentamente. A portaria nº 73 de 02/05/1959 do Ministério do Trabalho regulamenta as condições de trabalho em ar comprimido, dando as seguintes tabelas: PRESSÕES

EM Mpa

TEMPO SOB

PRESSÃO

PERÍODO DE

TRABALHO

TEMPO DE DESCANSO

ENTRE PERÍODOS

TEMPO COM-PRESSÃO POR

PERÍODO

DESCOM-PRESSÃO

1º PERÍODO

DESCOM-PRESSÃO

2º PERÍODO

0,01 a 0,1 0,1 a 0,15 0,15 a 0,2 0,2 a 0,25 0,25 a 0,3 0,3 a 0,35 0,35 a 0,4

7h 00m 7h 00m 6h 00m 5h 00m 5h 00m 4h 00m 4h 00m

2 1 2 2 2 2 2

1 hora 1 hora 2 horas

2 ½ horas 3 horas

3 ½ horas 4 horas

5 minutos 5 minutos

10 minutos 10 minutos 15 minutos 15 minutos 20 minutos

5 minutos 20 minutos 20 minutos 25 minutos 30 minutos 40 minutos 40 minutos

15 minutos 20 minutos 35 minutos 35 minutos 35 minutos 40 minutos 35 minutos

5.0 - CAIXÕES Caixão Elemento de fundação profunda de forma prismática, concretado na superfície e instalado por escavação interna. Na sua instalação pode-se usar ou não ar comprimido e sua base pode ser alargada ou não. Caixões abertos; Caixões fechados; Caixões pneumáticos. Caixões Abertos

60 São grandes caixões, em geral, divididos por paredes internas em forma de xadrez construídos parcialmente ou não, sobre o terreno e afundados a medida que é feita a escavação por meio de “Clam Shell” nos diversos comportamentos. Ver figuras abaixo.

Caixões Fechados Enquanto os caixões abertos o são na sua parte superior e inferior, estes são fechados na base e usados quase que exclusivamente em obras marinhas. Esses caixões são rebocados, flutuando até o local da fundação e ali afundados. Esse foi o sistema utilizado para as fundações do prolongamento do cais A da Base Naval de Aratu; onde após a preparação do leito da fundação a área foi inundada e os caixões rebocados e afundados.

61 Caixões Pneumáticos ou a Ar Comprimido Esses caixões, são geralmente de concreto armado e construídos sobre uma carreira, à margem da água ou sobre flutuadores e rebocados em seguida até o local da fundação onde são submergidos. Possuem em geral uma grande câmara de trabalho a qual ligada à superfície por um ou vários compartimentos circulares estanques, sobre os quais são fixadas as câmaras de compressão. Uma vez submergidos e fixadas as campânulas, os operários descem para a câmara de trabalho realizando os serviços de preparo da fundação das mesmas condições que nos tubulões a ar comprimido.

6.0 - FUNDAÇÕES ESPECIAIS Foram incluídas nesse grupo, as fundações que por sua natureza não se enquadram perfeitamente nos tipos já apresentados, apesar da maioria delas representarem casos clássicos não tendo, portanto nada de especial.

CAIXÕES A AR COMPRIMIDO

62 Fundações Flutuantes São fundações onde se procura manter o equilíbrio de pressões do solo, retirando um peso de terra equivalente ao peso da construção. Exemplo: Admitindo que a pressão média transmitida por um edifício residencial é 0,01 Mpa/andar, calcular a profundidade de escavação necessária para uma fundação flutuante num terreno sem nível d’água e de peso específico igual a 16 KN/m3, onde se pretende construir um edifício de 12 andares. Solução: O peso do edifício por m2 será: 0,01 x 12 = 0,12 Mpa sendo a pressão a uma profundidade h igual a γ .h devemos ter: 0,12 Mpa = 120 KN/m2 120 16 . h = 120 � h -------- = 7,5m 16 Esse tipo de fundação é muito limitado tendo em vista a necessidade de escavações com escoramentos, rebaixamento do lençol d’água, custo de subsolos adicionais, sendo compatível, somente quando o terreno resistente encontra-se a grandes profundidades (mais de 40m de profundidade, por exemplo). Fundações Calçáveis Não é, propriamente, um tipo de fundação, mais uma solução que tem sido utilizada para possibilitar a compensação de recalques diferenciais, ver figura abaixo.

A previsão de nichos, como pode ser observado, permite a colocação de macacos que possibilitarão a compensação de recalques sempre que ultrapassarem valores considerados prejudiciais.

