TCC completo 21:03

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DO LESTE DE MINAS GERAIS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
ÍTALO KENNEDY FERREIRA DO CARMO
MATHEUS MAGELA ZORZAN NOGUEIRA 
ANÁLISE TÉCNICA E ECONÔMICA DE PROJETO DE FUNDAÇÃO POR ESTACA TIPO TRADO HELICOIDAL 
	
Coronel Fabriciano
2018
ÍTALO KENNEDY FERREIRA DO CARMO
MATEUS MAGELA ZORZAN NOGUEIRA
ANÁLISE TÉCNICA E ECONÔMICA DE PROJETO DE FUNDAÇÃO POR ESTACA TIPO TRADO HELICOIDAL 
Trabalho de conclusão de curso apresentado à Área de Exatas, Curso de Engenharia Civil, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil do Centro Universitário do leste de Minas Gerais.
Orientador: Flavio Souza Silva
Coronel Fabriciano
2019
SUMÁRIO 
1 Introdução
2 Justificativa
3 Definição de estrutura de fundações 
4 Hipótese
5 Objetivos 
5.1 Objetivo Geral 
5.2 Objetivo Específico
6 Fundamentação Teórica
6.1 Investigações Geotécnicas
6.1.1 Sondagens de simples reconhecimento a percussão SPT
6.2 Definição de estrutura de fundação 
6.2.1 Fundações superficiais
6.2.2 Fundações profundas
6.2.2.1 Tubulões 
6.2.2.2 Estacas
6.2.2.2.1 Estacas cravadas
6.2.2.2.2 Estacas escavadas
6.2.3 Trado mecanizado
6.2.3.1 Vantagens
6.2.3.2 desvantagens
6.3 Carregamento transversal de estacas
6.4 Atrito negativo de estacas 
6.5 Efeito de grupo em estacas
6.6 Capacidade de cargas axiais em estacas
6.6.1 Métodos semi-empíricos
6.6.1.1 Método Aoki e Velloso (1975)
6.6.1.2 Método Decourt e Quaresma (1978)
7 Estudo de caso
7.1 Descrição do objeto de estudo
7.1.1 Localização do campo de estudo
7.1.2 Características geotécnicas do campo
7.1.3 Características do empreendimento 
7.2 Dimensionamento da capacidade de carga 
7.2.1 Características dos elementos projetados
7.2.2 Previsão da capacidade de carga pelo método Aoki e Velloso 
7.2.3 Previsão da capacidade de carga pelo método Decourt e Quaresma
7.3 Dimensionamento e detalhamento 
8 Conclusão 
9 Referências bibliográficas 
 
1. INTRODUÇÃO
A Engenharia civil tem se modernizado e com ela as cidades estão se desenvolvendo e se verticalizando. Para suprir a necessidade de obras maiores em espaços reduzidos foi necessário a intensificação do estudo das estruturas que suportam e transmitem as cargas para o solo. 
	Através de um projeto arquitetônico aprovado pela prefeitura de Ipatinga e com previsão de início da obra em fevereiro de 2019 tornou-se necessário um estudo técnico e econômico do tipo de fundação a ser utilizado na obra residencial de 9 pavimentos que será de responsabilidade da empresa Engecon Construtora e Incorporadora Ltda.
	Para tal, utilizaremos valores de cargas identificadas e disponibilizados pelo empresa Heyder Engenharia, análises de solo realizadas pela empresa Solostech Engenharia e métodos de cálculos para dimensionamento de estacas do tipo trado mecanizado. 
 	Além de garantir uma maior viabilidade para o projeto, a pesquisa aborda e avalia questões econômicas, como custo final e trabalhabilidade com o uso de planilhas orçamentárias, pesquisas de campo e análises técnicas, tal fato é suficiente para justificar nosso interesse pelo trabalho e sua importância.
2. Justificativa
Nos últimos anos o Brasil passou por uma dura crise financeira, afetando inclusive o setor da construção civil. Nesse período, a concorrência elevada levou as empresas a rever suas técnicas e questionar suas estratégias. Assim, fazer uma análise técnica e econômica do tipo de fundação profunda a ser utilizado é uma forma eficiente de trabalhar.
 Além do grande interesse por parte dos autores na área da engenharia de fundações, essa pesquisa se torna importante por viabilizar a execução e analisar a eficácia desse tipo de estrutura que e muito utilizada no país. 
3. Problema
Porque foi escolhido o trado mecanizado para a edificação e solo estudado? Qual seria o valor investido nesse tipo de fundação?
4. Hipótese 
Hipótese 1: Levando em consideração a sondagem de solo, o plano de cargas e as formas de execução, o trado mecanizado e o tipo fundacao mais viável tecnicamente e economicamente. 
Hipótese 2: Devido a dificuldade de acesso e custos de maquinário e mão de obra para execução de outro tipo de fundação, como por exemplo hélice contínua, o trado mecanizado se tornou mais eficaz tecnicamente e economicamente.
