EFEITO TSCHEBOTARIOFF

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Definições/ Conceituação: EFEITO TSCHEBOTARIOFF – ESTACAS EM SOLO MOLE
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Qualquer estrutura por mais simples que seja, necessita de elementos que possuam a função de transmitir as cargas acumuladas para o solo. Estas estruturas especiais com a função de realizar esta transferência das cargas são chamadas de fundações.
A literatura faz uma classificação bem clara para os tipos de fundações: superficiais e profundas. A diferença principal entre estes dois tipos de fundações é relacionada à profundidade que os mesmos ficam assentes ou ainda quanto mecanismo de transferência das cargas para o solo.
A própria NBR 6122 (ABNT, 2010) – Projeto e execução de fundações, não deixa bem claro uma distinção entre os tipos de fundações profundas, apenas define o que é estaca, tubulão e caixão. O foco será mantido nas fundações do tipo profundas, sobretudo nas estacas, como será visto adiante.
Para Velloso e Lopes (2010), as estacas podem ser divididas ou classificadas segundo diferentes critérios. Usualmente faz-se uma classificação quanto ao seu processo executivo ou ainda quanto ao seu material constituinte, que é também uma abordagem para este assunto muito parecida com a referenciada na NBR 6122 (ABNT, 2010) – Projeto e execução de fundações.
Para o processo executivo, há duas possibilidades: estacas “de deslocamento” ou de “substituição”. Na categoria estacas de deslocamentos encaixam-se aquelas estacas também conhecidas como cravadas, pois há um deslocamento da massa de solo para a acomodação do corpo da estaca. Por outro lado, as estacas de substituição são também denominadas de escavadas, já que o solo presente no espaço que a estaca ocupará é escavado e em seguida removido, para que seja feita a substituição do solo original pela estaca. 
Não se deve esquecer que neste método executivo, em consequência do desconfinamento do solo, há uma redução nas tensões horizontais geostáticas, portanto uma resistência mínima do solo é desejável para que o procedimento seja bem sucedido.
Dentre os materiais empregados nestes elementos estruturais, pode-se citar: madeira, aço, concreto ou estacas compostas por mais de um destes materiais (mistas). O material concreto lidera o ranking entre as possibilidades de pré-moldado ou moldado in situ.
Uma vez conhecidas as possíveis soluções para um projeto de fundações, deve-se escolher a mais apropriada para o caso. Variáveis como a necessidade de ganho de tempo operacional, espaço disponível em campo para a execução, soluções oferecidas no mercado local e até mesmo custos são fatores que podem decidir qual o tipo de solução a ser adotada, obviamente sempre levando em consideração o fator segurança como condicionador maior.
No entanto, a escolha do tipo de fundação correta não é algo tão fácil como se pensa em alguns casos. O material com o qual se trabalha em obras de geotecnia é o solo; material que possui uma incrível variabilidade de suas propriedades em todas as direções devido ao seu mecanismo de formação ao longo da evolução do nosso planeta.
Há ainda muitos outros agravantes em um projeto de fundações, dentre estes, um para o qual merece ser dada ênfase, é o elo que há entre os projetos Estrutural e Geotécnico.
Segundo Velloso e Lopes (1997), em geral a estrutura é calculada assumindo a hipótese de apoios indeslocáveis, no entanto esta consideração pode não ser satisfatória ao longo da vida útil da estrutura, uma vez que o solo quando solicitado sofre deformações e em consequência, submeterá o conjunto estrutural a possíveis recalques diferenciais, dessa forma impondo a estrutura uma condição de equilíbrio não esperada que sequer foi concebida inicialmente no projeto estrutural.
Uma nova configuração de equilíbrio para qualquer estrutura é uma situação indesejável, já que a partir da mesma, haverá mudanças no encaminhamento dos esforços no corpo de todo o conjunto estrutural. Na pior das hipóteses, um elemento estrutural dimensionado para um carregamento pode não resistir aos novos esforços adicionais e levar a estrutura a um colapso localizado ou mesmo generalizado. Para problemas deste tipo em fundações, as consequências são percebidas em toda a estrutura.
Velloso e Lopes (1997 p. 2) destacam ainda, que o profissional que optar por trabalhar no desenvolvimento de projetos de fundações deve possuir uma vasta gama de conhecimentos em assuntos como origem e formação dos solos, classificação dos mesmos, percolação e resistência ao cisalhamento. O engenheiro geotécnico deve também, ainda que em um segundo plano, possuir entendimento de Cálculo Estrutural da mesma forma que o engenheiro calculista deve conhecer as premissas básicas de um projeto geotécnico.
