RELATÓRIO TÉCNICO DE DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMAS DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
CAMPUS DE CRATEÚS 
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL 
 
 
 
 
 
MARIA ZILDA CHAVES MARTINS 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO TÉCNICO DE DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMAS DE 
FUNDAÇÕES PROFUNDAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CRATEÚS 
2022
Sumário 
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 2 
2. REFERENCIAL TEORICO ................................................................................. 2 
2.1 Investigações geotécnicas................................................................................. 2 
2.2 Estaca hélice contínua...................................................................................... 2 
3. METODOLOGIA ................................................................................................... 3 
3.1 Etapas ................................................................................................................ 3 
3.2 Dimensionamento ............................................................................................. 9 
3.2.1 Capacidade de carga .............................................................................. 10 
3.2.2 Carga admissível ..................................................................................... 10 
3.2.3 Verificação dos recalques ........................................................................11 
3.2.4 Armadura da estaca ............................................................................... 13 
4. CONCLUSÃO ....................................................................................................... 14 
REFERENCIAS............................................................................................................ 15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
Em qualquer obra, a fundação é o item que suporta toda a carga estrutural e a 
transmite ao terreno. Erros na escolha, no dimensionamento ou na execução das 
fundações podem gerar transtornos e riscos, além do alto custo para reforços e reparos 
O presente relatório tem como propósito demonstrar o processo realizado no 
dimensionamento estrutural adequado de um sistema de fundações, considerando um tipo 
de estaca definido e os dados do relatório de sondagem de um ensaio SPT do solo onde 
estas serão assentadas. Todo o processo foi pensado e calculado visando, a priori, o 
correto dimensionamento das estruturas e, também, evitar o surgimento de patologias 
como fissuras, trincas e rachaduras provocadas pelo recalque diferencial, fenômeno que 
ocorre quando as estruturas de fundação de uma edificação sofrem rebaixamentos distinto. 
2. REFERENCIAL TEORICO 
2.1 Investigações geotécnicas 
É requisito prévio para o projeto e para a execução de qualquer obra de 
fundações, a realização de um programa de investigações geotécnicas, pois, ao se falar de 
solos e rochas, a heterogeneidade é a regra e os casos de homogeneidade, a exceção. Logo, 
tais estudos se tornam indispensáveis quando visamos praticar a engenharia, ou seja, 
alcançar a maior estabilidade visando o menor custo possível (CAPUTO, 1988). 
2.2 Estaca hélice contínua 
Tipo de fundação profunda constituída por concreto moldado in loco, 
executada por meio de trado contínuo e injeção de concreto, sob pressão controlada, 
através da haste central do trado simultaneamente a sua retirada do terreno. 
As fases de execução das estacas tipo hélice contínua, são: 
• Perfuração: cravação da hélice no terreno até a cota determinada no projeto; 
• Concretagem simultânea à extração da hélice do terreno: bombeamento do 
concreto pela haste de forma a preencher completamente o espaço deixado pela 
hélice que é extraída do terreno sem girar, ou, no caso de terrenos arenosos, 
girando-se lentamente no sentido da perfuração; 
• Colocação da armadura: apesar do método de execução da hélice contínua 
exigir a colocação da armadura após a sua concretagem, se as estacas forem de 
compressão, esta armadura pode ser dispensada, segundo a NBR 6122/1996. 
 
 
 
Figura 1 – Fases de execução das estacas do tipo hélice contínua. 
Fonte: Velloso; Lopes, 2010. 
Dentre as principais vantagens deste tipo de estaca destacam-se a elevada 
produtividade, promovida pela versatilidade de equipamento, que por sua vez leva à 
economia devido à redução dos cronogramas de obra, pode ser executada na maior parte 
dos maciços de solo, exceto quando ocorrem matacões e rochas, não produz distúrbios e 
vibrações típicos dos equipamentos a percussão, controle de qualidade dos serviços 
executados, além de não causar a descompressão do terreno durante a sua execução. 
As principais desvantagens estão relacionadas ao porte do equipamento, que 
necessita de áreas planas e de fácil movimentação, pela sua produtividade exige central 
de concreto no canteiro de obras, e pelo seu custo é necessário um número mínimo de 
estacas a se executar para compensar o custo com a mobilização do equipamento. 
3. METODOLOGIA 
 