 
5. Objetivos 
5.1 Objetivo Geral
A Partir do estudo do solo e do plano de cargas, projetar estacas do tipo trado mecanizado e fazer análises técnicas e econômicas para viabilizar a execução.
5.2 Objetivo Específico 
Analisar a sondagem de solo;
Analisar as cargas transmitidas para o solo;
Justificar a utilização do trado mecanizado;
Avaliar a viabilidade do tipo de fundações para o modelo de obra;
Dimensionar as estacas para fundação;
Calcular os custos execução;
Viabilizar a execução do projeto;
6. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
6.1 Investigações Geotécnicas
O pleno conhecimento do solo e do local da obra é de suma importância para o dimensionamento seguro e eficiente da fundação. As características obtidas com a sondagem são utilizadas para cálculo da tensão admissível, verificação do nível do lençol freático, previsão de recalques e estimativa de cargas de ruptura.
Hachich et al. (1998) afirma que o conhecimento adequado do solo é uma exigência para a elaboração de projeto de fundações. Deve-se analisar e classificar as diversas camadas que compõem o solo assim como suas características de engenharia. 
As mais notáveis técnicas de investigação de subsolo usadas como parâmetro para projetos de fundações de estruturas são: Poços; sondagens a trado; sondagens a percussão com SPT; sondagens rotativas; ensaio de cone(CPT); Ensaio pressiométrico (PMT) (Velloso,2011).
Preferencialmente inicia-se às investigações geotécnicas com sondagens a percussão. (ABNT NBR 6497:1983). 
O número de sondagens e a sua localização em planta dependem do tipo de estrutura, de suas características especiais e das condições geotécnicas do subsolo. O número de sondagens deve ser suficiente para fornecer um quadro, o melhor possível, da provável variação das camadas do subsolo do local de estudo (ABNT, 1983). 
A NBR 8036.1983 (programa de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios) estabelece um número mínimo de sondagens de acordo com o tamanho da construção como pode ser visto na tabela a seguir: 
 6.1.1 Sondagens de simples reconhecimento a percussão SPT
		A sondagem de simples reconhecimento à percussão ou SPT (Standard Penetration Test) é o mais utilizado no Brasil, por conta de sua alta eficiência e baixo custo de operação. (TEIXEIRA,2016). Ao ensaio de sondagem atribui-se o conhecimento das seguintes informações: 
· A estratigrafia do solo, analisado a partir da retirada de uma amostra deformada, a cada metro escavado. 
· A resistência (NSPT) oferecida pelo solo à cravação do amostardo padrão, a cada metro perfurado.
· A situação espacial do nível d'água dentro do substrato, quando este existente, durante o processo de perfuração e/ou escavação.
		A metodologia de ensaio é dada pela NBR 6484:2001 “Solo - Sondagens de simples reconhecimento com SPT - Método de ensaio” e complementada pela NBR 8036:1983 “Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios – Procedimento”. 
		O método regulamentado consiste, essencialmente, na cravação de um amostrador padrão no solo, de 45 cm de comprimento, através da queda livre de um peso (martelo), de 65 kg, caindo de uma altura de 75 cm. 
Figura 1: Sistema de SPT tradicionalmente empregado nos estados unidos e no Brasil (adaptado de KOVACS e SALOMONE, 1982)
		O valor do índice de resistência à penetração (NSPT) de um solo qualquer corresponde ao número de golpes necessários à penetração dos últimos 30 cm de um amostrador padrão, após a cravação inicial de 15 cm (TEIXEIRA,2016).
		
6.2 Definição de estrutura de fundações 
Segundo Hachich et al. (1998) fundações são algo firme, sólido e não apenas auto sustentáveis mas capaz de sustentar estruturas que sobre elas se colocam. A cargasuperficial que será suportada pelas fundações são proveniente das superestruturas, enquanto as fundações são chamadas de infraestrutura. A infraestrutura tem a capacidade de apoiar-se na camada natural de forma segura.
Há diferentes formas de agrupar os vários tipos de fundação. Uma delas leva em conta a profundidade da ponta ou base do elemento estrutural de fundação, o que dá origem a dois grandes grupos as fundações superficiais e as fundações profundas. (CINTRA, AOKI, & ALBIEIRO, 2011). 
O conhecimento do subsolo é essencial para o projetista de fundações. Uma pequena consideração errada pode causar enormes prejuízos ou até mesmo a inviabilidade da obra. (Velloso ,2011).
Ainda segundo Hachich et al. as fundações são comumente classificadas em dois grupos, fundações superficiais e fundações profundas.
6.2.1 Fundações superficiais
Segundo a NBR 6122 as fundações superficiais podem ser descritas como 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 as sapatas, os blocos, os radier, as sapatas associadas, as vigas de fundação e as sapatas corridas.
