Baixe Fundação é o elemento estrutural, base natural ou preparada e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity! UNIVERSIDADE CATÓLICA DO SALVADOR ESCOLA DE ENG! a aa, 2 1.0 - INTRODUÇÃO Fundação é o elemento estrutural, base natural ou preparada, destinada a suportar estruturas de qualquer tipo, ou sejam: edifícios, barragens, pontes, tanques de armazenamento de líquidos, etc.. É evidente a importância de uma fundação, indispensável à própria existência de qualquer tipo de obra de engenharia, como também responsável pela garantia de suas condições de estabilidade, da conservação de sua estética, como até da manutenção de sua funcionalidade. São quatro os requisitos básicos a serem satisfeitos por uma fundação: - apresentar segurança à ruptura suficiente, seja do terreno sobre o qual se apoia a superestrutura, como também do material que constitui o elemento de fundação. - conduzir a valores de deformações (recalques ou mesmo deslocamentos horizontais) compatíveis à superestrutura projetada. - não oferecer riscos de segurança às fundações de estruturas vizinhas. - atender aos aspectos econômicos. A segurança à ruptura do elemento de fundação como peça estrutural é perfeitamente compreensível, devendo suportar ainda os eventuais esforços executivos, como também a possível agressividade do meio em que se encontra. No que se refere ao terreno de fundação, o segundo requisito de limitação das deformações, tem influência preponderante. Como todos os materiais se deformam sob ação de cargas quaisquer, todas as fundações também apresentarão deformações, cujos valores dependerão da grandeza e forma de aplicação dos esforços, como da constituição e características dos terrenos localizados abaixo da cota de fundação. Envolvendo a execução de uma fundação a realização de trabalhos e/ou operações especiais, tais como: escavações, esgotamento e rebaixamento de lençol d'água, além de cravação de estacas, injeções de produtos químicos, etc., perturbações sensíveis poderão ser transmitidas ao terreno vizinho, modificando suas características iniciais de suporte das cargas das estruturas sobre ele assentes, que poderiam assim ter suas condições de fundações alteradas, chegando mesmo a prejudicar sua segurança, em casos extremos. Deverá ser verificada ainda a influência da nova construção sobre as adjacentes mais antigas, de forma a evitar que o campo de distribuição das pressões da fundação a construir venha a se somar ao da existente, conduzindo forçosamente a maiores deformações (recalques em particular) do terreno de suporte de tais estruturas. A escolha, detalhamento e execução de uma fundação exigirá o conhecimento, em cada caso, de um certo número de informações como as a seguir relacionadas: a) Características gerais da construção a executar, envolvendo não somente os valores e forma de atuação das cargas, como ainda sua finalidade e limites máximos das deformações compatíveis em cada caso. b) Características gerais do terreno local, cuja constituição básica e condições de limites de resistência, deformabilidade, permeabilidade e trabalhabilidade, serão obtidas através de estudos geológicos e geomecânicos. 5 3.0 - FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS Os tipos de fundações superficiais mais usuais são as seguintes: 3.1 - BLOCO Elemento de fundação superficial construído em concreto simples, ou ciclópico, ou em alvenaria de pedras, e, dimensionado de modo que as tensões de tração nele produzidas possam ser resistidas sem necessidade de armadura. Pode ter suas faces verticais, inclinadas ou escalonadas e apresentar normalmente em planta seção quadrada ou retangular. A sua utilização , por questões econômicas , fica restrita para cargas inferiores a 500KN. Podem ser isolados ou corridos : Figura 4 A principal característica desses tipos de fundação é que os materiais que os constituem devem trabalhar unicamente à compressão (cerca de 5 Mpa para blocos de concreto simples e 2 Mpa para os de alvenaria de pedras). 6 Os blocos de fundação podem ser dimensionados de tal maneira que o ângulo β, expresso em radianos e mostrado na Figura 5, satisfaça à equação: tan β σadm ------ ≥ ------ + 1 β σct Onde: σadm = tensão admissível do terreno, em MPa σct = tensão de tração no concreto (σct = 0,4 ftk ≤ 0,8 MPa) ftk = resistência característica à tração do concreto, cujo valor pode ser obtido a partir da resistência característica à compressão (fck) pelas equações: fck ftk = ---- para fck ≤ 18MPa 10 ftk = 0,06fck + 0,7MPa para fck > 18MPa A dimensão mínima dos blocos em planta não deve ser inferior a 60 cm e a profundidade de assentamento deve ser tal que garanta que o solo de apoio não seja influenciado pelos agentes atmosféricos e fluxos d'água. Nas divisas de terrenos, salvo quando a fundação for assente sobre rocha, tal profundidade não deve ser inferior a 1,5 m. Nos casos simples e comuns na prática pode-se adotar σct = 0,5 Mpa para blocos em concreto simples ou ciclôpico e σct = 0,2 Mpa para os blocos em alvenaria de pedras. No quadro 1 a seguir é fornecido o ângulo β para diversos valores da relação σadm /σct 7 Quadro 1 σadm /σct 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 6,0 0β 30 40 47 52 56 59 61 63 65 67 73 76 78 80 82 85 Conhecido o valor de b a altura h do bloco é obtida pela fórmula: h = B-b 2 tg β onde b é a dimensão do pilar ou largura da alvenaria Problema 1 Dimensionar um bloco em concreto simples para receber a carga de 300 KN de um pilar de 25 cm x 25 cm em um terreno cuja pressão admissível é de 0,2 Mpa Solução: a) Cálculo da dimensão B do bloco: B = P = 1,22 m Adotado B = 1,30 m admσ b) Cálculo da pressão de trabalho do terreno σ = 30 = 17,8 t/m2 = 1,78 kg/cm22 1,3 = 178 KN/m2 <200 KN/m2 c) Cálculo do ângulo mínimo para não ser necessária armação de tração Admitindo f t = 0,5 Mpa d) Cálculo da altura mínima h : Adotamos h = 65 cm e) Verificação da pressão de trabalho levando em conta o peso próprio do bloco: Adotando γconcr = 24 KN/m3 σadm = 0,2 Mpa = 200 KN/m2 G = 1,30 x 1,30 x 0,65 x 24 = 26,4 KN portanto atende. Interessante notar que o bloco acima pode ser projetado escalonado, como pedestal de estátua, pois a distribuição das tensões assim o permite. 