Cálculo da capacidade de carga de fundações em estacas pelo SPT

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Cálculo da Capacidade de Carga de Fundações em

Estacas pelo SPT

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Utilizando os métodos teóricos de Aoki-Velloso e

Décourt-Quaresma

























Agenda

Introdução #1

Passo

Bônus

Método de Décourt-Quaresma #2

Método de Aoki-Velloso #3

Exemplo Prático #4



Pra quem é este material ?

• Engenheiro civil que precisa de uma revisão no assunto “Cálculo de Fundação em Estacas”;

• Estudante de engenharia que precisa fazer um trabalho na faculdade sobre o tema;

• Consultor geotécnico que quer comparar seus métodos de cálculo com outras fontes


No que ele pode ajudar ?

• Estimativa da capacidade de carga de estacas utilizando o SPT;

• Comprimento das estacas para fins de orçamento dos custos de fundações profundas;

• Quantidade preliminar de estacas por bloco de fundação.

Nota: este artigo e o material disponível para download auxilia no pré-dimensionamento. Para grandes obras e casos mais críticos (solos moles, barrancos, solos expansivos) não dispensa a experiência de um consultor geotécnico e os cálculos mais precisos de um engenheiro de fundações.


Método de Décourt-Quaresma



• A capacidade de carga de uma estaca (Carga de Ruptura – chamaremos de “Qu”) será obtida pela fórmula abaixo:

Onde:

• qp é a tensão de ruptura de ponta;

• Ap é a área da ponta da estaca;

• qs é o valor do atrito lateral unitário;

• As é a área lateral da estaca.

𝑄𝑢 = α. 𝑞𝑝. 𝐴𝑝 + β. 𝑞𝑠. 𝐴𝑠

• 𝜶 𝒆 𝜷 são parâmetros de ajuste para estacas não cravadas



• A tensão de ruptura de ponta possui a seguinte equação:

Onde:

• K é um coeficiente tabelado em função do tipo de solo

• N é o Nstp, número STP ou ainda, o número de golpes necessários para

equipamento da sondagem penetrar 30 cm no solo. Esse número você obtém no resultado da sondagem à percussão executada no terreno

𝑞𝑝 = 𝐾.𝑁

Tipo de solo K (KN/m2)

Argila 120

Silte argiloso 200

Silte arenoso 250

Areia 400

• O atrito lateral unitário é calculado pela fórmula:

𝑞𝑠 = 10.𝑁

3+ 1 kN/𝑚2


Método de Décourt-Quaresma Parâmetro "α" (Décourt, 1996)

Argilas Solos intermediários Areias

Cravada 1,00 1,00 1,00

Escavada em geral 0,85 0,60 0,50

Escavada com lama bentonítica 0,85 0,60 0,50

Hélice contínua 0,30 0,30 0,30

Raiz 0,85 0,60 0,50

Injetadas (alta pressão) 1,00 1,00 1,00

Parâmetro "β" (Décourt, 1996)

Argilas Solos intermediários Areias

Cravada 1,00 1,00 1,00

Escavada em geral 0,80 0,65 0,50

Escavada com lama bentonítica 0,90 0,75 0,60

Hélice contínua 1,00 1,00 1,00

Raiz 1,50 1,50 1,50

Injetadas (alta pressão) 3,00 3,00 3,00


Método de Aoki-Velloso


Método de Aoki-Velloso

• A capacidade de carga de uma estaca (Carga de Ruptura – “Qu”) será obtida

pela soma da Carga de Ponta (“Qp”) com a Carga do Atrito Lateral (“Qa”), assim

como na equação abaixo:

𝑸𝒖 = 𝑸𝒑 + 𝑸𝒂


Método de Aoki-Velloso • A carga resistida pela ponta (Qp) segue a equação abaixo:

Onde:

• K é um coeficiente tabelado em função do tipo de solo, mas possui valores diferentes do Método de Décourt-Quaresma - cuidado;

• N é o Nstp da sondagem;

• F1 é um parâmetro tabelado em função do tipo de estaca. Foi calculado pelos engenheiros pesquisadores do método através de inúmeras correlações e testes de carga durante as pesquisas realizadas;

• Ap é a área da ponta da estaca. Se for uma estaca cilíndrica maciça, por exemplo, é a velha fórmula “pi vezes o raio ao quadrado”.