As fundações diretas ou rasas são assim definidas pois as cargas da edificação são transmitidas ao solo logo nas primeiras camadas. Sendo assim, necessário uma elevada resistência nos primeiros metros capaz de suportar o somatório de forças solicitadas para que esse tipo de estrutura seja utilizado (REBELLO, 2008). 
6.2.2 Fundações profundas 
Segundo a NBR 6122 as fundações profundas se caracterizam como elemento de fundação que transmite a carga ao terreno pela base (resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas, e que está assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no mínimo 3 m, salvo justificativa. Neste tipo de fundação incluem-se as estacas, os tubulões e os caixões.
Ainda segundo a NBR 6118 e confirmado por Velloso(2011) não existe uma diferença clara entre estacas tubulões e caixões. Tradicionalmente no brasil as estacas se diferem dos tubulões e caixões pela execução apenas por equipamentos e ferramentas, sem a necessidade de um operário descer em seu interior em nenhuma fase. 
6.2.2.1 Tubulões
 
Segundo a NBR 6122 os tubulões são um elemento de fundação profunda, escavado no terreno em que, pelo menos na sua etapa final, há descida de pessoas, que se faz necessária para executar o alargamento da base ou pelo menos a limpeza do fundo da escavação, uma vez que neste tipo de fundação as cargas são transmitidas preponderantemente pela ponta.
Figura 7: tubulões (a) em perfil, sem e com alargamento de base usuais; (b) circular e (c) “Falsa elipse” (Velloso,2011).
Os tubulões podem ser escavados a céu aberto ou executado sob ar comprimido. Quando a escavação atinge o lençol freático é preciso revestir a escavação e utilizar ar comprimido. Composto por um fuste cilíndrico e sua base pode ser alargada ou em forma de elipse. Para a execução, dependendo das condições do solo, pode-se ou não utilizar um revestimento metálico, conhecido como camisa, para garantir estabilidade durante a escavação e concretagem (Velloso 2010).
Figura 8: tipos de tubulões quanto ao uso de revestimento: (a) sem revestimento (b) com revestimento de concreto (c) com revestimento metálico (Velloso,2011).
6.2.2.2 Estacas
“As estacas são elementos esbeltos, implantados no solo por meio de percussão ou pela prévia perfuração do solo com posterior concretagem, podendo dessa forma, serem classificadas estacas cravadas e estacas escavadas.” (JOPPERT JR., 2007). 
A diferença entra elas esta associada basicamente ao material de composição ou técnicas de execução, que deve compatibilizar prescrições de projeto, condições de solo e valor de investimento. A grande diversidade é necessária para atender os variados tipos de solo, clima, projetos e necessidades.
6.2.2.2.1 Estacas cravadas:
· madeira: Segundo velloso,2011 troncos de árvores retos, com preparação nas pontas, limpeza na superfície lateral, formam as estacas de madeira. Para obras permanentes também deve-se fazer um tratamento com produtos preservativos. No Brasil a utilização é reduzida mesmo com a facilidade de manuseio, corte e preparação .
 As espécies mais utilizadas são Eucalipto para as obras temporárias e Ipê para obras permanentes, ambas em abundância no território brasileiro. São cravadas no solo por meio do pilão e possuem duração ilimitada quando submersa, mas apodrecem rapidamente quando sujeita a variação de umidade (Segundo Rodrigues E. 2006).
· metálica: constituídas por peças de aço laminado ou soldado tais com perfis de seção I ou H, chapas dobradas de seção circular, quadradas e retangulares bem como o uso de trilhos. (Hachich et al. 1998). 
Segunda Velloso 2011, além da alta capacidade de carga e ajustes devido a grande variedade de formas e tamanhos, esse tipo de fundação oferece vantagens como a facilidade de transporte, manuseio e cravação. A principal desvantagem é o alto custo da matéria prima. 
· concreto: a NBR 6122 (2010) define estaca pré-moldada de concreto como “estaca constituída de segmentos de concreto pré-moldado ou pré-fabricado e introduzida no terreno por golpes de martelo de gravidade, de explosão, hidráulico ou martelo vibratório. 
Segundo Joppert Jr.(2007), a grande vantagem das estacas de concreto é que essas podem ser emendadas umas as outras proporcionando alcance da profundidade necessária. Outro ponto de grande valia é a facilidade do controle da qualidade da produção da mesma e também quando inserida no solo e sua alta capacidade de carga.
	Figura - Estacas Cravadas: Madeira, Metálica e Concreto.
6.2.2.2.2 Estacas escavadas: 
· Strauss: Estaca tipo Strauss tem como vantagem a simplicidade e leveza do equipamento facilitando sua utilização em locais com pouco espaço ou em terrenos acidentados, como por exemplo dentro de edificações já existentes. Além disso, por causar pouca vibração, esse tipo de estaca geralmente não causa danos às edificações vizinhas. Sua concretagem acontece no local e é executada por perfuração com o uso de uma piteira. 