0,36 5 = 200 KN/m2 10 Desse modo a área mínima necessária para que a estabilidade externa seja satisfatória será : No caso de sapatas apoiadas sobre rocha, o elemento estrutural deve ser calculado como peça rígida adotando o diagrama de distribuição da figura 13: Figura 13 No caso de sapatas retangulares os dados B e L devem obedecer certa relação, a fim de que o dimensionamento seja econômico. Esta relação procura igualar os momentos e consiste em impor a condição do retângulo da base ter igual afastamento, nas duas direções do retângulo do pilar e é matematicamente traduzida por: Exemplo: Determinar as dimensões de uma sapata retangular para um pilar carregado com 1700 KN num terreno com admσ = 150 KN/m2, tendo b = 40 cm e l = 60 cm. 11 Compreende-se por estabilidade interna, o equilíbrio no interior da sapata, de modo que em qualquer seção da mesma não sejam ultrapassadas as tensões admissíveis no concreto ou aço. Dentre os processos utilizados para atender a condição acima temos o método das bielas que é utilizado para o dimensionamento de sapatas rígidas. Segundo experiências de Lebelle, desde que a relação a seguir seja satisfeita, a sapata comporta-se como rígida, não oferecendo perigo de punção nem de ruptura por cisalhamento. A seção de aço pode ser calculada pelo método das linhas de ruptura ou por outro método baseado na teoria de elasticidade, ou pelo método das bielas. O método das bielas admite que a sapata funciona transmitindo a força do pilar às barras da armação, que funcionam como tirantes, por intermédio de escoras de concreto chamadas bielas, daí o nome de bielas. Em resumo pode ser adotado o seguinte procedimento para o dimensionamento de sapatas quadradas ou retangulares pelo método das bielas: 12 Sapata corrida Sapata sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente. Figura 15 15 Sapata associada (ou radier parcial) Sapata comum a vários pilares, cujos centros, em planta, não estejam situados em um mesmo alinhamento. São utilizadas quando há superposição das áreas de pilares contíguos, sendo os pilares ligados, geralmente, por vigas : Figura 18 Radier Elemento de fundação superficial que abrange todos os pilares ou carregamentos distribuídos (por exemplo: tanques, depósitos, silos, etc.). 3.4 - FUNDAÇÕES EXCÊNTRICAS Diz-se que uma fundação é solicitada à carga excêntrica quando estiver submetida a: a) uma força vertical cujo eixo não passa pelo centro de gravidade da superfície de contato da fundação com o solo. 16 b) forças horizontais situadas fora do plano da base da fundação; c) qualquer outra composição de forças que gerem momentos na fundação. No dimensionamento de uma fundação solicitada por carga excêntrica (V), pode-se considerar a área efetiva (A) da fundação, conforme indicado na Figura 20. Nesta área efetiva atua uma pressão uniformemente distribuída (σ), obtida pela equação: σ = V A A pressão uniformemente distribuída (σ) deve ser comparada à pressão admissível com a qual deve ser feito o dimensionamento estrutural da fundação. Para equilibrar a força horizontal que atua sobre uma fundação em sapata ou bloco, pode-se contar com o empuxo passivo, e com atrito entre o solo e a base da fundação. O coeficiente de segurança ao deslizamento deve ser pelo menos igual a 1,5 e somente considerados os empuxos favoráveis desde que se tenha garantia de sua atuação contínua e permanente em conjunto com a atuação das demais solicitações. Figura 20 – Área efetiva de fundação com carga excêntrica 17 Em nenhuma condição pode ser considerada qualquer redução de cargas devida a efeitos de subpressão, principalmente em obras urbanas. Para efeito de cálculo estrutural de fundações apoiadas sobre rocha, o elemento estrutural deve ser calculado como peça rígida, adotando-se o diagrama de distribuição mostrado na Figura 21. Em planta, as sapatas, assim como os blocos, não devem ter dimensão inferior a 60 cm e sua base deve ser assente a uma profundidade tal que garanta que o solo de apoio não seja influenciado pelos agentes atmosféricos e fluxos d'água. Nas divisas com terrenos vizinhos, salvo quando a fundação for assente sobre rocha, tal profundidade não deve ser inferior a 1,5 m. Nos terrenos com topografia acidentada, a implantação de qualquer obra e de suas fundações deve ser feita de maneira a não impedir a utilização satisfatória dos terrenos vizinhos. Em fundações que não se apoiam sobre rocha, deve ser lançado anteriormente à sua execução uma camada de concreto simples de regularização de no mínimo 5cm de espessura, ocupando toda a área da cava da fundação. Nas fundações apoiadas em rocha, após a preparação acima, deve-se executar um enchimento de concreto de modo a se obter uma superfície plana e horizontal. O concreto a ser utilizado deve ter resistência compatível com a pressão de trabalho da sapata. No caso de fundações próximas, porém situadas em cotas diferentes, a reta de maior declive que passa pelos seus bordos deve fazer, com a vertical, um ângulo α como mostrado na Figura 22, com os seguintes valores: a) solos pouco resistentes: α ≥ 60°; b) solos resistentes: α = 45°; c) rochas: α = 30°. 20 A transmissão de carga de uma estaca para o terreno pode ser feita de três modos: - pela ponta - pelo atrito - pela ponta e atrito Estaca de ponta é a que transmite toda a carga que suporta através de sua extremidade inferior (ponta). É o caso que ocorre quando a estaca atravessa terreno pouco resistente e se apoia em solo muito resistente ou em rocha. (figura 24) Estaca de atrito ou estaca flutuante é aquela que transfere a carga que recebe para o terreno, praticamente, somente pelo atrito lateral. Este caso ocorre quando uma estaca é cravada em solo homogêneo e de grande espessura podendo desprezar a resistência de ponta em função da contribuição do atrito lateral. Estaca de ponta e atrito, que é o caso mais geral, é aquela que transfere a carga que recebe tanto pelo atrito lateral como pela ponta. 21 É importante notar que a contribuição do atrito lateral, dependendo das condições do terreno, poderá ser nos dois sentidos. Nos casos mais comuns a resistência por atrito lateral ocorre conforme indicado nas figuras anteriores. Quando, entretanto, as estacas atravessam terrenos em fase de consolidação ou aterros sobre bases fracas, o atrito lateral age em sentido contrario, denominado nesses casos "atrito negativo", reduzindo, portanto, a capacidade de carga da estaca, pois será necessário que ela resista além da carga Q, também, da parcela por atrito negativo: PRINCIPAIS TIPOS DE ESTACAS: 4.4.1 Estacas de madeira Consistem em troncos de árvore, bem retos e regulares, que são cravados no terreno até se conseguir "nega" adequada. Denomina-se nega a penetração permanente de uma estaca, causada pela aplicação de um golpe do pilão. Em geral é medida por uma série de dez golpes. Ao ser fixada ou fornecida, deve ser sempre acompanhada do peso do pilão e da altura de queda ou da energia de cravação (martelos automáticos). As estacas de madeira mais usuais, são as de eucalipto, massaranduba, aroeira e peroba-de-campo. De acordo com a NBR-6122, as estacas de madeira devem atender às seguintes condições: 1. A ponta e o topo devem ter diâmetros maiores que 15 cm e 25 cm, respectivamente. 2. A reta que une os centros das seções da ponta e do topo deve estar integralmente dentro da estaca. 3. Os topos das estacas devem ser convenientemente protegidos para não sofrerem danos durante a cravação; entretanto, quando, durante a cravação, ocorrer algum dano na cabeça da estaca, a parte afetada deve ser cortada. 22 4. As estacas de madeira devem ter seus topos (cota de arrasamento) permanentemente abaixo do nível d'água; em obras provisórias ou quando as estacas recebem tratamento de eficácia comprovada, esta exigência pode ser dispensada. 