Ambos os autores afirmam que o alinhamento do profissional com esta área da engenharia é importante, pois o mesmo deve ser detentor de conhecimentos para dimensionar as estruturas de fundações e ainda ter a capacidade de avaliar o desempenho das mesmas em termos de deslocamento do maciço de solo, que é um fenômeno inevitável.
Seguindo este roteiro de considerações que devem ser feitas inicialmente para o entendimento da situação e uma possível concepção de modelo estrutural, tem-se que tanto as alternativas estruturais quanto o princípio das deformações do solo foram contempladas. 
O próximo passo, e não menos importante, é o estudo das características do solo, já que este será o agente receptor e distribuidor das forças para as camadas inferiores.
Naturalmente deve-se possuir o máximo de informações acerca das propriedades do solo no qual as fundações serão inseridas, para tanto há a norma NBR 8036 (ABNT, 1983) – Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios. Nesta norma há toda uma descrição de como deve ser feito a programação de sondagens com as exigências necessárias. Nesta programação estão incluídos o número, a localização e a profundidade das sondagens a serem executadas. Para obras civis de grande porte como no caso de pontes ou viadutos, por exemplo, profissionais que trabalham na área sugerem que sejam realizadas sondagens abaixo dos locais onde estacas ou se for o caso, os tubulões serão alocados. Acredita-se que desta forma, é possível obter-se uma precisão melhor das características do solo pontualmente, é claro, sem deixar áreas adjacentes sem sondagens, já que o conhecimento do solo nas vizinhanças é de grande importância para a previsão do comportamento do conjunto.
Toda essa rotina de sondagens tem um objetivo único: conhecer o material solo. A justificativa para o motivo de tanta precaução para o estudo de fundações é mais bem entendida quando se pensa da seguinte forma:
[...] o cumprimento dos formalismos da garantia da qualidade não significa que o desempenho esteja assegurado, pois um aspecto que diferencia um projeto de estrutura de um projeto de fundações é que, no primeiro, as características dos materiais de construção são definidas pelo projetista e, no segundo, se trabalha com o solo, que é um material não fabricado pelo homem. (VELLOSO, 1990 apud ALONSO, 1991, p. 3).
Uma última consideração que deve ser feita para que um projeto de fundações seja bem sucedido, segundo Alonso (1991, p.5), é a relação harmoniosa que deve haver entre projeto, controle e execução, definida pelo mesmo como o tripé da boa fundação.
Deve ser feito ainda, o acompanhamento de recalques da estrutura, sobretudo se houver alguma escavação de grandes proporções nas vizinhanças das fundações, por exemplo. Bauer, (1986) apud Souza & Ripper, (1988), enfatiza que tanto a resistência como a deformabilidade do terreno não são propriedades constantes, podendo vir a sofrer variações apreciáveis ao longo do tempo em virtude da variação da umidade, de vibrações ou ainda em construções executadas em sua vizinhança.
Sendo sabido que o comportamento dos maciços de solos não é uma variável simples, modelar uma estrutura satisfatoriamente para resistir de forma segura a todos os esforços aos quaisdeve ser submetida ao longo de sua vida útil, pode tornar-se uma problemática difícil. Mas o sucesso do funcionamento idealizado do conjunto estrutural está intimamente relacionado com a concepção de projeto e esta depende ainda mais de amostragens colhidas em campo ainda com o objetivo de caracterização do solo.
Alonso (1991, p. 3), relata que pouco adianta realizar ensaios e métodos de cálculo sofisticados, se as amostras utilizadas foram retiradas sem os necessários cuidados.
Há historicamente, muitos relatos de obras de engenharia que foram mal sucedidas com problemas de patologia nas suas fundações, seja por falhas no processo executivo, erros na modelagem ou ainda ensaios realizados que obtiveram algum resultado viciado. 
Como exemplo pode-se citar a famoso caso da Torre de Pisa na Itália, a Catedral Metropolitana do México e, no Brasil, a construção de vários prédios sobre um solo bastante deformável na cidade de Santos em São Paulo.
Todos estes exemplos que foram citados são devidos a sobrecargas em solos que possuem elevada capacidade de deformabilidade, portanto submetendo estruturas assentes sobre os mesmos a recalques diferenciais muitas vezes exagerados, podendo prejudicar o desempenho de uma estrutura em serviço ou ainda passar a ideia de insegurança.
Outro tipo de solicitação recorrente entre obras de engenharia que possuem fundações do tipo profundas são aquelas provenientes de ações de tendência de deslocamento de uma massa de solo abaixo do nível do terreno natural.
Da mecânica dos solos básica, sabe-se que quando há a aplicação de um carregamento vertical sobre uma massa de solo, esta tem a capacidade de transmitir tensões na direção ortogonal àquela do carregamento, provocando, dessa forma, uma tendência de deslocamento dessa massa de solo, uma vez que o solo além de confinado está também
comprimido.