O equipamento completo é composto por um tripé (aço ou madeira), um guincho com motor (elétrico ou combustão), uma sonda de percussão com válvula que possibilita a retirada do solo, um soquete de 300 kg, uma tubulação em aço rosqueável com medidas entre 2 e 3 metros, e outras ferramentas (MR Sondagens e Estacas, 2009). 
· Franki: Estaca tipo Franki é executada por meio da cravação no terreno de um tubo de ponta fechada, por meio da bucha, e execução de uma base alargada, que é obtida introduzindo-se no terreno certa quantidade de material granular por meio de golpes de um pilão (Hachich et al., 1998).	
Para a execução bem sucedida é necessário equipamentos adequados e mão de obra especializada e algumas ferramentas como um bate-estaca, tubos para revestimento do furo, pilões e segue a seguinte sequência: posicionamento do tubo de revestimento e formação da bucha a partir do lançamento de brita e areia no interior do tubo e compactação pelo impacto do pilão fazendo o material aderir fortemente ao tubo; Cravação do tubo no terreno por meio da aplicação de sucessivos golpes do pilão na bucha formada na etapa anterior; Terminada a cravação, o tubo é preso à torre do bate-estaca por meio de cabos de aço, para expulsar a bucha e iniciar a execução da base alargada, que se dá́ pelo apiloamento de camadas sucessivas de concreto quase seco; Colocação da armação da estaca, tomando-se o cuidado de garantir a sua ligação com a base alargada; Concretagem do fuste, com o lançamento de camadas sucessivas de pequena altura de concreto e recuperação do tubo; Finalização do processo executivo, onde a concretagem do fuste ocorre até 30 cm acima da cota de arrasamento (Velloso,2011).
· Hélicecontínua: feita de concreto moldada “in loco” que é executada em três etapas: perfuração, concretagem simultânea a extração do trado e instalação da armadura (Tavares,2009).
Segundo NBR 6122 (ABNT, 2010), esta etapa consiste na introdução, a profundidade estabelecida em projeto, por rotação da hélice contínua, sem a retirada do solo escavado (Figura). Durante esta etapa o solo é bloqueado pelo fundo e assim o material preenche as hélices do trado. Para evitar que durante a penetração do trado haja entrada de solo ou água na haste tubular, existe uma tampa metálica provisória, que será expulsa e recuperada O sistema de monitoração registrar instantaneamente a profundidade de penetração, a velocidade de avanço e a rotação do trado. Durante a introdução é importante minimizar o eventual desconfinamento provocado pela remoção excessiva do solo durante a sua penetração (PENNA ET. AL., 1999). 
Segundo velloso,2011 após a lança alcançar a profundidade de projeto, o concreto é bombeado sem pausas através do tubo localizado no centro da lança helicoidal, ao mesmo tempo que a hélice é extraída, sem girar ou girando lentamente no sentido de escavação. A velocidade de retirada da hélice deve ser mantida de forma que o concreto injetado sempre se mantenha com pressão positiva. A pressão do concreto deve garantir que todos os espaços vazios deixados pela perfuração é retirada do mecanismo sejam preenchidos. 
Pelo método executivo descrito nas etapas anteriores a armadura só poderá ser instalada após a concretagem da estaca e, naturalmente, com as dificuldades inerentes a este processo. Para facilitar sua introdução a armação longitudinal deve ser convenientemente projetada de modo a ter um peso e uma rigidez compatíveis com seu comprimento. Estacas submetidos apenas a esforços de compressão geralmente levam uma armadura no topo de 4 metros, estacas sujeitas a outros esforços podem ser armadas até profundidades maiores(PENNA ET. AL., 1999). 
 
Figura 1: Execução de estaca tipo Strauss: (a) escavação; (b) limpeza do furo; (c) Concretagem após colocação da armadura; (d) estaca pronta (Velloso,2011).
Figura 2: Execução de estaca tipo Franki Standart (Velloso,2011).
Figura 3: Execução de estaca hélice continua (Velloso,2011).
6.2.3 Trado mecanizado 
Tal tipo de estaca é também conhecida como estacas escavadas mecanicamente. Tem como principal vantagem a simplicidade de execução e de seus equipamentos.
São executadas com caminhões perfuratriz, equipados com mesa rotatória composta de haste metálica que em sua ponta, possui um trado helicoidal de aproximadamente 1,00m. Usualmente os trados são de Ø30cm e podem chegar até Ø160cm e suas profundidades variam de 10 a 20 metros, podendo chegar até 30m. São limitadas pelo nível do lenço freático pois não utilizam a técnica do revestimento.
Assim, promove-se a escavação da estaca com a broca até a cota projetada, em seguida retira-se a broca e faz-se a limpeza de suas hélices, tomando cuidado para que o solo não retorne para dentro da escavação. A base da estaca deve então receber tratamento de compactação, geralmente promovido por um pilão, vinculado a uma corda. Após a certeza de que a base esteja totalmente socada, inicia-se a etapa de concretagem, até o nível em que se deva colocar a armação projetada para estaca. Coloca-se a gaiola e em seguida finaliza-se a etapa de concretagem.
