11.Dimensionamento geométrico de fundações profundas.pdf

Prévia do material em texto

Dimensionamento geométrico de
fundações profundas: Estacas, blocos
isolados, blocos de divisa e blocos
associados
DIMENSIONAMENTO GEOMÉTRICO DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS: ESTACAS, BLOCOS ISOLADOS E
BLOCOS ASSOCIADOS
AUTOR(A): PROF. GUSTAVO GREGORUTI DOS SANTOS
Fundação é o elemento estrutural que transmite para o terreno as ações atuantes na estrutura. Uma
fundação deve transferir e distribuir de maneira igual e segura as ações da superestrutura ao solo, de modo
que não cause recalques diferenciais prejudiciais ao sistema estrutural, ou ruptura do solo.
Quando em camadas superficiais do solo, com até 3 metros de profundidade a partir da cota de implantação
do empreendimento, for capaz de absorver as ações provenientes da edificação, a fundação a ser realizada
nessa profundidade será superficial, tambem conhecida como fundação direta ou rasa, caso contrario, se a
fundação tiver uma profundidade superior a 3,0m esta será considerada como fundação profunda.
A principal diferença entre esses dois tipos de fundações está na transferência de carga provenientes da
estrutura para o solo, nas fundações superficiais, a transferência de carga proveniente da estrutura para o
subsolo se faz unicamente pelo contato da base desta fundação ao solo. Nas fundações profundas, esta
transmissão de carga da estrutura ao subsolo, se faz através da resistência lateral entre a estaca e o solo, e a
resistência de ponta da estaca.
No caso dos tubulões, apesar de ser uma fundação profunda, a resistência lateral é desprezada, sendo este
tipo de fundação dimensionada apenas pela cota de apoio da base.
A determinação do tipo de fundação utilizado em uma construção depende de diversos fatores, tais como: 
Dimensionamento geométrico de fundações profundas: Estacas, blocos isolados, blocos de divisa e blocos
associados 01 / 13
 Conteúdo carregado! 
Topografia do terreno
Dados geológicos-geotécnicos
Dados sobre construções limitrofes à obra
Dados da estrutura a ser construida
Para se distribuir as cargas provenientes da estrutura às estacas, há necessidade de se criar um bloco de
coroamento (bloco de fundação). Ao conjunto de estacas assim solidarizadas pelo bloco de coroamento,
denomina-se estaqueamento, podendo o mesmo ser constituído por estacas verticais, estacas inclinadas ou
por ambas (ALONSO, 2012)
Blocos de fundação, ou coroamento,   são elementos estruturais de concreto armado, que tem a função de
transferir a carga dos pilares em um conjunto de estacas ou tubulões. Segundo a NBR 6118:2003 (Projeto de
Estruturas de Concreto — Procedimento), os blocos de fundação são definidos como, “blocos são estruturas
de volume usadas para transmitir às estacas as cargas de fundação”
GRUPO DE ESTACAS.
Caracteriza-se um grupo de estaca, ou tubulão, pela ligação estrutural no topo, geralmente um bloco de
coroamento. Nessa condição, a capacidade de carga e os recalques do grupo são diferentes do
comportamento de uma estaca isolada. A diferença se deve a interação entre estacas (ou tubulões) próximas
através do solo que as circunda, como ilustrado abaixo, e é chamada de efeito de grupo. (VELLOSO e LOPES,
2010).
Dimensionamento geométrico de fundações profundas: Estacas, blocos isolados, blocos de divisa e blocos
associados 02 / 13
De acordo com Budhu (2015), na maioria das situações práticas, as estacas são utilizadas em grupos. Elas
são arranjadas em padrões geométricos (quadrados, retângulos, círculos e octógonos) em um espaçamento,
"s", (distancia entre centros) não menor que 3D  (em que D ou simplesmente Ø é o diâmetro ou a largura da
estaca). Para espaçamento de estacas menores que 3D, a distribuição de tensão adjacente a cada estaca se
sobrepõe, reduzindo significativamente a capacidade de carga da estaca.
Os grupos são uma decorrência de cargas elevadas nos pilares em relação á carga de trabalho das estacas
disponíveis ou de esforços nas fundações, tais que a utiizaçao de um grupo de estacas inclinadas ou em
cavaletes oferece uma melhor maneira de absorver os esforços. (VELLOSO e LOPES, 2010).
Dimensionamento geométrico de fundações profundas: Estacas, blocos isolados, blocos de divisa e blocos
associados 03 / 13
Alonso (2010) define que frequentemente, são utilizados grupos de estacas (ou tubulões) verticais para
absorver forças horizontais. Em geral, despreza-se a contribuição do bloco, que, na realidade, será
eliminada no caso de uma escavação em torno dele. Tem-se então o problema da distribuição da força
atuante "H" pelo grupo de "n" estacas que o constituem. Como as estacas deslocam-se igualmente (bloco
rígido), é razoável atribuir a cada estaca a mesma força H/n. Por outro lado, se as estacas estiverem
próximas, haverá uma interação entre elas de forma que o deslocamento de uma estaca no grupo será maior
do que se estivesse isolada e submetida á mesma carga. Desse maior deslocamento decorre um maior
momento fletor. Assim, o efeito do grupo pode ser levado em conta reduzindo-se o coeficiente de reação
lateral (Davisson, 1970). 
A capacidade de carga de um grupo de estacas não é necessariamente a capacidade de carga de uma estaca
isolada multiplicada pelo número de estacas. Em solos de granulometria fina, as estacas mais externas
tendem a receber maior carga que as estacas no centro do grupo. Em solos de granulometria grossa, as
estacas do centro recebem maior Carga que as estacas do bordo (BUDHU, 2015)