Toda sobrecarga aplicada diretamente sobre um solo de fundação induz a tensões e deslocamentos no interior da massa de solo [...]. No caso de haver estacas nas proximidades da área carregada, estas se constituirão num impedimento à deformação do solo e, consequentemente ficarão sujeitas aos esforços dessa restrição (VELLOSO & LOPES, 2010, p.514).
A ideia de solicitações transversais em estacas é um aspecto que deve ser avaliado cautelosamente em alguns projetos específicos. O problema reside justamente no fato de esses esforços serem desprezados quando há grandes possibilidades de ocorrência. A presença de forças transversais agindo em estacas, por exemplo, implicam o aparecimento de esforços de flexão. A partir deste momento, percebe-se que a compreensão do funcionamento do conjunto estrutural como um todo, é necessária, sendo obrigatoriamente, a partir de agora, incluir a variável interação solo-estrutura no dimensionamento.
O fato de esforços de flexão estarem presentes em elementos de fundações profundas do tipo estacas é algo indesejável, já que as estacas são projetadas concebendo a segurança estrutural e geotécnica levando em conta a capacidade de carga axial da estaca agindo com o solo, no sentido de transferir a carga ao solo por atrito lateral na interface de contato e depois quando a mesma começa a mobilizar a resistência de ponta.
Com esta consideração, além da segurança que provém da capacidade de carga da estaca, esta também deve ser calculada para resistir a um possível esforço de flexão. A questão a ser levantada a partir deste momento é como se pode obter o valor desse momento fletor que possivelmente solicitará uma estaca ou um grupo de estacas.
Com este raciocínio, em 1962, foi estudado pelo engenheiro civil russo Tschebotarioff, pela primeira vez, com um enfoque mais aprofundado, o efeito das ações horizontais sobre elementos de fundações profundas. Devido ao desenvolvimento dessa linha de estudo geotécnico, esta ação sobre elementos de fundações é conhecida na literatura como Efeito Tschebotarioff. No seu estudo, Tschebotarioff destacou a condição limite para a avaliação de esforços de flexão provenientes de uma sobrecarga assimétrica.
Para esta condição, tem-se uma estaca cravada através de uma camada de argila mole e com elevada capacidade de deformação. No momento da cravação das estacas ou mesmo pouco tempo depois, esta camada de argila, não está em nenhuma hipótese comprimida, apenas deslocada e amolgada para que o corpo da estaca seja inserido. 
Em um segundo momento, que pode ser considerado como sendo a vida útil de uma obra, esta camada provavelmente sofrerá efeito de sobrecargas de uso. Como já foi observado antes, esta argila possui elevada capacidade de deformabilidade, o que acarretará, em consequência da aplicação da sobrecarga, um adensamento à medida que a água for expulsa dos seus vazios, no caso de ser uma argila saturada ou acomodação das partículas constituintes com redução do índice de vazios se for um solo não saturado.
A etapa de adensamento do depósito argiloso oca vertical, que pode ser entendido na prática como uma redução na espessura da camada argilosa. Este fenômeno por fim, causará efeitos de flexão nas estacas ou linhas de estacas, uma vez que estas funcionarão como uma restrição ou uma contenção para a tendência de deslocamento que a camada de argila sofrerá.
De posse do histórico de sinistros em obras de engenharia que vieram à pode-se prever onde a possibilidade de ocorrência do fenômeno é recorrente.
Velloso e Lopes (2010) fazem uma lista das situações de projeto nos quais dependendo do perfil geotécnico obtido em ensaios de sondagens, deve-se considerar os efeitos para fins práticos. É válido destacar ainda que no caso de estacas muito próximas de áreas carregadas, além dos esforços horizontais, deve ser considerado também o fenômeno do atrito negativo.
a) armazém estaqueado apenas na periferia, o material armazenado é uma sobrecarga que é transmitida através das camadas de solo até a camada compressível, que se desloca lateralmente e pressiona as estacas periféricas;
b) tanque de armazenamento de fluidos assim como o caso anterior com estacas dispostas apenas perifericamente;
c) muros de arrimo sobre estacas ou encontro de pontes; 
d) aterro de acesso a pontes.
Segundo Aoki (1970), para este tipo de solicitação em estacas, é possível elencar uma série de fatores que são variáveis a serem consideradas quando da obtenção dos esforços
em uma modelagem para a problemática. Entre outros fatores, a distribuição das pressões laterais em estacas é função de: 
a) altura do aterro e peso específico do material utilizado (para o caso de aterros), para o caso geral referencia-se a intensidade da sobrecarga;
b) características da argila;
c) rigidez das estacas;
d) geometria do estaqueamento;
e) distância das estacas ao pé do aterro;
f) interação das sucessivas linhas de estacas e o terreno;
g) variação ao longo do tempo.