6.2.3.1 Vantagens 
· Mobilização e desmobilização com baixo custo pois pode ser transportado em pequenos caminhões prancha;
· Perfurador pode ser instalado em tratores tornando-se possível trabalhar em espaços pequenos sem danificar os gabaritos e marcações da obra;
· Necessidade de pouca mão de obra, geralmente apenas um operador e um auxiliar;
· Possibilita a execução de estacas próximas à divisa;
· Propiciam o conhecimento de todas as camadas de solo atravessadas;
· O posicionamento da perfuração tem grande versatilidade e agilidade, possibilitando grande produtividade;
· Ao trabalhar com menores diâmetros proporcionam competitividade no custo benefício com alternativas usuais; 
· Ausência de vibração durante a perfuração;
· Possibilidade de perfuração em solos de resistência elevada.
6.2.3.2 desvantagens 
· Não permite verificação de resistência durante a escavação;
· Execução limitada até o nível do lençol freático;
· Risco de estrangulamento em solos de argila mole ou areia;
· Escavação provoca alívio de tensões, podendo diminuir a resistência da estaca;
· Requer maior controle durante a concretagem pois a mesma não poderá ser inspecionado posteriormente.
6.3 CARREGAMENTO TRANSVERSAL DE ESTACAS 
O crescente aprimoramento das tecnologias ligadas a engenharia civil proporcionou um aumento na magnitude dos edifícios e consequentemente uma elevação no aumento e variedade das solicitações existentes. Um projeto de estacas em geral deve prever, além das cargas verticais usuais, cargas transversais - presentes tanto no topo da estaca como em profundidade. 
Ações horizontais na superestrutura se transmite ao nível das fundações, dando origem a cargas horizontais e momentos concentrados. São exemplos: forças de vento, sismos, frenagem de veículos, variações térmicas, etc. 
Estacas sob esforços transversais apresentam três pontos a serem analisados: (1) Estabilidade (Ou segurança à ruptura do solo): analisa-se se o solo é capaz de suportar, dentro dos limites de segurança, as tensões que lhe são impostas pela estaca. (2) Deslocamentos: Checar se o deslocamento (e rotação) do topo da estaca sob a carga de trabalho é compatível com a estrutura suportada. (3) Dimensionamento estrutural da estaca:  quando será necessário prever os esforços internos. 
	Alonso afirma que as estacas carregadas transversalmente podem ser categorizadas em ativas e passivas. As estacas ativas são as que, sob a ação de cargas externas, transmitem ao solo esforços horizontais. ao contrário as estacas passivas são as que os esforços horizontais ao longo do fuste são decorrentes do movimento de solo que as envolve. No primeiro caso o deslocamento horizontal é a causa e o carregamento ao longo do fuste, o efeito. Já no segundo caso o carregamento é causado por algum evento do solo que as envolve. 
Figura
	
Fonte :
Velloso propõe a duas frentes para a resolução do problema: (1) adoção de estacas inclinadas para trabalhar predominantemente sob forças axiais e minimizar os efeitos de flexão; (2) projetar estacas na vertical para absorção dos esforços de flexocompressão e flexotração ocasionados pelas cargas transversais.
6.4 ATRITO NEGATIVO EM ESTACAS 
Alonso nos alerta que quando uma estaca atravessa uma camada de solo compressível, podem ocorrer esforços adicionais na mesma (que não contam no desenho do engenheiro de estruturas), tais como empuxos horizontais devido a cargas unilaterais nessa camada de solo e atrito negativo, que, no caso das estacas verticais, correspondem ao uma acréscimo na carga axial decorrente a um recalque da camada compressível. Caso a estaca for inclinada, existirá em conjunto um esforço de flexão decorrente desse recalque.
	O recalque da camada compressível (e portanto, o atrito negativo) pode ser devido a várias causas, entre elas Alonso destaca três: (1) Amolgamento (Perda de resistência) da camada compressível provocado pela cravação das estacas; (2) Recalque da camada compressível causado por uma sobrecarga devido ao lançamento de um aterro, ao estoque de materiais ou outra causa. (3) Solos sub-adensados que recalcam por efeito de peso próprio.(4) Rebaixamento do lençol d’água em camada de areia acima de argila mole ou alívio de pressões em camada de areia abaixo de argila mole.
	Segundo Velloso, a análise no tratamento do fenômeno se dá em duas frentes:(1) O atrito negativo é tratado como um carregamento adicional, somando-se às cargas aplicadas no topo da estaca; (2) é considerado como fator de minoração da capacidade de carga da estaca.