63 Estacas de compactação São estacas utilizadas em terrenos tipicamente arenosos com o objetivo de melhorar a sua capacidade de suporte, diferenciando-se das estacas convencionais por não suportarem diretamente as cargas aplicadas, compactando somente o terreno e tornando-o mais resistente. Com este objetivo tem sido utilizadas estacas de areia que são executadas, na maioria dos casos, cravando-se o molde metálico de revestimento nas mesmas condições de uma estaca franki normal, que em seguida é recuperado enchendo-o, por etapas, com areia, ao invés de concreto, que é adensada do mesmo modo que o concreto da estaca franki. Fundações Ancoradas ou Atirantadas São fundações utilizadas para resistir a esforços laterais (ventos, empuxos, frenagem, etc.) e levantamento (subpressão e sucção), ver figura abaixo.

Fundações sobre Aterro Compactado Consistem em remover uma certa espessura do solo local e depositá-lo ou substituí-lo por outro de melhores características, em camadas devidamente compactadas. Essa solução tem sido freqüentemente utilizada em caso de fundações de tanques de armazenamento.

64 Fundações sobre Solo Tratado com Produtos Químicos Consistem em melhorar a resistência do solo local mediante injeções de produtos químicos. Os produtos químicos comumente utilizados são o silicato de sódio e o cloreto de cálcio, que reagem conjuntamente formando um “gel” bastante duro e insolúvel de silicato de cálcio. Essa solução tem sido utilizada, com sucesso, em solo de granulometria superior as de areia fina. Em areias finas tem se conseguido bons resultados utilizando-se resinas epoxídicas. Fundações de Aterros Compreendem quase sempre a realização de operações de terraplanagem de preparação do terreno de suporte (escavações, remoções e substituições de solos) como também a construção de bermas de equilíbrio e, a aceleração da drenagem profunda de terrenos compressíveis, por meio de estacas de areia ou outro processo. Fundações de Barragens As fundações de barragem envolvem operações de terraplanagem (escavação e remoção com ou sem substituição de materiais), conjugadas com os tratamentos especiais de consolidação, vedação, impermeabilização e drenagem do terreno de suporte, muitas vezes, o próprio embasamento rochoso (condição indispensável em se tratando de barragens de concreto). 7.0 - CONSIDERAÇÕES GERAIS VÁLIDAS PARA FUNDAÇÕES PROFUNDAS Efeito de grupo Entende-se por efeito de grupo de estacas ou tubulões o processo de interação das diversas estacas ou tubulões que constituem uma fundação ou parte de uma fundação, ao transmitirem ao solo as cargas que lhes são aplicadas. Esta interação acarreta uma superposição de tensões, de tal sorte que o recalque do grupo de estacas ou tubulões para a mesma carga por estaca é, em geral, diferente do recalque da estaca ou tubulão isolado. O recalque admissível da estrutura deve ser comparado ao recalque do grupo e não ao do elemento isolado da fundação. A carga admissível de um grupo de estacas ou tubulões não pode ser superior à de uma sapata de mesmo contorno que o do grupo, e assente a uma profundidade acima da ponta das estacas ou tubulões igual a 1/3 do comprimento de penetração na camada suporte, como mostrado na figura abaixo, sendo a distribuição de pressões calculada por um dos métodos consagrados na Mecânica dos Solos. Em particular, deve ser feita uma verificação de recalques, que é, sobretudo, importante quando houver uma camada compressível abaixo da camada onde se assentam as estacas.