5. Em águas livres, as estacas de madeira devem ser protegidas contra o ataque de organismos. 6. Em terrenos com matacões, devem ser evitadas estacas de madeira. 7. Quando se tiver que penetrar ou atravessar camadas resistentes, as pontas devem ser protegidas por ponteira de aço. 8. As estacas de madeira podem ser emendadas, desde que estas emendas resistam a todas as solicitações que possam ocorrer durante o manuseio, cravação e trabalho da estaca. As emendas podem ser feitas, por anel metálico, por talas de junção ou qualquer outro processo que garanta a integridade da estaca. Carga estrutural admissível As estacas de madeira têm sua carga estrutural admissível calculada, sempre em função da seção transversal mínima, adotando-se tensão admissível compatível com o tipo e a qualidade da madeira, conforme a NBR 7190. 25 Podem ser concretadas em formas horizontais ou verticais . Devem ser executadas com concreto adequado, além de serem submetidas à cura necessária para que possuam resistência compatível com os esforços decorrentes do transporte, manuseio, instalação e a eventuais solos agressivos. A seção transversal dessas estacas é geralmente quadrada, hexagonal, octogonal ou circular. As figuras abaixo apresentam uma estaca de seção quadrada e outra de seção octogonal. 26 Existem diversos tipos de estacas de concreto pré-moldadas em uso, em função do processo de sua fabricação: O quadro a seguir fornece cargas usuais de diversas estacas pré-moldadas: CONCRETO Armado Protendido Centrifugado Seção Carga Nominal (KN) Seção Carga Nominal (KN) Seção Carga Nominal (KN) 20 x 20 250 Ø 20 250 Ø 20 250 25 x 25 400 Ø 25 500 Ø 23 300 30 x 30 550 Ø 33 700 Ø 26 400 35 x 35 800 Ø 33 600 Ø 38 750 Ø 42 900 Ø 50 1300 Ø 60 1700 Ø 70 2300 As estacas pré-moldadas devem ser dimensionadas para suportar não só os esforços atuantes na estaca como elemento de fundação, como também aqueles que ocorrem no seu manuseio, transporte, levantamento e cravação. Em particular os pontos de levantamento previstos devem ser nitidamente assinalados. Para a fixação da carga estrutural admissível, deve ser adotado um coeficiente de minoração da resistência característica do concreto γc = 1,3, quando se utiliza controle sistemático. Caso contrário, γc, deve ser adotado igual a 1,4. Nas estacas comprimidas, quando não é feita a verificação da capacidade de carga através de prova de carga ou de instrumentação, pode-se adotar como carga de trabalho aquela obtida a partir da tensão média atuante na seção de concreto, limitada ao máximo de 6MPa, considerando no caso de estacas vazadas, para efeito da seção de concreto, como maciças. Para levar em conta as tensões elevadas que surgem nas extremidades da estaca durante a sua cravação deve-se fazer um reforço da armadura transversal junto ao topo e a ponta de cada estaca. Com o mesmo objetivo, entre as pontas das barras longitudinais e o topo da estaca deve haver um trecho não armado de 30 a 50 mm de espessura. Geralmente a armação necessária ao manuseio é que predomina no dimensionamento, devendo-se, portanto, fixar a posição dos apoios de modo a obter momentos positivo e negativo iguais, em valor absoluto, o que conduz a ferragem simétrica. Nas figuras apresentadas a seguir, estão indicados os diagramas de momentos e seus valores para atender a essas condições quando o levantamento é feito por um ou por dois pontos: 27 No cálculo consideram-se as estacas com peso próprio um pouco superior ao real para levar em conta pequenas ações dinâmicas. A cravação de estacas pré-moldadas de concreto pode ser feita por percussão, prensagem ou vibração. A escolha do equipamento deve ser feita de acordo com o tipo e dimensão da estaca, características do solo, condições de vizinhança, características do projeto e peculiaridades do local. A cravação de estacas através de terrenos resistentes à sua penetração pode ser auxiliada com jato d'água ou a ar (lançagem) ou através de perfurações. Essas perfurações podem ter suas paredes suportadas ou não, e o suporte pode ser um revestimento recuperável ou perdido, ou lama tixotrópica. De qualquer modo, quando se trata de estacas trabalhando à compressão, a cravação final deve ser feita sem uso desses recursos, cujo emprego deve ser devidamente levado em consideração na avaliação da capacidade de carga das estacas e também na análise do resultado da cravação. No caso em que a cota de arrasamento estiver abaixo da cota do plano de cravação, pode-se utilizar um elemento suplementar (prolonga ou suplemento), desligado da estaca propriamente dita, que será retirado após a cravação. Caso não sejam usados dispositivos especiais que, devidamente comprovados, garantam o posicionamento da estaca e a eficiência de cravação, fica limitado a 2,50 metros o comprimento do suplemento. O sistema de cravação deve ser dimensionado de modo a levar a estaca até a profundidade prevista para a sua capacidade de carga, sem danificá-la. Com esta finalidade, o uso de martelos mais pesados com menor altura de queda, é mais eficiente do que os martelos mais leves, com grande altura de queda, mantido o mesmo conjunto de amortecedores. Assim recomenda a NBR 6122 para estacas até l MN de carga admissível, quando se usa martelos de queda livre o seu peso não deve ser inferior a 15 KN, nem a relação entre o peso do pilão e o peso da estaca inferior 0,7. Para estacas com carga admissível maior que l MN a escolha do sistema de cravação deve ser analisada em cada caso e os resultados controlados através de ensaios ou provas de carga estáticas. Levantamento da estaca por um ponto Levantamento da estaca por dois pontos 30 As principais vantagens na utilização de estacas de concreto pré-moldadas são: a) Qualidade de concreto É a grande vantagem dessas estacas em relação às estacas moldadas no solo, devido ao fato de permitirem uma fácil fiscalização, adensamento e cura. b) Grande duração mesmo quando sujeitas a molhagens e secagens alternadas. c) Não são atacadas por seres vivos. d) Podem ser fabricadas com quaisquer formas e dimensões. e) Resistem, desde que convenientemente armadas, a esforços de flexão. As principais desvantagens são: a) Transmitem elevadas vibrações. b) Necessitam demolir as cabeças das estacas para incorporá-las à construção. c) Perigo de fenderem durante o transporte e cravação. d) Necessidade de aguardar pelo menos 21 dias para a sua cravação. e) Necessidade de espaço na obra para o seu preparo, cura e armazenamento. f) Dimensões limitadas aos bate-estacas disponíveis. g) Dificuldade de atravessar camadas resistentes quando isso é necessário. Esse caso ocorre freqüentemente quando a estaca deve passar por camadas resistentes, situadas entre outras de menor resistência, até atingir o comprimento adequado. É o que acontece, por exemplo, em camadas de areia com mais de 2 metros de espessura e resistência NSPT> 20 a 25 assentes sobre argila mole como indicado na figura abaixo . 31 Uma das soluções, para este caso, seria cravar a estaca até atingir a camada de argila mole com auxilio de jato d'água ou ar (lançagem) ou através de perfurações o que , naturalmente, aumenta o custo dos trabalhos. 