Figura 
Fonte:
	 De acordo com Velloso apout baligh há situações em que o atrito negativo atingevalores tão elevados que se torna economicamente viável a adoção de recursos executivos que reduzam o atrito. Na literatura especializado são indicados alguns recursos: 
· Redução dos recalques por meio de aplicação prévia de sobrecarga com drenos verticais(ou pelo uso de eletro osmose);
· Utilização de um revestimento capaz de evitar o contato entre a estaca e o solo(normalmente preenchida com lama bentonítica);
· Pintar a estaca com produto capaz de reduzir o atrito entre ela e o solo.
6.5 Efeito de grupo em estacas
6.6 CAPACIDADE DE CARGA AXIAIS EM ESTACAS 
Uma fundação dimensionada de forma correta garante, simultaneamente, segurança em relação aos possíveis modos de colapso (atendimento aos estados limites últimos) e deslocamentos em serviços aceitáveis (atendimento aos estados de limite de utilização). logo segundo Veloso no projeto de uma fundação, é preciso verificar a segurança em relação a perda de capacidade de carga , um dos principais modos de colapso. Além de avaliá-la para as cargas de serviço os deslocamentos verticais e horizontais. 
Segundo Alonso a capacidade de carga de uma estaca pode ser definida como o menor dos valores: (1) Resistência estrutural do material da estaca; (2) Resistência do solo que lhe dá suporte. 
A indispensabilidade de executar verificações de segurança de projetos de fundações por estacas resultaram, ao decorrer dos anos, em uma variedade de análises solo-estaca, subdivididos em estaticos e dinamicos.(Andrzejewski, 2015 )
  
Ainda segundo Andrzejewski, os métodos dinâmicos foram formulados a mais tempo que os estáticos e lidam apenas com estacas cravadas. Baseiam-se nas “Fórmulas Dinâmicas” e na “Equação da Onda” para estimativa da capacidade de carga, consideram as observações do processo de cravação e a respectiva resposta levando em conta, também, a mobilização de resistência viscosa do solo junto ao eventual aparecimento de forças inerciais. 
Por outro lado, segundo Velloso(2010) nos métodos estáticos a capacidade de carga é definido por fórmulas que estudam a estaca ou tubulão mobilizando toda a resistência ao cisalhamento estático do solo, adquiridos em ensaios de laboratórios ou in situ. Os métodos estáticos podem ser divididos em dois grupos: (1) Racionais ou teóricos, que utilizam soluções teóricas de capacidade de carga e parâmetros do solo; (2) Semiempiricos, que se baseiam em ensaios in situ de penetração (SPT e CPT).
Ainda existem os métodos exclusivamente empíricos, onde a capacidade de carga das estacas são estimadas com base apenas na classificação das camadas cruzadas. os métodos empíricos são apenas recomendados para cálculos simples de estimativas de capacidade de carga, pois não apresenta resultados precisos e consistentes. 
Nos métodos estáticos, imagina-se o equilíbrio entre a carga aplicada, o peso próprio da estaca e a resistência oferecida pelo solo, conforme ilustrado pela imagem a seguir. 
fonte: 
Esse equilíbrio pode ser expressado pela equação: 
Qult + W = Qp,ult + Ql,ult
Onde : Qult = Capacidade de carga total da estaca
	 W = Peso próprio da estaca 
	 Qp,ult	 Capacidade de carga da ponta ou base
 Ql,ult = Capacidade de carga do fuste
6.6.1 MÉTODOS SEMI-EMPÍRICOS QUE UTILIZAM O SPT
Como o ensaio SPT é normalmente o único ensaio de campo disponível, propagou-se no Brasil a prática de relacionar medidas de Nspt diretamente com a capacidade de carga de estacas (e.g.Aoki & Velloso, 1975; Décourt & Quaresma, 1978; Amaral, Viezzer & Amaral, 2000) apud (Lobo, 2005).
Schnaid (2000) afirma que em sua experiência, esses métodos são fundamentais para a engenharia de fundação. Entretanto é primordial reconhecer que os métodos são validados e testados em território nacional e às condições específicas dos casos históricos utilizados no seu estabelecimento. 
Os métodos de Aoki & Velloso (1975) e Décourt & Quaresma (1978) se destacam por sua grande utilização no Brasil e por serem consagrados pelos profissionais de engenharia.(Lobo, 2005) 
6.6.1.1 MÉTODO AOKI E VELLOSO (1975)
O método de Aoki-Velloso (1975) foi elaborado fundamentado em estudos comparativos entre resultados de provas de carga em estacas e de SPT. O método admite a utilização de dados dos ensaios SPT e CPT.(Velloso, 2010) 
Para que a metodologia proposta possa ser aplicada à ensaios de penetração dinâmica, utiliza-se um coeficiente de conversão “k” da resistência da ponta do cone para Nspt (Lobo,2005). 