65 No caso particular de conjunto de tubulões de base alargada, a verificação deve ser feita em relação a uma sapata que envolva as bases alargadas e seja apoiada na mesma cota de apoio dos tubulões. Atendida a consideração acima, o espaçamento mínimo entre estacas ou tubulões fica condicionado apenas a razões de ordem executiva. Essas considerações não são válidas para blocos apoiados em fundações profundas com elementos inclinados. Provas de carga Em estacas escavadas com injeção, é obrigatório fazer provas de carga sobre no mínimo 1% das estacas, sendo o número mínimo de três provas de carga. Considera-se adequado aumentar o número de provas de carga para 5% do número das estacas com carga de trabalho entre 600 KN e 1000 KN e 10%, caso se ultrapasse este valor. Para efeito de verificação da capacidade de carga à compressão, é válido o ensaio a tração, executado de acordo com a NBR-12131 e interpretado por este método para o ensaio a compressão. Em obras com mais de 100 estacas para cargas de trabalho acima de 300 KN, recomenda-se a execução de pelo menos uma prova de carga, de preferência em uma estaca instrumentada Seqüência executiva de estacas Quando as estacas fazem parte de grupos, devem-se considerar os efeitos desta execução sobre o solo, a saber, seu levantamento e deslocamento lateral, e suas conseqüências sobre as estacas já executadas. Tais efeitos devem ser reduzidos, na medida do possível, pela escolha conveniente do tipo de estaca, seu espaçamento e técnica executiva. Alguns tipos de solos, particularmente os aterros e as areias fofas, são compactados pela cravação das estacas e a seqüência de execução destas estacas, em um grupo, deve evitar a formação de um bloco de solo compactado capaz de impedir a execução das demais estacas. Havendo necessidade de atravessar camadas resistentes, pode-se recorrer à perfuração (solos argilosos) ou à lançagem (solos arenosos), tendo-se o cuidado de não descalçar as estacas já executadas. Em qualquer caso, a seqüência de execução deve ser do centro do grupo para a periferia, ou de um bordo em direção ao outro. No caso em que for constatado levantamento da estaca, cabe adotar providência capaz de anular o seu efeito sobre a capacidade de carga da estaca e, eventualmente, sobre sua integridade. Os seguintes casos devem ser considerados: a) se a estaca for de madeira, metálica ou pré-moldada, ela deve ser recravada; b) se a estaca for moldada no solo, armada, com revestimento recuperado, a execução de uma

estaca requer que todas as situadas em um círculo de raio igual a seis vezes o diâmetro da estaca tenham sido concretadas há pelo menos 24 h. Esta condição pode ser dispensada caso se comprove que uma técnica especial de execução pode diminuir ou até mesmo eliminar o risco de levantamento (pré-furo, por exemplo). As estacas deste tipo, em que for constatado o levantamento, só devem ser aceitas após análise e justificativa de cada caso. Se a estaca tiver base alargada, o fuste deve ser ancorado à base pela armação. É possível recravar, por prensagem ou percussão, estacas que sofram levantamento, desde que devidamente estudada a

66

operação; no caso de recravação por percussão, é obrigatória a utilização de provas de carga comprobatórias.

c) estacas moldadas no solo, não armadas não podem ser utilizadas se constatado o levantamento

da estaca ou do solo circundante. Sempre que o terreno não for conhecido para o construtor, deve ser feita uma verificação dos fenômenos citados. Para isto, por um procedimento topográfico adequado, é feito o controle (segundo a vertical e duas direções horizontais ortogonais) do deslocamento, assumindo especial importância no caso dos solos coesivos saturados do topo de uma estaca à medida que as vizinhas são cravadas. O efeito do deslocamento lateral deve ser analisado em cada caso. Os cuidados descritos são especialmente indicados quando há evidências de danos ao fuste de estacas moldadas in loco por deformação horizontal. Influência do tempo de execução Estacas cravadas Quando da cravação de estacas pré-moldadas, metálicas ou de madeira, em terreno de comportamento conhecido para cravação de estacas do tipo considerado, a nega final deve ser obtida quando do término da cravação e nunca após uma interrupção. Em terreno cujo comportamento não é conhecido, nova “nega” deve ser determinada após alguns dias do término da cravação. Quando a nova “nega” for superior à obtida no final da cravação, as estacas devem ser recravadas. Quando a nova “nega” for inferior à obtida ao final da cravação, devem-se realizar no máximo duas séries de dez golpes para evitar repetição do fenômeno de perda momentânea da resistência ou danificação da estaca. A realização das provas de carga sobre estacas deve ser feita após algum tempo da execução da estaca. Este intervalo depende do tipo de estaca e da natureza do terreno. Quanto ao solo, ele varia de poucas horas para os solos não coesivos a alguns dias para os solos argilosos. Em se tratando de estacas moldadas no solo deve-se aguardar que o concreto atinja a resistência necessária. Bloco de coroamento É obrigatório o uso de lastro de concreto magro com espessura não inferior a 5 cm para a execução do bloco de coroamento de estaca ou tubulão. No caso de estacas de concreto ou madeira e tubulões, o topo desta camada deve ficar 5 cm abaixo do topo acabado da estaca ou tubulão. Flambagem Quando as estacas ou tubulões forem submetidos a cargas de compressão e tiverem sua cota de arrasamento acima do nível do terreno, levada em conta a eventual erosão, ou atravessarem solos moles, devem ser verificados à flambagem, levando-se em conta as características dos solos atravessados e as condições de vínculo com a estrutura.