4.4.2 - Estacas Metálicas As estacas metálicas são constituídas por perfis laminados ou soldados, simples ou múltiplos, tubos de chapa dobrada (seção circular, quadrada ou retangular), tubo sem costura e trilhos. As estacas de aço devem ser retilíneas. Para isto, o raio de curvatura, em qualquer ponto do eixo deve ser maior que 400m ou apresentar flecha máxima de 0,3% do comprimento do perfil. 32 As estacas de aço devem resistir à corrosão pela própria natureza do aço ou por tratamento adequado. Quando inteiramente enterradas em terreno natural, independentemente de situação do lençol d'água, as estacas de aço dispensam tratamento especial. Havendo, porém, trecho desenterrado ou imerso em aterro com materiais capazes de atacar o aço, é obrigatória a proteção deste trecho com um encamisamento de concreto ou outro recurso adequado (por exemplo: pintura, proteção catódica, etc.) Em obras especiais (por exemplo: marítimas, subestações, Metrô, etc.), cuidados especiais para sua proteção podem ser necessários. Para cravação de estacas metálicas com carga de trabalho até 1000 KN, quando empregado martelo de queda livre, a relação entre o peso do pilão e o peso da estaca deve ser a maior possível, não se devendo usar relação menor que 0,5 nem martelo com peso inferior a 10 KN. Se durante a cravação for necessário utilizar prolonga ou suplemento, desligado da estaca propriamente dita, seu comprimento não deve ser superior a 2,5 m, a menos que dispositivos especiais sejam usados de modo a garantir o posicionamento da estaca e a eficiência de cravação. As estacas de aço podem ser emendadas, desde que as emendas resistam a todas solicitações que possam ocorrer durante o manuseio, a cravação e o trabalho da estaca, conquanto que seu eixo respeite a condição citada anteriormente. Na emenda por solda de estacas de aço, o eletrodo a ser utilizado deve ser compatível com a composição química do material da estaca. O uso de talas parafusadas ou soldadas é obrigatório nas emendas, devendo ser dimensionadas conforme a NBR 8800. Quando as estacas funcionam permanentemente no interior do solo, para obter a carga máxima que pode ser aplicada, considerando o material constituinte, multiplica-se, simplesmente, a seção útil do perfil pela tensão admissível do aço. A determinação da área útil dos perfis, para levar em conta o efeito da corrosão, é feita descontando da sua área total uma espessura de 1,5mm ao longo do perímetro do perfil ver figura abaixo. No caso de utilização de perfis usados, o desconto de 1,5 mm deve ser feito a partir da seção real mínima. A experiência tem mostrado que em estacas metálicas imersas no solo a primeira camada de ferrugem combina com o ácido sílico do solo, criando, assim, uma crosta resistente que dificulta o acesso do oxigênio da água à superfície do perfil não atacada, tornando a sua durabilidade praticamente ilimitada. Os carbonatos, também, contribuem para formar crostas impermeáveis e servem para a proteção das estacas metálicas. 35 4.4.3 - Estaca tipo broca Tipo de fundação profunda executada por perfuração com trado manual ou mecânico e posterior concretagem. Perfuração É executada com trado manual ou mecânico, sem uso de revestimento. A escavação deve prosseguir até a profundidade prevista. Quando for atingida a profundidade desejada, faz-se a limpeza do fundo com a remoção do material desagregado eventualmente acumulado durante a escavação. Dadas as condições de execução, estas estacas só podem ser utilizadas acima do nível de água se o furo puder ser seco antes da concretagem. Recomenda-se para as estacas tipo broca um diâmetro mínimo de 20 cm e máximo de 50 cm. Concretagem O concreto deve ser lançado do topo da perfuração com o auxílio de funil, devendo apresentar fck não inferior a 15 Mpa, consumo de cimento superior a 300 kg/m3 e consistência plástica. Armadura Em geral, estas estacas não são armadas, utilizando-se somente armaduras de ligação com o bloco. Quando necessário, a estaca pode ser armada para resistir aos esforços da estrutura. Carga estrutural admissível Para a fixação da carga estrutural admissível, não pode ser adotado fck superior a 15 Mpa, adotando-se um coeficiente de minoração de resistência γc = 1,8, tendo em vista as condições de concretagem. As cargas usuais de estacas brocas, com trados manuais, cujo comprimento não convém ser superior a 6m, são as seguintes: Diâmetro (cm ) Carga máxima (KN) 15 60 20 100 25 150 36 Entre as principais vantagens deste tipo de estaca pode-se citar seu baixo custo, facilidade de execução, não necessitarem de pessoal especializado e não transmitirem vibrações. Quanto as desvantagens temos as cargas de valor reduzido e somente poderem ser utilizadas em condições especiais de terreno : Sem nível d’água Coesivos Suporte suficiente a pequena profundidade (4 a 6m) 4.4.4 - Estaca tipo Strauss Tipo de fundação profunda executada por perfuração através de balde sonda (piteira), com uso, parcial ou total de revestimento recuperável e posterior concretagem. Perfuração É iniciada com um soquete, até uma profundidade de 1m a 2 m. O furo feito com o soquete serve de guia para introdução do primeiro tubo de revestimento dentado na extremidade inferior, chamado "coroa". Após a introdução da coroa, o soquete é substituído pela sonda (piteira), a qual, por golpes sucessivos, vai retirando o solo do interior e abaixo da "coroa", que vai sendo introduzida no terreno. Quando a coroa estiver toda cravada, é rosqueado o tubo seguinte, e assim por diante, até que se atinja a profundidade prevista para a perfuração ou as condições previstas para o terreno. Imediatamente antes da concretagem, deve ser feita a limpeza completa do fundo da perfuração, com total remoção da lama e da água eventualmente acumuladas durante a perfuração. Caso as características do terreno o permitam, o revestimento com o tubo pode ser parcial sendo conveniente que o seu diâmetro máximo não seja superior a 500mm. Concretagem Com o furo completamente esgotado e limpo, é lançado o concreto em quantidade suficiente para se ter uma coluna de aproximadamente 1m. Sem puxar a linha de tubos de revestimento, apiloa-se o concreto, para formar uma espécie de bulbo. 