A expressão da capacidade de carga última é representada pela equação:
Onde:
 : perímetro da seção transversal do fuste (m);
 : área da seção transversal da ponta (m2);
 : o segmento de estaca que está sendo calculado;
Os coeficientes “F1” e “F2” são fatores de correção das resistências de ponta e lateral que levam em conta diferenças de comportamentos entre a estaca e o cone estático. Esses fatores foram calculados a partir de retroanálises de resultados de provas de carga em estacas. .(Velloso, 2010) 
Na Tabela 1.1 são apresentados os valores de “F1” e “F2” originalmente propostos por Aoki-Velloso (1975), assim como valores apresentados posteriormente por mais dois estudos relevantes na área: Laprovitera (1988) & Benegas (1993) e Monteiro (1997).
Os coeficientes “k” e “α” são condicionados pelo tipo de solo e, assim como os valores de “F1” e “F2”, existem trabalhos atuais que sugerindo uma revisão nos valores. Na Tabela 1.2 são apresentados os valores de “k” e “α” propostos originalmente por Aoki & Velloso (1975), os valores propostos por Laprovitera (1988) e por Monteiro (1997). (Lobo,2005).
Tabela 1.1 - Valores de F1 e F2 (Método de Aoki-Velloso)
	Tipo de Estaca 
	Aoki & Velloso(1975)
	Laprovitera (1988) & Benegas (1993)
	Monteiro (1993)
	
	F1
	F2
	F1
	F2
	F1
	F2
	Franki de fuste apiloado
	2,5
	5
	2,5
	3
	2,3
	3
	Franki de fuste fibrado
	2,5
	5
	2,5
	3
	2,3
	3,2
	Metálica
	1,75
	3,5
	2,5
	3,4
	1,75
	3,5
	Pré-moldada de concreto cravada à percussão
	1,75
	3,5
	2
	3,5
	2,5
	3,5
	Pré-moldada de concreto cravada por prensagem
	1,75
	3,5
	2
	3,5
	1,2
	2,3
	Escavada 
	3
	6
	4,5
	4,5
	-
	-
	Escavada com lama bentonítica
	-
	-
	-
	-
	3,5
	4,5
	Raiz
	-
	-
	-
	-
	2,2
	2,4
	Strauss
	-
	-
	-
	-
	4,2
	3,9
	Hélice contínua
	-
	-
	-
	-
	3
	3,8
Tabela 1.2 - Valores de k e α (Método de Aoki-Velloso)
	Tipo de solo
	Aoki & Velloso(1975)
	Laprovitera (1988) & Benegas (1993)
	Monteiro (1993)
	
	k (Kgf/cm)
	α (%)
	k (Kgf/cm²)
	α (%)
	k (Kgf/cm²)
	α (%)
	Areia
	1
	1,4
	0,6
	1,4
	0,73
	2,1
	Areia Siltosa 
	0,8
	2
	0,53
	1,9
	0,68
	2,3
	Areia Silto-argilosa 
	0,7
	2,4
	0,53
	2,4
	0,63
	2,4
	Areia Argilosa 
	0,6
	3
	0,53
	3
	0,54
	2,8
	Areia Argilo-siltosa 
	0,5
	2,8
	0,53
	2,8
	0,57
	2,9
	Silte 
	0,4
	3
	0,48
	3
	0,48
	3,2
	Silte Arenoso 
	0,55
	2,2
	0,48
	3
	0,5
	3
	Silte Areno-argiloso 
	0,45
	2,8
	0,38
	3
	0,45
	3,2
	Silte Argiloso 
	0,23
	3,4
	0,3
	3,4
	0,32
	3,6
	Silte Argilo-arenoso 
	0,25
	3
	0,38
	3
	0,4
	3,3
	Argila 
	0,2
	6
	0,25
	6
	0,25
	5,5
	Argila Arenosa 
	0,35
	2,4
	0,48
	4
	0,44
	3,2
	Argila Areno-siltosa 
	0,3
	2,8
	0,3
	4,5
	0,3
	3,8
	Argila Siltosa 
	0,22
	4
	0,25
	5,5
	0,26
	4,5
	Argila Silto-arenosa 
	0,33
	3
	0,3
	5
	0,33
	4,1
	Segundo Velloso (2010) quando o método foi proposto ainda não se executava estacas tipo raiz e hélice contínua. Três trabalhos finais de curso da UFRJ foram conduzidos com intuito de sanar essa defasagem. Os valores de F1= 2 e F2 = 4 conduziram uma estimativa razoável e ligeiramente conservadora.
6.6.1.2 Método Decourt e Quaresma (1978)
7 Estudo de caso 
Ao elaborar um projeto de fundações, além de analisar parâmetros físicos em relação ao solo, a experiência de um profissional é muito importante para adequar as decisões respeitando os limites de segurança, orçamento e desempenho da obra. 
Tal importância despertou o interesse em desenvolver esse trabalho com objetivo de aumentar o conhecimento técnico sobre o assunto. Para tal faremos um estudo de caso onde será dimensionado um projeto de fundação com o uso de estacas do tipo trado mecanizado.