67 Controle executivo Em obras com mais de 100 estacas para cargas de trabalho acima de 300 KN, recomenda-se a execução de pelo menos uma prova de carga, de preferência em uma estaca instrumentada. No caso de uma prova de carga ter dado resultado não satisfatório, deve ser reestudado o programa de provas de carga, de modo a permitir o reexame das cargas admissíveis, do processo executivo e até do tipo de fundação. As provas de carga devem ter seu início simultaneamente com o início da execução das primeiras estacas, de forma a permitir providências cabíveis em tempo hábil. Tolerâncias quanto à excentricidade Estacas e tubulões isolados não travados No caso de estacas e tubulões isolados não travados em duas direções aproximadamente ortogonais (caso que deve, tanto quanto possível, ser evitado), é tolerado, sem qualquer correção, um desvio entre os eixos de estaca e o ponto de aplicação da resultante das solicitações do pilar de 10% do diâmetro do fuste da estaca ou do tubulão. Para desvios superiores a este, deve ser feita uma verificação estrutural, devido à nova solicitação de flexão composta. Caso o dimensionamento da estaca ou do tubulão seja insuficiente para esta nova solicitação, deve-se corrigir a excentricidade total mediante recurso estrutural. Estacas ou tubulões isolados travados Neste caso, as vigas de travamento devem ser dimensionadas para a excentricidade real, quando esta ultrapassar o valor citado . Conjunto de estacas ou tubulões alinhados Para excentricidade na direção do plano das estacas ou dos tubulões, deve ser verificada a solicitação nas estacas ou tubulões, admitindo-se, sem correção, um acréscimo de no máximo 15% sobre a carga admissível da estaca e de 10% na carga admissível do tubulão. Acréscimos superiores a estes devem ser corrigidos mediante acréscimo de estacas ou de tubulões, ou recurso estrutural. Conjunto de estacas ou tubulões não alinhados Deve ser verificada a solicitação em todas as estacas ou tubulões, admitindo-se, sem correção, um acréscimo de no máximo 15% sobre a carga admissível da estaca mais solicitada e de 10% na carga admissível do tubulão mais solicitado. Acréscimos superiores a estes devem ser corrigidos mediante acréscimo de estacas ou tubulões, ou recurso estrutural. Tolerâncias quanto ao desaprumo de estacas e tubulões Sempre que uma estaca ou tubulão apresentar desvio angular em relação à posição projetada, deve ser feita verificação de estabilidade, tolerando-se, sem medidas corretivas, um desvio de 1:100. Desvios maiores requerem detalhe especial. Em se tratando de grupo de estacas ou tubulões, a verificação deve ser feita para o conjunto, levando-se em conta a contenção do solo e as ligações estruturais.

68 Tratando-se especificamente de tubulões, ao se constatar, durante sua execução, desaprumo superior a 1% deve ser reforçado mediante armadura adequadamente calculada, levando-se em conta a contenção possa ser garantida. Entretanto, nenhuma medida de correção pode ser adotada sem que seja aprovada pela fiscalização, que para isto deve levar em conta os critérios adotados no projeto e a influência dos trabalhos de correção sobre o comportamento futuro do tubulão. Esta verificação é particularmente importante no que diz respeito às características de contenção lateral do terreno. Em qualquer tubulão desaprumado em que esteja prevista a execução de base alargada, esta deve ser dimensionada, levando-se em conta o desaprumo. Se das operações de correção de desaprumo em tubulão revestido resultar perda de contenção, deve-se prever injeção entre o solo e a camisa, para reconstituir as condições previstas no projeto. Como alternativa, pode-se recompor o terreno ao redor do tubulão, escavando-se um anel circular de diâmetro externo 2 d (não inferior a d + 1,60 m) e altura de 1,5 d (sendo o diâmetro externo do fuste) e preenchendo-se com solo-cimento compactado ou concreto magro.