A razão de capacidade de carga de um grupo de estaca  , com relação à capacidade de carga total das
estacas isoladas (  é denominada fator de eficiência 
Em que n é o número de estacas do grupo e    é a capacidade de carga última de  uma estaca isolada. Em
geral, o fator de eficiência é menor que um. Entretanto, as estacas cravadas em um solo foto, de
granulometria grossa, tendem a compactar o solo do entorno da estaca e    pode ser maior que um
(BUDHU, 2015).
Dimensionamento geométrico de fundações profundas: Estacas, blocos isolados, blocos de divisa e blocos
associados 04 / 13
Dimensionamento geométrico de fundações profundas: Estacas, blocos isolados, blocos de divisa e blocos
associados 05 / 13
Um grupo de estacas pode colapsar seja considerando a ruptura do grupo como se ela fosse um elemento
isolado (denominado modo de ruptura de bloco) ou como estacas isoladas (denominado modo de ruptura de
estaca isolada) (BUDHU, 2015).
DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL DE BLOCOS SOBRE
ESTACAS.
  Blocos são estruturas de volume usadas para transmitir às estacas as cargas de fundação, e podem ser
consideradas rígidos ou flexíveis por critério análogo ao definido para as sapatas. No caso de conjuntos de
blocos e estacas rígidas, com espaçamento de 2,5D a 3D (onde D é o diâmetro da estaca), pode-se admitir
plana a distribuição de carga nas estacas. Para blocos flexíveis ou casos extremos de estacas curtas,
apoiadas em substrato muito rígido, essa hipótese pode ser revista (ABNT NBR 6118/2014)
 Os blocos sobre estacas podem ser para 1, 2, 3, e teoricamente para n estacas. Blocos sobre uma ou duas
estacas são mais comuns em construções de pequeno porte, como casas térreas, sobrados, galpões, etc.,
onde a carga vertical proveniente do pilar é geralmente de baixa intensidade. Nos edifícios de diversos
pavimentos, como as cargas são maiores, geralmente o número de estacas supera duas. Há também o caso
de bloco assente sobre tubulão, quando o bloco atua como elemento de transição de carga entre o pilar e o
fuste do tubulão (Figura 1). (BASTOS, 2013)
Conforme a NBR 6118/03, o comportamento estrutural dos blocos rígidos é caracterizado por:
Dimensionamento geométrico de fundações profundas: Estacas, blocos isolados, blocos de divisa e blocos
associados 06 / 13
1.  “ trabalho à flexão nas duas direções, mas com trações essencialmente concentradas nas linhas sobre as
estacas (reticulado definidopelo eixo das estacas, com faixas de largura igual a 1,2 vez seu diâmetro);
2. cargas transmitidas pelo pilar para as estacas essencialmente por bielas de compressão, de forma e
dimensões complexas;
3. trabalho ao cisalhamento também em duas direções, não apresentando ruptura por tração diagonal, e sim
por compressão das bielas, analogamente às sapatas.”
MÉTODO DAS BIELAS.
A teoria das bielas admite que a carga recebida pelo bloco, proveniente do pilar, é transmitida pelo seu
interior, até as estacas, por elementos de concreto comprimido criado pela fissuração. Tais elementos são as
chamadas bielas e comportam-se como se fossem barras comprimidas de uma estrutura imaginária
existente no interior do bloco.
 As componentes horizontais destas bielas de compressão devem ser absorvidas por tirantes armados com
barras de aço.
Segundo Bastos (2013) o Método das Bielas é recomendado quando:
o carregamento é quase centrado, comum em edifícios. O método pode ser empregado para carregamento
não centrado, admitindo-se que todas as estacas estão com a maior carga, o que tende a tornar o
dimensionamento antieconômico;
todas as estacas devem estar igualmente espaçadas do centro do pilar.
O método das bielas é o método simplificado mais empregado, porque:
tem amplo suporte experimental (116 ensaios de Blévot, entre outros);
ampla tradição no Brasil e Europa
modelo de treliça é intuitivo
BLOCO SOBRE UMA ESTACA
No caso de pilares com dimensões próximas à dimensão da estaca, o bloco atua como em um elemento de
transferência de carga, necessário por razões construtivas, para a locação correta dos pilares, chumbadores,
correção de pequenas excentricidades da estaca, uniformização da carga sobre a estaca, etc. figura abaixo.
(BASTOS, 2013)
Dimensionamento geométrico de fundações profundas: Estacas, blocos isolados, blocos de divisa e blocos
associados 07 / 13
BLOCOS DE FUNDAçõES - PROF. DR. PAULO SERGIO DOS SANTOS BASTOS - UNESP
Conforme Alonso (2010), a altura do bloco deve ser da ordem de 1,2D e, no mínimo, igual ao comprimento
de ancoragem dos ferros de espera do pilar. A armadura não precisa ser calculada, uma vez que a
transmissão de carga e direta para a estaca. A armadura consiste em estribos horizontais e verticais (figura
acima). De um modo geral, é recomendável que blocos sobre uma estaca sejam ligados por cintas aos blocos
vizinhos em, pelo menos, duas direções aproximadamente ortogonais. Essas cintas devem ser
dimensionadas para absorver a excentricidade máxima permitida de 10% do diâmetro da estaca.
Cálculo simplificado da força de tração horizontal (T) 
 = diâmetro da estaca;
 = diâmetro do pilar
A armadura, na forma de estrivos horizontais, para resistir a força de tração   é:
: Resistência ao escoamento do aço - 
 = Resistência à tração do aço (50)
Deve-se adotar para os estribos verticais, nas duas direções do bloco, áreas iguais à armadura principal.
Para edifícios, a dimensão A do bloco pode ser tomada como:
 ou 
Para construções de pequeno porte, com cargas baixas, tem-se: 
 