3.1 Etapas 
Segundo a NBR 6122/1996, a capacidade de carga de uma fundação profunda 
é definida como a força aplicada sobre o elemento de fundação que provoca apenas 
recalques que a construção pode suportar sem inconvenientes, oferecendo 
 
simultaneamente segurança satisfatória contra a ruptura do solo ou do elemento de 
fundação. 
O presente trabalhou fez sua análise com base na metodologia de Aoki e 
Velloso (1975). 
Onde é realizada a verificação da capacidade de carga geotécnica, que 
depende da profundidade em que a estaca é cravada. 
O método de Aoki e Velloso (1975) foi originalmente desenvolvido a partir 
de resultados obtidos em ensaios de penetração estática (cone), sendo possível a sua 
utilização a partir de ensaios de penetração dinâmica (SPT) por meio da utilização de um 
fator de conversão (K). O método consiste em correlações entre os resultados dos ensaios 
de penetração estática (cone, CPT) e dinâmicos (amostrador, SPT). 
As resistências de ponta (Rp) e lateral (Rl) são obtidas da seguinte forma: 
𝑟𝑝 =
𝐾 ∗ 𝑁𝑝
𝐹1
 
𝑟𝑙 =
𝛼 ∗ 𝐾 ∗ 𝑁𝑙
𝐹2
 
Onde: 
➢ K: coeficiente de conversão da resistência de ponta do cone para NSPT; 
➢ NP e NL: valor da resistência à penetração dinâmica obtida nos ensaios SPT; 
➢ F1 e F2: coeficientes de correção das resistências de ponta e lateral; 
➢ α: relação entre as resistências de ponta e lateral local do ensaio de penetração 
estática, segundo Vargas (1977) apud Schnaid (2000); 
 Os valores de F1 e F2 são tabelados para alguns modelos de estaca, no caso 
da estaca hélice continua, os esses coeficientes são obtidos através da equação abaixo: 
𝐹1 = 1 +
𝐷
0,8
 
𝐹2 = 2𝐹1 
Os valores de K e 𝛼, são apresentados na tabela 02. 
 
 
Tabela 2: valores de k e α 
Fonte: Cintra, 2010 
Portanto a capacidade de carga é dada pela seguinte equação 
𝑅 = 𝑟𝑝 + 𝑟𝑙 =
𝐾 ∗ 𝑁𝑝
𝐹1
∗ 𝐴𝑝 +
𝛼 ∗ 𝐾
𝐹2
∗ ∑(𝑁𝑖 ∗ ∆𝑙) 
A carga de catalogo é uma verificação do estado limite ultimo de um sistema de 
fundação para a estaca do projeto em questão temos que: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para o cálculo da carga admissível foi adotado um fator de segurança (FS) 
devido a profundidade de assentamento da base ou ponta da estaca, recomendada pela 
Norma de Fundações NBR–6122/96, corresponde a uma carga de ruptura mínima de pelo 
menos duas vezes a carga admissível (útil) da estaca, portanto, FS = 2. 
𝑃𝑎 =
𝑅
𝐹𝑠
 
Dadas as metodologias de projeto 
 
 
Seja uma estaca qualquer de comprimento L, embutida no terreno, e com sua 
base a uma distância C da profundidade em que se encontra o indeslocável, como esta 
exemplificada na figura 2, a aplicação de uma carga P na cabeça dessa estaca provocará 
dois tipos de deformações: 
✓ 1ª parcela – encurtamento elástico da própria estaca, que equivale a um recalque 
de igual magnitude da cabeça da estaca se mantida imóvel sua base(ρe ); 
✓ 2ª parcela – deformações verticais de compressão dos estratos de solo subjacentes 
à base da estaca, até o indeslocável, o que resulta um recalque (ρs ) 
 