8.0 - CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS INTRODUÇÃO Denomina-se capacidade de carga de uma fundação a carga máxima que pode ser aplicada sobre ela para causar ruptura do solo ou provocar recalques além de limites aceitáveis. A ruptura do solo seria caracterizada pelos recalques incessantes da fundação sem que houvesse aumento da carga aplicada. Esse tipo de ruptura geralmente ocorre com fundações superficiais assentes em solos resistentes como areias compactas a muito compactas, siltes arenosos compactos a muito compactos, argilas duras e siltes argilosos duros, enquanto que em solos menos resistentes ou com fundações profundas, mesmo com recalques elevados, carga de ruptura não é perfeitamente caracterizada. As experiências mais recentes admitem três tipos de ruptura : - Ruptura geral ou generalizada - Ruptura local ou localizada - Ruptura por puncionamento A ruptura geral ocorre em solos resistentes e a carga que a provoca é perfeitamente caracterizada através do gráfico carga-recalque que se obtém ao carregar uma fundação com cargas crescentes.

Ruptura geral

69 Observa-se que para pequenas cargas os recalques são reduzidos e aproximadamente proporcionais à pressão aplicada, representando esse trecho da curva as deformações elásticas. Aumentando as pressões a partir do ponto 1 observa-se que os recalques crescem muito rapidamente e atingido o ponto 2 há ruptura brusca e repentina e os recalques são incessantes, inclusive com pressões inferiores a qu. Estruturas com possibilidade de ruptura generalizada rompem de forma brusca e repentina com resultados muitas vezes catastróficos como foi o caso dos silos de concreto que ruíram em função da ruptura por cisalhamento da argila sob a fundação.

A figura abaixo mostra um modelo de ruptura geral de uma fundação retangular em areia compacta segundo Vesic e De Beer :

70

A ruptura local ocorre em solo menos compactos e consistentes onde a fundação tende a afundar consideravelmente no terreno antes que o estado de equilíbrio plástico entre as zonas I, II e III da figura abaixo, se desenvolva amplamente no maciço.

Nota-se, neste caso, que ao carregar a fundação a curva pressão recalque apresenta-se sem uma clara definição da pressão de ruptura qu, ver figura abaixo.

Na figura abaixo é apresentado o modelo de ruptura local

71

Ao contrário com o que ocorre no caso de ruptura geral, onde se admite que a região em estado plástico se situa acima da superfície ACDE da figura mostrada anteriormente, onde a cunha I que estaria no estado ativo de Ranquine ou elástico, deslocaria lateralmente e para cima as zonas II e III, respectivamente, na ruptura por puncionamento a superfície ACDE de ruptura plástica, praticamente, não se desenvolve. Nesse caso, segundo Vesic, há um tipo de “ruptura por puncionamento” do solo abaixo da fundação que se processa sem alterar de modo significativo o terreno lateral. Ruptura por puncionamento ocorre em solos pouco consistentes e de reduzida consistência e mesmo em solos mais compactos e carregados a grandes profundidades, ver figuras abaixo.

72 Na figura abaixo estão indicadas as faixas prováveis de ocorrência desses 3 tipos de ruptura numa areia em função de densidade relativa (Dr) e da relação profundidade/largura da fundação (D/B) .

A determinação da capacidade de carga tem sido feita através de diversos métodos e processos, permitindo uma razoável avaliação, embora nenhum deles seja matematicamente exato. 2.0 - TEORIA DE TERZAGHI A teoria de Terzaghi é baseada nas investigações de Prandtl, relativas à ruptura plástica de metais por puncionamento. A capacidade de carga de fundações superficiais foi abordada por Terzaghi considerando uma fundação corrida de largura B a uma profundidade D de acordo com as indicações da figura abaixo, e, em solos resistentes, sendo portanto a ruptura geral.

73 De acordo com a teoria de Terzaghi o solo imediatamente abaixo da fundação forma uma cunha (I), que se desloca verticalmente, forçando o solo adjacente, que produz duas zonas de cisalhamento, sendo a primeira (II) radial e a segunda (III) linear. A análise de ruptura nessas condições fornece a seguinte equação:

onde : c - coesão do solo q - sobrecarga na cota da fundação que é igual a γ. D B - largura da fundação . γ1 e γ - pesos específicos acima e abaixo da cota de implantação da fundação. Nc , Nq , Nγ - fatores de capacidade de carga, função exclusivamente do ângulo de atrito do solo ( φ ) e que podem ser obtidos pelas seguintes expressões ou pela tabela 1; apresentada a seguir.

q

tgN e tg= +π ϕ π φ. ( )