𝑄𝑝 =𝐾.𝑁

𝐹1. 𝐴𝑝

Tipo de solo K av (KN/m2) α (%)

Areia 1.000 1,4%

Areia siltosa 800 2,0%

Areia silto-argilosa 700 2,4%

Areia argilosa 600 3,0%

Areia argilo-siltosa 500 2,8%

Silte 400 3,0%

Silte arenoso 550 2,2%

Silte areno-argiloso 450 2,8%

Silte argiloso 230 3,4%

Silte argilo-arenoso 250 3,0%

Argila 200 6,0%

Argila arenosa 350 2,4%

Argila areno-siltosa 300 2,8%

Argila siltosa 220 4,0%

Argila silto-arenosa 330 3,0%


Método de Aoki-Velloso • A carga máxima suportada pelo atrito lateral é

calculada pela fórmula a seguir:

Onde:

• Qa é o valor da carga do atrito lateral;

• ɑ também é um coeficiente que varia em função do tipo de solo;

• K e N são os mesmos da fórmula do Qp;

• F2 também é um parâmetro tabelado em função do tipo de estaca.

𝑄𝑎 = 𝛼.𝐾.𝑁

𝐹2. 𝐴𝑙

Tipo de Estaca F1 F2

Franki - fuste apiloado 2,3 3,0

Franki - fuste vibrado 2,3 3,2

Metálica 1,8 3,5

Pré-moldada cravada 2,5 3,5

Pré-moldada prensada 1,2 2,3

Escavada pequeno diâmetro 3,0 6,0

Escavada grande diâmetro 3,5 7,0

Escavada com lama bentonítica 3,5 4,5

Raiz 2,2 2,4

Strauss 4,2 3,9

Hélice contínua 3,0 3,8


Exemplo Prático


Exemplo Prático

• Avaliar a capacidade de carga e a

quantidade de estacas escavadas

de 25 cm de diâmetro necessárias

para suportar um pilar com 900kN

• Faça o download da planilha no botão abaixo para acompanhar a solução deste exercício. Ela foi desenvolvida para MS Excel 2010, é totalmente aberta, editável, não possui senha nem macros

Baixar Planilha

https://dl.dropboxusercontent.com/u/15459502/EnC/EnC - Planilha de Calculo de Fundacoes em Estacas v1-20150408.xlsx


Exemplo Prático Considerar o seguinte perfil do solo e

resultado da sondagem à percussão:


Exemplo Prático Passo #1) Preencher a planilha com os dados iniciais: • Tipo de estaca: Escavada pequeno diâmetro • Diâmetro: 25 cm • Fck do concreto: adotarei 15 Mpa • Coeficiente de Segurança (CS): 2,0


Exemplo Prático Passo #2) Preenchendo o perfil do solo:

• Coluna “Cota”: indicar a primeira cota considerada na sondagem, “559” no exemplo; • Coluna “SPT”: indicar os resultados do SPT de metro em metro • Repare que como no último resultado do SPT tivemos 32 golpes para 15cm, utilizei um SPT fictício de 64, como medida

aproximada do resultado para 30cm. • Coluna “Solo”: indicar o tipo de solo mais próximo com a descrição da sondagem.


Exemplo Prático Passo #3) Avaliar os resultados A planilha calcula automaticamente a capacidade do solo para a estaca escolhida pelos dois métodos apresentados e escolhe o mais consevador (menor resistência) na última coluna.

Na profundidade de 8m a estaca teria 274 kN de capacidade, o que permitiria utilizar 4 estacas para suportar o pilar com 900kN.


Bibliografia consultada

• Fundações - Teoria e Prática

– ABMS/ABEF


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