BLOCO SOBRE DUAS ESTACA
O esquema das forças que entram no cálculo é:
Objeto disponível na plataforma
Informação:
Bloco de coroamento
Esquema de forças detalhes da armadura sobre bloco de uma estaca
Dimensionamento geométrico de fundações profundas: Estacas, blocos isolados, blocos de divisa e blocos
associados 08 / 13
 portanto: 
 
Inicialmente, parte-se de um valor d>e/2, verificando-se, a seguir, se não ocorre esmagamento da biela
comprimida. Para tanto, o valor deverá estar situado na área hachurada da figura abaixo, ou seja (ALONSO,
2010)
Dimensionamento geométrico de fundações profundas: Estacas, blocos isolados, blocos de divisa e blocos
associados 09 / 13
blocos com relação a/d 
blocos com relação 1 < a/d 
blocos com relação a/d > 2
Em que:
ftk =  A tensão de tração característica do concreto.
a = Distância do centro da estaca ao centro da biela. No caso de bloco sobre duas estacas a=e/2
bw = largura do bloco na seção considerada
d = Altura útil do bloco
y=yf=yc=1,96
 
BLOCO SOBRE TRÊS ESTACAS.
Segundo Alonso (2010) neste caso parte-se de uma relação d>=e/2, verificando-se, a seguir , se não ocorre
esmagamento da biela comprimida, analogamente ao que foi exposto para o bloco sobre duas estacas.
ATIVIDADE FINAL
Ao se dimensionar o espaçamento mínimo entre 2 estacas dentro de um
bloco de fundação com diversas estacas, este deverá ser de ?
A. Espaçamento entre eixos de 1D
B. Espaçamento entre eixos de 1,5D 
C. Espaçamento entre eixos de 2,0D 
D. Espaçamento entre eixos de 3,0D 
Dimensionamento geométrico de fundações profundas: Estacas, blocos isolados, blocos de divisa e blocos
associados 10 / 13
Uma estaca com diâmetro de 0,40m possui capacidade de carga de 50 tf.
Para dimensionar as fundações de um pilar com carga de 120 tf,
necessita-se cravar 3 estacas. Como ficará o bloco com os espaçamentos
corretos entre as estacas ?
A. 
B. 
C. 
D. 
Dimensionamento geométrico de fundações profundas: Estacas, blocos isolados, blocos de divisa e blocos
associados 11 / 13
Uma estaca com diâmetro de 0,40m possui capacidade de carga de 50 tf.
Para dimensionar as fundações de um pilar com carga de 230 tf,
necessita-se cravar 5 estacas. Como ficará o bloco com os espaçamentos
corretos entre as estacas ?
A. 
B. 
C. 
D. 
Dimensionamento geométrico de fundações profundas: Estacas, blocos isolados, blocos de divisa e blocos
associados 12 / 13
REFERÊNCIA
ABNT NBR 6118/2014 - Projeto de Estruturas de Concreto ¿ Procedimento
ALONSO, U. R. Exercícios de Fundações. 2 ed. Blucher. São Paulo, 2010
BASTOS, P. S. S. Blocos de Fundações - Notas de Aula, 2013
BUDHU,M. Fundações e estruturas de contenções. Traduzido de Foundations and easth retaining structures,
first edition, Rio de Janeiro, 2015.
VELLOSO, D. A. e LOPES, F. R. Fundações: critérios de projeto, investigação do subsolo, fundações
superficiais, fundações profundas. Oficina de Textos. São Paulo, 2010.
Dimensionamento geométrico de fundações profundas: Estacas, blocos isolados, blocos de divisa e blocos
associados 13 / 13