 
Figura 2: Parcelas de recalque da estaca 
Fonte: Cintra, 2010 
Portanto, considerando os dois efeitos, temos o recalque total (ρ) do sistema 
de fundação dado por: 
𝜌 = 𝜌𝑒+𝜌𝑠 
Para o cálculo do encurtamento elástico da estaca, é necessário determinar o 
esforço normal ao longo do comprimento da estaca e aplicar a Lei de Hooke ao longo do 
comprimento da estaca para transformar deformações em deslocamentos: 
𝜌𝑒 =
∑(𝑃𝑖 ∗ 𝐿𝑖)
𝐴 ∗ 𝐸𝑐
 
Onde: 
➢ A = área da seção transversal; 
➢ 𝐸𝑐= Módulo de Young do material da estaca; 
➢ Ni = esforço normal no i-ésimo trecho; 
➢ Li = comprimento do i-ésimo trecho 
No caso do presente trabalho o Módulo de Young do material da estaca, para 
estaca hélice continua é dado por: 
𝐸𝑐 = 21𝐺𝑃𝑎 
Pelo princípio de ação e reação, à estaca aplica uma carga 𝑅𝑙𝑖 ao solo, ao 
longo do contato com o fuste, e transmite a carga 𝑃𝑝= PP ao solo situado junto à base. 
Devido a esse carregamento, as camadas situadas entre a base da estaca e a superfície do 
indeslocável sorem deformações que resultam no recalque (ρs ) do solo. 
De acordo com Vesic (1975), esse deslocamento pode ser decomposto em 
duas parcelas: 
𝜌𝑠 = 𝜌𝑠,𝑝 + 𝜌𝑠,𝐿 
Onde: 
➢ 𝜌𝑠,𝑝= recalque devido à reação na ponta da estaca; 
➢ 𝜌𝑠,𝐿= recalque devido às cargas no fuste; 
 
Supondo o espraiamento das cargas ao longo das camadas, como mostrado 
na figura 3: 
Figura 3: Propagação de tensões devido à reação de ponta e as cargas laterais. 
Fonte: Cintra, 2010 
Nessas condições, o acrescimento de tensão nas camadas ao longo do fuste e 
da base serão: 
 
Assim, levando em conta ambas as parcelas, o acréscimo de tensões na camada será 
dado por: 
∆𝜎 = ∆𝜎𝑝 + ∑∆𝜎𝑖 
Finalmente, o recalque devido aos solos (ρs) pode ser estimado pela Teoria da 
Elasticidade: 
𝜌𝑠 = ∑ (
∆𝜎
𝐸𝑠
𝐻) 
Onde: 
➢ 𝐸𝑠= é o módulo de deformabilidade do solo, dado por (Janbu, 1963); 
𝐸𝑠 = 𝐸𝑜 (
𝜎𝑜 + ∆𝜎
𝜎𝑜
)
𝑛
 
 
 
➢ 𝐸𝑜 = módulo de deformabilidade do solo antes da execução da estaca; 
 
➢ n = expoente que depende da natureza do solo (0,5 para solo granular e 0 para 
argilas) 
No caso do presente trabalho o Módulo de deformabilidade do solo, para 
estaca hélice continua é dado por: 
𝐸𝑜 = 4 𝐾 𝑁𝑆𝑃𝑇 
3.2 Dimensionamento 
Para o dimensionamento foi fornecido valores de ensaios de penetração (SPT), 
realizados no terreno, e as cargas e dimensões dos pilares. Tais valores encontram-se nas 
tabelas abaixo. 
Ensaio SPT 
Cota Nspt Tipo de solo 
1 18 
Argila 
arenosa 
2 4 areia siltosa 
3 2 argila siltosa 
4 15 
argila siltosa 
5 14 
6 13 
7 13 
Silte argiloso 
8 12 
9 20 
10 17 
11 11 
12 8 
13 15 
14 16 
15 17 
16 20 
Tabela 3: Valores de SPT 
Fonte: A autora, 2022 
 