37 Para a execução do fuste, o concreto é lançado dentro da linha de tubos e, à medida que é aplicado, vão sendo retirados os tubos com o emprego do guincho manual. Para garantia de continuidade do fuste, deve ser mantida dentro da linha de tubos, durante o apiloamento, uma coluna de concreto suficiente para que este ocupe todo o espaço perfurado e enventuais vazios e deformações no subsolo. O pilão não deve entrar em contato com o solo da parede ou base da estaca, para não provocar desabamento ou mistura de solo com o concreto; este cuidado deve ser reforçado no trecho eventualmente não revestido. O concreto utilizado deve apresentar fck não inferior a 15MPa, consumo de cimento superior a 300kg/m3 e consistência plástica. Caso ao final da perfuração exista água no fundo do furo que não possa ser retirada pela sonda, deve-se lançar um volume de concreto seco para obturar o furo. Neste caso, deve-se desprezar a contribuição da ponta da estaca na sua capacidade de carga. Armadura As estacas Strauss podem ser armadas. Neste caso, a ferragem longitudinal deve ser confeccionada com barras retas, sem esquadro na ponta, e os estribos devem permitir livre passagem ao soquete de compactação e garantir um cobrimento da armadura, não inferior a 3 cm. Quando não armadas, deve-se providenciar uma ligação com o bloco através de uma armadura que é simplesmente cravada no concreto, dispensando-se, neste caso, o uso de estribos. Carga estrutural admissível Para a fixação da carga estrutural admissível não pode ser adotado fck maior do que 15MPa, adotando-se um coeficiente de minoração de resistência γc = 1,8, tendo em vista as condições de concretagem. A carga admissível deve ainda ser determinada utilizando-se a seção da estaca, determinada pelo diâmetro do tubo de revestimento, quando a estaca for totalmente revestida, ou pelo diâmetro da piteira, quando a estaca for parcialmente revestida. 40 d) preparada a base, coloca-se a armação e concreta-se a estaca em pequenos trechos, cada um dos quais é fortemente apiloado, retirando-se concomitantemente o molde, até que toda a estaca esteja concretada. O consumo mínimo de cimento deve ser de 350 kg/m3 . 41 O comprimento máximo normal da estaca Franki é da ordem de 50 vezes o seu diâmetro, podendo todavia alcançar, excepcionalmente, maiores profundidades. As cargas de trabalho são calculadas na base da taxa de 6 Mpa aplicada ao concreto. As cargas usuais são: Diâmetro (cm) Carga de trabalho (KN) 40 750 52 1300 60 1700 Como principais vantagens desse tipo de estaca pode-se citar: a) Cargas elevadas. b) Comprimento estritamente necessário (comum a todas as estacas moldadas in loco). c) Melhor possibilidade de controle da execução em relação a estacas do tipo Strauss O uso de armação, com espiras pouco espaçadas e os equipamentos utilizados reduzem os perigos de um eventual estrangulamento, seccionamento do fuste, além de fornecer indicação de defeitos na execução da estaca quando a armação sofre deslocamento. Na figura a seguir tem-se, esquematicamente, detalhes do controle para verificar casos de deslocamento da armação. 42 d) Melhor distribuição das pressões, devido à base alargada. Grande aderência ao solo, devido a rugosidade do fuste Essa vantagem, entretanto, pode tornar-se desvantagem quando há possibilidade de ocorrência de atrito negativo. Como principais desvantagens, pode-se citar: a) Transmissão de elevadas vibrações Esse problema obriga muitas vezes a executar a estaca pré-escavando até determinada profundidade e somente após, prosseguindo como Franki normal. Para evitar esse problema existem outras variantes de execução além da indicada, que serão vistas posteriormente, devendo, entretanto, considerar o acréscimo de custo correspondente. b) Possibilidade de levantamento Consideremos uma estaca cravada próximo a outra, em terreno onde existe uma camada de argila média ou rija para ser atravessada. Quando se crava o molde para execução da nova estaca o terreno ao ser deslocado tende a levantar a estaca já executada. Sendo grande a base, pode se dar ruptura da estaca no ponto mais fraco, isto é, na união da base com o fuste, já que a armadura não penetra na base . A solução geralmente utilizada tem sido atravessar a camada de argila, pré-escavando e prosseguindo normalmente após isso. 45 C - Concretagem Uma vez armada a estaca, é colocado no revestimento de perfuração um tubo de concretagem, que é introduzido até a extremidade inferior do furo. Através deste tubo de concretagem é injetada argamassa que vai preenchendo o furo de baixo para cima, deslocando para fora a água (ou fluido) de perfuração. Durante esta operação o furo permanece revestido. Preenchido totalmente o tubo de revestimento com argamassa é montado em sua extremidade superior um tampão e aplicado, através deste, ar comprimido que comprime a argamassa e ao mesmo tempo facilita as operações de retirada do revestimento de perfuração. A compressão da argamassa, normalmente, é procedida várias vezes, até a total execução da estaca, acrescentando sempre que necessário mais argamassa para manter a estaca totalmente preenchida. 4.4.7 - Estacas tipo pressoancoragem São microestacas, executadas com tecnologia de tirantes injetados em múltiplos estágios, utilizando-se em cada estágio pressão que garanta a abertura das manchetes e posterior injeção. 46 4.4.8 - Estacas tipo “hélice contínua” A estaca hélice contínua é uma estaca moldada no local após a introdução no terreno de um trado contínuo, por rotação, até a profundidade estabelecida pelo projeto e injeção de concreto através da haste central do trado simultaneamente com a sua retirada do furo. Os diâmetros usuais vão de 25cm a 100 cm e com cargas de trabalho de 250 KN até 3.900 KN. A tabela a seguir fornece os diâmetros e as cargas correspondentes: Equipamentos para execução de estacas do tipo raiz e pressoancoradas Equipamentos para execução de estacas do tipo raiz e pressoancoradas 47 As fotos a seguir mostram equipamentos em operação : As fases de execução desta estaca são: perfuração, concretagem simultânea à extração da hélice e colocação da armação conforme abaixo: 50 12,00 t.m. a 22,00 t.m. para os diâmetros 310 – 360 – 420 mm 22,00 t.m. a 24,00 t.m. para os diâmetros 460 – 510 – 560 mm 24 t.m. a 30 t.m. para diâmetros de 560 mm em diante Claramente os valores acima são indicativos e devem ser verificados para cada obra. Torques mais altos – até 40 t.m. – viabilizam a utilização de diâmetros maiores e a perfuração em camadas mais resistentes, possibilitando também uma taxa de produção mais elevada com diâmetros menores. 4.4.9.2 - RELAÇÃO DIÂMETRO – CARGA A relação ideal entre a tensão de trabalho (diâmetro da estaca x carga de trabalho) e o comprimento da estaca deve ser estabelecida para cada obra, levando-se em conta as cargas atuantes e as características do solo. De uma forma geral, as cargas de trabalho normalmente utilizadas são as seguintes: DIÂMETRO (mm) CARGAS USUAIS (KN) 310 400 360 550 420 700 460 800 510 1100 600 1400 4.4.10 - Estacas mega ou prensadas: São estacas, em geral , de concreto pré-moldadas ou metálicas, constituídas de segmentos curtos (da ordem de 0,5 m a 1,00 m ) que são cravados um após o outro sobrepostos por meio de macaco hidráulico que reage contra a estrutura ou contra a fundação existente ou uma cargueira: 51 A principal aplicação deste tipo de fundação é em reforço de estruturas quando , na maioria dos casos se aproveita para a reação a estrutura já existente. Em alguns casos onde era necessário eliminar vibrações foi possível executar, inicialmente, a estrutura parcialmente em blocos vazados, e, após a construção dos primeiros 4 pavimentos cravadas as estacas mega utilizando como reação a parte já executada. Quanto as vantagens e desvantagens possuem as correspondentes as de concreto pré-moldadas ou metálicas, conforme os materiais utilizados, além das seguintes: Vantagens: - eliminação de vibrações capacidade de carga de cada estaca isolada conhecida, pois ,esta carga é medida diretamente no manômetro acoplado ao equipamento de cravação . Desvantagem : - Custo elevado. 