Com relação ao fator tempo, convém ressaltar que a situação logo após a atuação da sobrecarga pode não ser a pior. Não é possível estabelecer, a priori, qual dessas influências irá ditar o dimensionamento do conjunto. É possível que a fundação seja capaz de resistir durante certo tempo e que, após algum período, apresente problemas. (DE BEER & WALLAYS, 1972 apud VELLOSO & LOPES, 2010).
Muitos trabalhos foram publicados com o objetivo de explicar este tipo de solicitação e a forma mais adequada de modelar a mesma. A grande maioria dos interessados no assunto não tinha, na maioria das vezes, uma bibliografia para recorrer em termos de embasamento científico ou especificações normatizadas, o que levou uma série de pesquisadores a fazerem ensaios práticos e muito parecidos com situações recorrentes desse tipo de carregamento.
O trabalho de Tschebotarioff foi sem dúvida, um marco nas pesquisas para esta área específica, pois a partir daí muitos outros pesquisadores mostraram interesse em modelar esta situação de carregamento para estacas, e uma primeira conclusão que pode ser tirada para os que se iniciam em pesquisas nessa área, éque este não é um problema fácil de ser resolvido.
Tschebotarioff (1962) levantou vários casos de muros de arrimo sobre estacas que apresentaram problemas de flexão e até ruptura das estacas. O autor admitiu que a magnitude e a distribuição de pressões laterais provenientes de uma sobrecarga unilateral em estacas que atravessam camadas de argila mole eram difíceis de determinar, uma vez que não dispunha ainda de resultados de instrumentação. (VELLOSO & LOPES, 2010 p. 517).
Quanto às condições de apoio, espera-se que o projetista tenha em mente qual o modelo que mais se aproxime da realidade, dado que o mesmo possui informações a respeito de parâmetros de resistência do solo com embasamento em ensaios de campo ou de laboratório.
Mesmo com as sugestões de Tschebotarioff, é possível que mudanças no modelo sejam inseridas conforme a situação em questão. Souza (2003) sugeriu uma modelagem modificada (Figura 2.3) para o estudo da ruptura de estacas de um prédio de quatro andares mais térreo construído em alvenaria estrutural localizado no litoral norte do estado de São Paulo.
O modelo adotado para o cálculo considerou a estaca engastada na base e apoiada em base elástica (K = 3000 kN/m) à meia altura do aterro (SOUZA, 2003 p. 65).
Supõe-se que para estas modificações, Souza possuía pleno conhecimento das condições anteriores ao colapso da estrutura. Provavelmente a sugestão de um apoio elástico ao invés do engaste como sugerido por Tschebotarioff em sua proposta, seja devido à viga baldrame, onde as estacas encontravam-se ligadas, não serem suficientemente rígidas ao ponto de garantir o engaste hipotético e a estaca possuir uma extensão dentro de um aterro, quanto à ponta da estaca, a mesma deveria ser passante além do topo rochoso para que a hipótese de engaste seja garantida.
No entanto, outros autores também deram sua contribuição para o desenvolvimento deste problema, e tal como Tschebotarioff, tem suas formulações para obtenção dos esforços transversais nas estacas.
Outro autor que também possui uma série de publicações com outros colaboradores relacionadas com a problemática abordada é De Beer. Em sua proposta, De Beer procura associar a carga solicitante de estacas com a sobrecarga aplicada. Este autor faz
referências às tensões de cisalhamento na massa de solo e ainda ao fator de segurança global.
Segundo De Beer & Wallays (1972), apud Velloso & Lopes (2010), quando a sobrecarga (_) é uniforme, a pressão horizontal (_) nas estacas é igual à sobrecarga atuante equação (2.1); por outro lado se a sobrecarga lateral não for uniforme, mas definida por um talude, um fator de redução pode ser introduzido, conforme mostra a equação (2.2).
Pieux Franki em 1963 em Zezalte, Bélgica, e o estudo de Ratton em 1985. O grupo Estacas Franki estava interessado em saber qual a influência da sobrecarga oriunda do armazenamento de placas de aço nas fundações próximas da obra de uma Siderúrgica. Para tanto, cravou estacas de diferentes materiais e características geométricas a uma distância de 1,30 m de uma estrutura de arrimo capaz de conter um aterro de areia com 16 metros de altura. O objetivo da construção deste aterro foi simular a carga das placas que seriam armazenadas nos galpões da siderúrgica em breve. O trabalho do grupo consistiu em fazer o monitoramento do comportamento de uma linha de estacas cravadas nas proximidades da estrutura de arrimo.