Dados de cargas e dimensões dos 
pilares 
Pilar 
Seção 
(cm) 
Carga 
(kN) 
Localização 
P1 30 x 60 2.700 Canto 
P2 30 x 30 2.400 Canto 
P3 40 x 80 6.000 Central 
 
P4 60 x 60 7.700 Central 
P5 20 x 40 3.200 Canto 
P6 30 x 30 3.900 Canto 
Tabela 4: Cargas e dimensões dos pilares 
 
 
Dados da disponibilidade técnica 
Tipo de 
Projeto 
Tipo de 
estaca 
Diâmetro 
(cm) 
Carga de 
catálogo 
(kN) 
Lmax 
(m) 
C 
Hélice 
contínua 
40 800 24 
Tabela 5: Disponibilidade técnica 
 
3.2.1 Capacidade de carga 
Utilizando o método de Aoki-Velloso, obteve-se os seguintes valores de 
capacidade de carga, conforme mostra as tabelas abaixo. 
 
 
3.2.2 Carga admissível 
O cálculo da carga admissível, foi considerado a 3º metodologia, que é considerando 
o critério de parada da estaca (𝑁𝑙𝑖𝑚) 
𝑃𝑎 = 
𝑅
𝐹𝑠
=
700
2
= 350𝐾𝑁 
𝑃𝑎 ≤ 𝑃𝑒 = 350 𝐾𝑛 ≤ 800 𝐾𝑛 
𝐿 ≤ 𝐿𝑚𝑎𝑥 = 11 ≤ 24 
 
Logo está dentro do que se pede, pois para uma estaca Hélice continua de diâmetro 
de 40cm a carga de catalogo é de 800 Kn. 
Camadas Cota Desc. Material SPT medio K (kpa) α ΔL Rl
1 1 até 1,85 argila arenosa 15,3 350 0,024 0,85 45,76
2 1,85 até 2,70 areia siltosa 2,75 800 0,02 0,85 15,67
3 2,70 - 3,75 argila siltosa 1,35 220 0,04 1,05 5,23
4 3,75 - 7,00 argila siltosa 10,625 220 0,04 3,25 127,29
5 7,00 - 9,00 silte argiloso 15 230 0,034 2 98,27
Camadas Cota Desc. Material SPT medio K (kpa) Ap Rp rl
- 12 silte argiloso 20 230 0,126 385,37 292,21
R 677,57 Ra 350,00
R 700,00
Resistência lateral (Aoki-Velloso)
Resistência de ponta (Aoki-Velloso)
 
 
 
3.2.3 Verificação dos recalques 
 
 
Para o cálculo do encurtamento elástico da estaca, temos: 
𝜌𝑒 =
∑(𝑃𝑖 ∗ 𝐿𝑖)
𝐴 ∗ 𝐸𝑐
= (
278,05 + 251,94 + 300,26 + 714,04 + 156,06
0,126 ∗ 21 ∗ 106
) = 0,00064
= 0,64 𝑚𝑚 
 
 
P Rl Pi Li Pi*Li
350,00 45,76 350,00 0,85 278,052 A 0,126
304,24 15,67 304,24 0,85 251,947 Ec 21000000
288,57 5,23 288,57 1,05 300,26 ρe 0,0006
283,35 127,29 283,35 3,25 714,045 ρe 0,64
156,06 98,27 156,06 2 156,063
Pp 57,79 1700,37Σ (Pi * Li)
Dados 
-7,5
-6,5
-5,5
-4,5
-3,5
-2,5
-1,5
-0,5
1 5 0 , 0 0 2 0 0 , 0 0 2 5 0 , 0 0 3 0 0 , 0 0 3 5 0 , 0 0
DIAGRAMA DE ESFORÇO NORMA NA ESTACA
 