4.4.11 - Estacas mistas: 4.4.11.1 – Franki Pré-moldadas São estacas constituídas pela combinação de dois tipos de materiais ou tipos de estacas. As mais utilizadas são as estacas mistas franki pré-moldadas: São estacas pré-moldadas ancoradas em uma base alargada pelo processo franki. Inicialmente crava-se o molde da estaca franki normal, as vezes pré-escavando para diminuir vibrações, e executa-se a base alargada. Em seguida coloca-se sobre a base uma certa quantidade de concreto ou argamassa para servir de ligação e é descida a estaca pré-moldada com armação saliente na sua ponta para permitir a ancoragem na base e retira-se o molde. A depender do objetivo que se tem em vista, o espaço vazio entre o molde e a estaca pré-moldada é preenchido com argamassa, argila coloidal, bentonita ou asfalto ou permite-se que o solo local ocupe esse espaço. 52 As principais Vantagens desse tipo de estaca são: Eliminação do perigo de estrangulamento. Redução radical do atrito negativo - neste caso, antes da retirada do molde o espaço entre ele e a estaca pré-moldada é preenchido com argila coloidal, bentonita ou outro material pouco consistente e estável . Podem ser executadas abaixo do nível d’água como é o caso de pontes e obras hidráulicas. Podem ser utilizadas em locais onde há dificuldade de cravar diretamente as estacas de concreto pré-moldadas e que necessitam de pré-furo. Possibilidade de usa-las em locais com solos agressivo. Neste caso as estacas de concreto pré- moldadas são confeccionadas, normalmente com cimento portland resistente a sulfatos (NBR – 5737) para poderem resistir a agressividade da água do subsolo ou do próprio solo. Considerando que a utilização dessas estacas tem como objetivo eliminar problemas específicos, sua principal desvantagem tem sido, geralmente, o custo. 4.4.11.2 – Concreto – Madeira Estaca mista de concreto e madeira - embora pouco freqüente sua utilização, em alguns casos pode-se obter vantagem. Consiste em cravar a estaca de madeira, com auxílio de suplemento, até que a cabeça fique abaixo do nível mínimo de água e em seguida sobre ela é concretada uma estaca de concreto. 55 Por questões econômicas esse tipo de fundação somente é aconselhável para cargas superiores a 2000 KN, exceto em casos especiais, onde condições peculiares de preços podem tornar a solução econômica mesmo para cargas menores. Quanto a carga máxima não há maiores problemas, tendo sido aplicadas até 40.000 KN em um único tubulão, como por exemplo no conjunto Nacional, em São Paulo. Quanto ao comprimento dos tubulões não há limitações desde que as condições anteriores sejam atendidas. Tubulões a céu aberto têm sido usados em nossa área, com muita freqüência e com comprimentos da ordem de 20m, enquanto que em Brasília têm atingido mais de 35m de profundidade. 4.4.12.2 - Tubulão a Céu Aberto com Revestimento Consiste em executar poços total ou parcialmente revestidos, procedendo-se em seguida o alargamento da base e a concretagem. Em alguns casos o alargamento da base não é realizado. Na maioria dos casos esse revestimento consiste em camisas metálicas que são introduzidas no terreno por cravação com bate-estacas, por vibração ou através de equipamento especial que imprima ao tubo um movimento de vai-e-vem, simultâneo a uma força de cima para baixo. Independente do processo de instalação das camisas, o equipamento deve ser dimensionado para possibilitar a cravação dos tubos até a profundidade prevista, sem deformá-los longitudinal ou transversalmente. A escavação interna, manual ou mecânica, pode ser feita à medida da penetração do tubo ou de uma só vez, quando completada a sua cravação. Quando assim previsto, pode-se executar um alargamento da base; em seguida o tubulão é concretado, o qual pode ser executado manualmente sob ar comprimido ou não. 4.4.12.3 - Tubulões com equipamentos “Benoto” Consistem em executar o tubulão cravando-se o revestimento metálico com equipamento especial que imprime ao tubo um movimento semi-rotativo (vai e vem) forçando ao mesmo tempo a sua penetração no terreno. A escavação e retirada do material é feita com equipamento “Benoto” e novos tubos vão sendo ligados até atingir a profundidade desejada. Após a inspeção final procede- se o alargamento da base e concreta-se recuperando ao mesmo tempo o revestimento. Existem equipamentos que permitem executar tubulões de 2,50m de diâmetro a 105m de profundidade. 4.4.12.4 - Tubulões com equipamentos “Bade” e escavação tipo Salzgitter São equipamentos que permitem a escavação de tubos de 1,5m de diâmetro de 3/8” de espessura, a mais de 10m, em materiais de resistência a compressão simples superior a 40 MPa. A desagregação do material é feita com ferramentas especiais e brocas para rocha e o material desagregado é trazido à superfície por “air-lift”. Com esses equipamentos têm sido executados tubulões com profundidades superiores a 45m. 4.4.12.5 - Tubulões com equipamentos PTC 56 Com esse equipamento os tubos são introduzidos no terreno por meio de vibrações e sua utilização tem sido limitada a solos arenosos. Cravado o tubo, é feita a escavação e retirada do material utilizando-se, geralmente “air-lift” e procede-se a concretagem com tremonha. Com ferramentas especiais pode ser feito o alargamento da base. Na ponte construída sobre o Rio São Francisco, ligando as cidades Propriá e Colégio foi utilizado esse tipo de equipamento, parcialmente, tendo sido cravados os tubos a partir de certa profundidade com auxílio de equipamento Delmag, realizando em seguida a escavação com “air- lift” e prosseguindo-a com auxílio de lama bentonítica até a rocha quando após a troca da broca de perfuração, conseguiu-se penetrando 2m a 4m no interior da rocha. Com esse processo foram atingidas profundidades de até 65m. A concretagem foi feita por meio de tremonha. 4.4.12.6 - Tubulões Pneumáticos Chamados também tubulões a ar comprimido, consistem basicamente em tubulões revestidos, sendo a escavação feita em geral, manualmente e a água mantida afastada da área dos trabalhos por meio de ar comprimido. Para manter o tubulão durante as operações sem água é necessário aplicar uma pressão de ar (p) capaz de contrabalançar o peso da coluna de água (h), isto e: p h a ≥ γ . Os tubos de revestimento são de concreto ou metálicos. A seqüência de execução de um tubulão pneumático é a seguinte: - Concreta-se inicialmente no local um tubo cujos diâmetros externo e interno são função de carga que se pretende aplicar no tubulão. O diâmetro externo (D) é variável de um mínimo de 1,2m (excepcionalmente 1,10m) a um máximo de 2,0m a 2,4m. Internamente o tubo tem um trecho com o diâmetro d e uma parte de 2m de altura que é a câmara de trabalho com diâmetro interno variável de 1,0m para o diâmetro externo de 1,2 até 1,60 para o de 2,0m, ver a figura abaixo. 