2

4 2

c qN N g= −( ) cot1 ϕ

Quanto ao valor de Nγ , Vésic sugere o seguinte valor aproximado: Nγ = 2 (Nq + 1) tgφ Os seguintes critérios têm sido propostos para o cálculo de ruptura em solos passíveis de ruptura local ou localizada. Terzaghi: Sugere adotar como fatores da capacidade de carga os obtidos admitindo para ângulo de atrito interno um valor φ‘ obtido por: tgφ‘ = 2/3 tgφ e considerar c’ = 2/3 . c Sowers: Recomenda utilizar o valor da pressão de ruptura geral em areias com Dr>0,7, sendo Dr a densidade relativa e o valor qu de ruptura local, conforme critério de Terzaghi quando Dr<0,3, interpolando entre esses limites qu e qu’ nos demais casos. Zeevaert: Sugere estimar a pressão de ruptura com base nas expressões: qu’ = qu ( Dr +0,1 ) para as areias qu’ = qu ( IC +0,1 ) para as argilas sendo IC o índice de consistência obtido de : IC = (LL-h) / IP sendo h a umidade natural do solo e LL e IP os limites de liquidez e seu índice de plasticidade. Vésic:

74 Recomenda que os valores do ângulo de atrito nas areias seja reduzido de acordo com a expressão:

aplicável na faixa:

Análises mais amplas ( Hansen 1970 e Vésic 1975 ) procuram considerar vários fatores que interferem na capacidade de carga do solo tendo sido proposta uma equação do tipo apresentado a seguir :

onde : Sc, Sq, Sγ - fatores de forma da fundação dc, dq, dγ - fatores levando em conta a profundidade da fundação ic, iq, iγ - fatores levando em conta a inclinação da carga bc, bq, bγ - fatores de inclinação da fundação gc, gq, gγ - fatores considerando a inclinação do terreno Nc, Nq, Nγ - fatores de capacidade de carga

Quanto aos fatores de forma Vésic sugere os seguintes valores:

Forma da fundação Sc Sq Sγ Corrida 1 1 1

Retangular 1+(B/L).(Nq/Nc) 1+(B/L).tgφ 1- 0,4(B/L) Circular e quadrada 1+(Nq/Nc) 1+tgφ 0,60

Com relação aos fatores de profundidade sua utilização está restrita às fundações onde pelo processo executivo (escavações e reaterros) se possa efetivamente contar com a resistência ao cisalhamento do solo situado acima do nível das fundações.

Os valores sugeridos por Hansen para esses fatores são: Quando D ≤ B:

qd sentg

DB

= + −1 221. ( )( )ϕ ϕ

c q

q

cd d d

N tg= −

−1

. ϕ (segundo Vesic )

γd = 1

quando ϕ=0 cd

DB

= +1 0 4,

Quando D > B os fatores de profundidade são :

qd sentg arc tg

DB

= + −1 221ϕ ϕ( ) . .

c q

q

cd d d

N tg= −

−1

. ϕ (segundo Vesic )

FATORES DE CAPACIDADE DE CARGA

75

φ (°) Nc Nq Nγ

0 5,14 1.00 0.00 1 5.38 1.09 0.07 2 5.63 1.20 0.15 3 5.90 1.31 0.24 4 6.19 1.43 0.34 5 6.49 1.57 0.45 6 6.81 1.72 0.57 7 7.16 1.88 0.71 8 7.53 2.06 0.86 9 7.92 2.25 1.03 10 8.35 2.47 1.22 11 8.80 2.71 1.44 12 9.28 2.97 1.69 13 9.81 3.26 1.97 14 10.37 3.59 2.29 15 10.98 3.94 2.65 16 11.63 4.34 3.06 17 12.34 4.77 3.53 18 13.10 5.26 4.07 19 13.93 5.80 4.68 20 14.83 6.40 5.39 21 15.82 7.07 6.20 22 16.88 7.82 7.13 23 18.05 8.66 8.20 24 19.32 9.60 9.44 25 20.72 10.66 10.88 26 22.25 11.85 12.54 27 23.94 13.20 14.47 28 25.80 14.72 16.72 29 27.86 16.44 19.34 30 30.14 18.40 22.40 31 32.67 20.63 25.99 32 35.49 23.18 30.22 33 38.64 26.09 35.19 34 42.16 29.44 41.06 35 46.12 33.30 48.03 36 50.59 37.75 56.31 37 55.63 42.92 66.19 38 61.35 48.93 78.03 39 67.87 55.96 92.25 40 75.31 64.20 109.41 41 83.86 73.90 130.22 42 93.71 85.38 155.55 43 105.11 99.02 186.54 44 118.37 115.31 224.64 45 133.88 134.88 271.76