 
Foi obtido o acréscimo de tensões ao longo da camada e do fuste, considerando 
quatro camadas: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Logo, foi obtido o acréscimo de tensões na camada: 
 
Em seguida, e através do acréscimo de tensão, foi possível calcular o módulo de 
elasticidade. Os valores estão dispostos na tabela abaixo: 
 
Camada k Nspt Eo(Mpa) Δs Es(Mpa) (Δs/Es).H
1 800 2,75 8800 286,268 8800 0,163
2 220 1,35 1188 81,308 1188 0,342
3 220 10,625 9350 41,639 9350 0,022
4 230 14,6 13432 26,199 13432 0,010
ρs 0,53688
Teoria elásticidade
Acréscimo de tensões 
Camadas. Δs Δs Δs3 Δs4 Δs Δsp Δs 
Cam 1 0,649 0,177 0,074 2,862 40,408 242,305 286,474 
Cam 2 0,531 0,148 0,061 2,230 24,128 54,367 81,465 
Cam 3 0,442 0,125 0,051 1,786 16,019 23,337 41,761 
Cam 4 0,374 0,107 0,043 1,463 11,404 12,904 26,296 
Trecho H1 h1 Ri Δs
1 1 8,575 45,76 0,65
2 1 9,725 15,67 0,18
3 1 8,575 5,23 0,07
4 1 6,625 127,29 2,86
5 1 2,5 366,87 40,41
Ponta 1 0 154,15 242,30
Trecho H1 h1 Ri Δs
1 1 9,575 45,76 0,53
2 1 10,725 15,67 0,15
3 1 9,575 5,23 0,06
4 1 7,625 127,29 2,23
5 1 3,5 366,87 24,13
Ponta 1 1 154,15 54,37
Trecho H1 h1 Ri Δs
1 1 10,575 45,76 0,44
2 1 11,725 15,67 0,13
3 1 10,575 5,23 0,05
4 1 8,625 127,29 1,79
5 1 4,5 366,87 16,02
Ponta 1 2 154,15 23,34
Trecho H1 h1 Ri Δs
1 1 11,575 45,76 0,37
2 1 12,725 15,67 0,11
3 1 11,575 5,23 0,04
4 1 9,625 127,29 1,46
5 1 5,5 366,87 11,40
Ponta 1 3 154,15 12,90
Camada 03
Camada 04
Camada 01
Camada 02
Trecho H1 h1 Ri Δs
1 1 8,575 45,76 0,65
2 1 9,725 15,67 0,18
3 1 8,575 5,23 0,07
4 1 6,625 127,29 2,86
5 1 2,5 366,87 40,41
Ponta 1 0 154,15 242,30
Trecho H1 h1 Ri Δs
1 1 9,575 45,76 0,53
2 1 10,725 15,67 0,15
3 1 9,575 5,23 0,06
4 1 7,625 127,29 2,23
5 1 3,5 366,87 24,13
Ponta 1 1 154,15 54,37
Trecho H1 h1 Ri Δs
1 1 10,575 45,76 0,44
2 1 11,725 15,67 0,13
3 1 10,575 5,23 0,05
4 1 8,625 127,29 1,79
5 1 4,5 366,87 16,02
Ponta 1 2 154,15 23,34
Trecho H1 h1 Ri Δs
1 1 11,575 45,76 0,37
2 1 12,725 15,67 0,11
3 1 11,575 5,23 0,04
4 1 9,625 127,29 1,46
5 1 5,5 366,87 11,40
Ponta 1 3 154,15 12,90
Camada 03
Camada 04
Camada 01
Camada 02
 