57 A armação básica desse elemento é a transversal para resistir aos esforços de compressão do ar, enquanto que a longitudinal é de distribuição. Após a concretagem do primeiro elemento, retira-se a forma, em geral no dia seguinte, e escava-se por dentro do tubo que desce pelo peso próprio. Chegando ao nível do solo, concreta-se um novo trecho de tubo sobre o primeiro e escava-se novamente retirando o solo, ainda a céu aberto. As operações acima prosseguem até atingir o nível de água e continuam bombeando diretamente enquanto isso é possível e com segurança. Não sendo mais possível o bombeamento ou quando o terreno devido suas características impede o prosseguimento dos serviços a céu aberto, fixa-se uma campânula de chapa de aço sobre o tubo através de parafusos já chumbados no concreto, usando-se ainda uma junta de vedação e injeta-se ar comprimido até que a pressão interna equilibre a coluna de água. A campânula é provida de sistema de comportas e tampões que permite a entrada e saída dos operários e material, sem que a pressão interna seja alterada, o que possibilita o prosseguimento das escavações. Continuando as escavações o tubo desce pelo peso próprio, sendo as vezes, necessário descomprimir para facilitar a sua descida. Na figura a seguir está indicada esquematicamente uma campânula, cujo funcionamento é o seguinte: Fecham-se as portas 2 e 3 injeta-se ar por B com pressão suficiente para expulsar a água do interior do tubulão. 60 São grandes caixões, em geral, divididos por paredes internas em forma de xadrez construídos parcialmente ou não, sobre o terreno e afundados a medida que é feita a escavação por meio de “Clam Shell” nos diversos comportamentos. Ver figuras abaixo. Caixões Fechados Enquanto os caixões abertos o são na sua parte superior e inferior, estes são fechados na base e usados quase que exclusivamente em obras marinhas. Esses caixões são rebocados, flutuando até o local da fundação e ali afundados. Esse foi o sistema utilizado para as fundações do prolongamento do cais A da Base Naval de Aratu; onde após a preparação do leito da fundação a área foi inundada e os caixões rebocados e afundados. 61 Caixões Pneumáticos ou a Ar Comprimido Esses caixões, são geralmente de concreto armado e construídos sobre uma carreira, à margem da água ou sobre flutuadores e rebocados em seguida até o local da fundação onde são submergidos. Possuem em geral uma grande câmara de trabalho a qual ligada à superfície por um ou vários compartimentos circulares estanques, sobre os quais são fixadas as câmaras de compressão. Uma vez submergidos e fixadas as campânulas, os operários descem para a câmara de trabalho realizando os serviços de preparo da fundação das mesmas condições que nos tubulões a ar comprimido. 6.0 - FUNDAÇÕES ESPECIAIS Foram incluídas nesse grupo, as fundações que por sua natureza não se enquadram perfeitamente nos tipos já apresentados, apesar da maioria delas representarem casos clássicos não tendo, portanto nada de especial. CAIXÕES A AR COMPRIMIDO 62 Fundações Flutuantes São fundações onde se procura manter o equilíbrio de pressões do solo, retirando um peso de terra equivalente ao peso da construção. Exemplo: Admitindo que a pressão média transmitida por um edifício residencial é 0,01 Mpa/andar, calcular a profundidade de escavação necessária para uma fundação flutuante num terreno sem nível d’água e de peso específico igual a 16 KN/m3, onde se pretende construir um edifício de 12 andares. Solução: O peso do edifício por m2 será: 0,01 x 12 = 0,12 Mpa sendo a pressão a uma profundidade h igual a γ .h devemos ter: 0,12 Mpa = 120 KN/m2 120 16 . h = 120 h -------- = 7,5m 16 Esse tipo de fundação é muito limitado tendo em vista a necessidade de escavações com escoramentos, rebaixamento do lençol d’água, custo de subsolos adicionais, sendo compatível, somente quando o terreno resistente encontra-se a grandes profundidades (mais de 40m de profundidade, por exemplo). Fundações Calçáveis Não é, propriamente, um tipo de fundação, mais uma solução que tem sido utilizada para possibilitar a compensação de recalques diferenciais, ver figura abaixo. A previsão de nichos, como pode ser observado, permite a colocação de macacos que possibilitarão a compensação de recalques sempre que ultrapassarem valores considerados prejudiciais. 65 No caso particular de conjunto de tubulões de base alargada, a verificação deve ser feita em relação a uma sapata que envolva as bases alargadas e seja apoiada na mesma cota de apoio dos tubulões. Atendida a consideração acima, o espaçamento mínimo entre estacas ou tubulões fica condicionado apenas a razões de ordem executiva. Essas considerações não são válidas para blocos apoiados em fundações profundas com elementos inclinados. Provas de carga Em estacas escavadas com injeção, é obrigatório fazer provas de carga sobre no mínimo 1% das estacas, sendo o número mínimo de três provas de carga. Considera-se adequado aumentar o número de provas de carga para 5% do número das estacas com carga de trabalho entre 600 KN e 1000 KN e 10%, caso se ultrapasse este valor. Para efeito de verificação da capacidade de carga à compressão, é válido o ensaio a tração, executado de acordo com a NBR-12131 e interpretado por este método para o ensaio a compressão. Em obras com mais de 100 estacas para cargas de trabalho acima de 300 KN, recomenda-se a execução de pelo menos uma prova de carga, de preferência em uma estaca instrumentada Seqüência executiva de estacas Quando as estacas fazem parte de grupos, devem-se considerar os efeitos desta execução sobre o solo, a saber, seu levantamento e deslocamento lateral, e suas conseqüências sobre as estacas já executadas. Tais efeitos devem ser reduzidos, na medida do possível, pela escolha conveniente do tipo de estaca, seu espaçamento e técnica executiva. Alguns tipos de solos, particularmente os aterros e as areias fofas, são compactados pela cravação das estacas e a seqüência de execução destas estacas, em um grupo, deve evitar a formação de um bloco de solo compactado capaz de impedir a execução das demais estacas. Havendo necessidade de atravessar camadas resistentes, pode-se recorrer à perfuração (solos argilosos) ou à lançagem (solos arenosos), tendo-se o cuidado de não descalçar as estacas já executadas. Em qualquer caso, a seqüência de execução deve ser do centro do grupo para a periferia, ou de um bordo em direção ao outro. No caso em que for constatado levantamento da estaca, cabe adotar providência capaz de anular o seu efeito sobre a capacidade de carga da estaca e, eventualmente, sobre sua integridade. Os seguintes casos devem ser considerados: a) se a estaca for de madeira, metálica ou pré-moldada, ela deve ser recravada; b) se a estaca for moldada no solo, armada, com revestimento recuperado, a execução de uma estaca requer que todas as situadas em um círculo