Além disso teremos a oportunidadede acompanhar, analisar e até mesmo fiscalizar a execução de algumas delas no canteiro de obra.
7.1 Descrição do objeto de estudo
7.1.1 Localização do campo de estudo
 
A obra disponibilizada para estudo está situada na área urbana da cidade de Ipatinga, no estado de Minas Gerais, mais precisamente no endereço de rua Brilhante, número 140, bairro Iguaçu, cep 35162-037.
Figura x: locação do lote em Ipatinga   
 
Fonte: autor (2019)
7.1.2 Características geotécnicas do campo
Com uma área de 424 m2, foi necessário a execução de 3 furos de sondagem a percussão (SPT) ,pré estabelecidos em projeto, para determinar as características do solo local, sendo que um deles teve que ser relocado por ter atingido uma camada impenetrável ainda nos primeiros metros do ensaio no subsolo. 
   
Após uma análise criteriosa e a favor da segurança, o laudo 1 (anexo A) foi definido como o que melhor representa o espaço a ser estudado, levando em consideração que possui valores mais compatíveis com a realidade. Nele podemos conferir a presença de uma argila siltosa nos 5 primeiros metros, seguido de uma pequena camada de pedregulho e outra de argila pouco arenosa, nos próximos metros observamos uma predominância de silte duro apenas com variação na tonalidade, a partir dos 26 metros encontramos uma alteração de rocha , arenosa siltosa com mica que se estendeu pelo restante do furo. O nível do lençol freático foi encontrado a aproximadamente 17 metros de profundidade.  
7.1.3 Características do empreendimento
O projeto arquitetônico do empreendimento para uso residencial é composto por uma única torre de 10 pavimentos, sendo 2 destinados às garagens (subsolo e nível da rua), e o restante a apartamentos privilegiados com uma única unidade por andar e elevador.   
7.2 Dimensionamento da capacidade de carga 
7.2.1 Características dos elementos projetados
7.2.2 Previsão da capacidade de carga pelo método Aoki e Velloso 
7.2.3 Previsão da capacidade de carga pelo método Decourt e Quaresma
7.3 Dimensionamento e detalhamento 
8 Conclusão 
 REFERÊNCIAS 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 6484: Solo – Sondagens de simples reconhecimento com SPT: Método de Ensaio, Brasil, 2001; 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 8036 – Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios, Brasil, 1983; 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 6122 – Projeto e execução de fundações, Brasil, 2010; 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 6497 – Levantamento geotécnico , Brasil, 1983; 
HACHICH, Waldemar et al. Fundações - Teoria e Prática. In: NÁPOLES NETO, Antonio D. F. História das Fundações – Uma breve história das fundações. 2 ed. São Paulo: PINI, 1998 751p., il. Inclui bibliografia.
HACHICH, Waldemar et al. Fundações: Teoria e Prática. 2ª Edição. São Paulo, Brasil: Editora PINI Ltda,1998.  
TEIXEIRA, Alexandre Lopes. Estudo de caso de fundação em estaca tipo hélice contínua em sites de mineração: dimensionamento e análise comparativa. 2016; 
Melo, Eduardo oliveira de. Analise do comportamento de estacas pré-moldada e mista, instrumentadas, e, solo sedimentar da região de recife/PE.2015;
Tavares, C.A.A., 2009. Elaboração e aplicação de uma metodologia de controle de qualidade para o processo executivo de estacas hélice contínua monitoradas. Dissertação de Mestrado, Publicação EDM 009A/09, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília/DF, 117 p.
PENNA, A. S. D., CAPUTO, A. N., MAIA, C. M., PALERMO, G., GOTLIEB, M.,
PARAÍSO, S. C. & ALONSO, U. R. (1999). Estaca Hélice-Contínua: Experiência
Atual. ABMS/ABEF Editores, São Paulo.
Tavares, C.A.A., 2009. Elaboração e aplicação de uma metodologia de controle de qualidade para o processo executivo de estacas hélice contínua monitoradas. Dissertação de Mestrado, Publicação EDM 009A/09, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília/DF, 117 p.
HACHICH, Waldemar et al. FUNDAÇÕES – Teoria e Prática. São Paulo: Pini, 1998.
Fundações Profundas. Disponível em: <http://www.lmsp.ufc.br/arquivos/graduacao/fundacao/apostila/04.pdf>. Acesso em: 24 de fevereiro de 2019.
Trado Mecânico Fundações Ltda. Disponível em: <http://tradomecanico.com.br/>. Acesso em: 25 de fevereiro de 2019.
BARROS, Carolina. TÉCNICAS CONSTRUTIVAS EDIFICAÇÕES. Disponível em: <https://edificaacoes.files.wordpress.com/2011/04/apo-fundac3a7c3b5es-completa.pdf>. Acesso em: 09 de maio de 2015.
Ensaio de Integridade PIT. Disponível em: <http://www.pdi.com.br/pit-port.htm>. Acesso em 11 de maio de 2015.