 
Finalmente, considerando os dois efeitos, temos o recalque total (ρ) do sistema de 
fundação dado por: 
𝜌 = 𝜌𝑒+𝜌𝑠 = 0,64 𝑚𝑚 + 0,54 𝑚𝑚 = 1,19 𝑚𝑚 
Quantidade de estacas 
Pilar 
Carga 
(kN) 
Carga 
adm 
N. 
estacas 
P1 2700 700 4 
P2 2400 700 4 
P3 6000 700 9 
P4 7700 700 11 
P5 3200 700 5 
P6 3900 700 6 
 
3.2.4 Armadura da estaca 
O primeiro ponto, será a verificação da necessidade de armadura. O cálculo da área 
da estaca se dá pela seguinte equação: 
 
𝐴𝑒 = 
𝜋 ∗ ∅𝑓2
4
=
𝜋 ∗ (0,4)2
4
= 0,12 𝑚² 
Tensão atuante na estaca 
𝜎 =
600
0,12
= 5000𝐾𝑁/𝑚² = 5𝑀𝑝𝑎 
Para hélicecontinua a tensão máxima atuante é 6 Mpa, logo não é necessário o 
dimensionamento de armadura, será utilizada apenas a armadura mínima. 
• Para a armadura longitudinal temos que: 
𝐴𝑠,𝑚𝑖𝑛 = 0,5% ∗ 𝐴𝑐 = 
0,5
100
∗ 0,12𝑚2 = 0,0006𝑚2 
E o espaçamento mínimo entre as barras é dado entre o maior valor dentre as três 
condições abaixo: 
 - 20mm 
 - Փ𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 = 400mm 
Logo para a armadura longitudinal temos 6 cm², sendo 8Փ10mm c/400mm 
• Para a armadura transversal, temos: 
Para diâmetro mínimo do estribo deve ser maior valor dentre as duas condições abaixo: 
 - Փ𝑒 ≥ 5mm 
 
 - Փ𝑒 ≥ 
1
4
∗ Փ𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙 = 
1
4
∗ 10 =2,5mm 
E o espaçamento mínimo entre, deve ser o maior valor dentre as três condições abaixo: 
- ≤ 200mm 
 - ≤ 12 ∗ Փ𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙 = 12 ∗ 10𝑚𝑚 = 120mm 
4. CONCLUSÃO 
Quanto a viabilidade, a escolha do tipo da estaca não se mostraram muito 
eficaz a configuração de pilares e do perfil do terreno. Devido as alterações necessárias a 
semrem realizadas para se encaixar nas metodologias de projeto, um ponto positivo se dá 
devido ao fato de não haver necessidade de armadura, diminuindo o consumo de aço e 
impactando diretamente no custo de implantação, possuindo apenas a armadura mínima. 
Com a conclusão do trabalho, foi possível compreender mais na prática o 
método de dimensionamento das estacas, sendo válido para obtenção de mais 
conhecimentos desde os cálculos ao projeto geométrico. 
Além disso, a NBR 6118 foi seguida em todo o processo do dimensionamento, 
assim obtendo resultados satisfatórios para o estudo. Por fim, foi obtido um recalque de 
1,19 mm, assim, pode-se concluir que não há dificuldades inerentes ao solo que possam 
complicar o uso de metodologias mais complexas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERENCIAS 
 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. NBR 6122. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118. 
GEHLE. Douglas Dalton. Dimensionamento e comparativo entre estacas franki, 
hélice contínua e Strauss: estudo de caso. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. 
Departamento Acadêmico de Construção Civil. Pato Branco, 2016. 
CINTRA, José Carlos Angelo e AOKI, Nelson. Fundações por estacas: projeto 
geotécnico. São Paulo: Oficina de Textos. 2010. 
MEDEIROS. Marcio Avelino. Aula 08 - Capacidade de carga em fundações por 
estacas. Crateús. 10 de maio de 2022. 
MEDEIROS. Marcio Avelino. Aula 09 - Recalque em fundações por estacas. Crateús. 
31 de maio de 2022 
MEDEIROS. Marcio Avelino. Aula 11 - Dimensionamento estrutural de tubulões e 
estacas. Crateús. 14 de junho de 2022.