de raio igual a seis vezes o diâmetro da estaca tenham sido concretadas há pelo menos 24 h. Esta condição pode ser dispensada caso se comprove que uma técnica especial de execução pode diminuir ou até mesmo eliminar o risco de levantamento (pré-furo, por exemplo). As estacas deste tipo, em que for constatado o levantamento, só devem ser aceitas após análise e justificativa de cada caso. Se a estaca tiver base alargada, o fuste deve ser ancorado à base pela armação. É possível recravar, por prensagem ou percussão, estacas que sofram levantamento, desde que devidamente estudada a 66 operação; no caso de recravação por percussão, é obrigatória a utilização de provas de carga comprobatórias. c) estacas moldadas no solo, não armadas não podem ser utilizadas se constatado o levantamento da estaca ou do solo circundante. Sempre que o terreno não for conhecido para o construtor, deve ser feita uma verificação dos fenômenos citados. Para isto, por um procedimento topográfico adequado, é feito o controle (segundo a vertical e duas direções horizontais ortogonais) do deslocamento, assumindo especial importância no caso dos solos coesivos saturados do topo de uma estaca à medida que as vizinhas são cravadas. O efeito do deslocamento lateral deve ser analisado em cada caso. Os cuidados descritos são especialmente indicados quando há evidências de danos ao fuste de estacas moldadas in loco por deformação horizontal. Influência do tempo de execução Estacas cravadas Quando da cravação de estacas pré-moldadas, metálicas ou de madeira, em terreno de comportamento conhecido para cravação de estacas do tipo considerado, a nega final deve ser obtida quando do término da cravação e nunca após uma interrupção. Em terreno cujo comportamento não é conhecido, nova “nega” deve ser determinada após alguns dias do término da cravação. Quando a nova “nega” for superior à obtida no final da cravação, as estacas devem ser recravadas. Quando a nova “nega” for inferior à obtida ao final da cravação, devem-se realizar no máximo duas séries de dez golpes para evitar repetição do fenômeno de perda momentânea da resistência ou danificação da estaca. A realização das provas de carga sobre estacas deve ser feita após algum tempo da execução da estaca. Este intervalo depende do tipo de estaca e da natureza do terreno. Quanto ao solo, ele varia de poucas horas para os solos não coesivos a alguns dias para os solos argilosos. Em se tratando de estacas moldadas no solo deve-se aguardar que o concreto atinja a resistência necessária. Bloco de coroamento É obrigatório o uso de lastro de concreto magro com espessura não inferior a 5 cm para a execução do bloco de coroamento de estaca ou tubulão. No caso de estacas de concreto ou madeira e tubulões, o topo desta camada deve ficar 5 cm abaixo do topo acabado da estaca ou tubulão. Flambagem Quando as estacas ou tubulões forem submetidos a cargas de compressão e tiverem sua cota de arrasamento acima do nível do terreno, levada em conta a eventual erosão, ou atravessarem solos moles, devem ser verificados à flambagem, levando-se em conta as características dos solos atravessados e as condições de vínculo com a estrutura. 67 Controle executivo Em obras com mais de 100 estacas para cargas de trabalho acima de 300 KN, recomenda-se a execução de pelo menos uma prova de carga, de preferência em uma estaca instrumentada. No caso de uma prova de carga ter dado resultado não satisfatório, deve ser reestudado o programa de provas de carga, de modo a permitir o reexame das cargas admissíveis, do processo executivo e até do tipo de fundação. As provas de carga devem ter seu início simultaneamente com o início da execução das primeiras estacas, de forma a permitir providências cabíveis em tempo hábil. Tolerâncias quanto à excentricidade Estacas e tubulões isolados não travados No caso de estacas e tubulões isolados não travados em duas direções aproximadamente ortogonais (caso que deve, tanto quanto possível, ser evitado), é tolerado, sem qualquer correção, um desvio entre os eixos de estaca e o ponto de aplicação da resultante das solicitações do pilar de 10% do diâmetro do fuste da estaca ou do tubulão. Para desvios superiores a este, deve ser feita uma verificação estrutural, devido à nova solicitação de flexão composta. Caso o dimensionamento da estaca ou do tubulão seja insuficiente para esta nova solicitação, deve-se corrigir a excentricidade total mediante recurso estrutural. Estacas ou tubulões isolados travados Neste caso, as vigas de travamento devem ser dimensionadas para a excentricidade real, quando esta ultrapassar o valor citado . Conjunto de estacas ou tubulões alinhados Para excentricidade na direção do plano das estacas ou dos tubulões, deve ser verificada a solicitação nas estacas ou tubulões, admitindo-se, sem correção, um acréscimo de no máximo 15% sobre a carga admissível da estaca e de 10% na carga admissível do tubulão. Acréscimos superiores a estes devem ser corrigidos mediante acréscimo de estacas ou de tubulões, ou recurso estrutural. Conjunto de estacas ou tubulões não alinhados Deve ser verificada a solicitação em todas as estacas ou tubulões, admitindo-se, sem correção, um acréscimo de no máximo 15% sobre a carga admissível da estaca mais solicitada e de 10% na carga admissível do tubulão mais solicitado. Acréscimos superiores a estes devem ser corrigidos mediante acréscimo de estacas ou tubulões, ou recurso estrutural. Tolerâncias quanto ao desaprumo de estacas e tubulões Sempre que uma estaca ou tubulão apresentar desvio angular em relação à posição projetada, deve ser feita verificação de estabilidade, tolerando-se, sem medidas corretivas, um desvio de 1:100. Desvios maiores requerem detalhe especial. Em se tratando de grupo de estacas ou tubulões, a verificação deve ser feita para o conjunto, levando-se em conta a contenção do solo e as ligações estruturais. 70 A ruptura local ocorre em solo menos compactos e consistentes onde a fundação tende a afundar consideravelmente no terreno antes que o estado de equilíbrio plástico entre as zonas I, II e III da figura abaixo, se desenvolva amplamente no maciço. Nota-se, neste caso, que ao carregar a fundação a curva pressão recalque apresenta-se sem uma clara definição da pressão de ruptura qu, ver figura abaixo. Na figura abaixo é apresentado o modelo de ruptura local 71 Ao contrário com o que ocorre no caso de ruptura geral, onde se admite que a região em estado plástico se situa acima da superfície ACDE da figura mostrada anteriormente, onde a cunha I que estaria no estado ativo de Ranquine ou elástico, deslocaria lateralmente e para cima as zonas II e III, respectivamente, na ruptura por puncionamento a superfície ACDE de ruptura plástica, praticamente, não se desenvolve. Nesse caso, segundo Vesic, há um tipo de “ruptura por puncionamento” do solo abaixo da fundação que se processa sem alterar de modo significativo o terreno lateral. Ruptura por puncionamento ocorre em solos pouco consistentes e de reduzida consistência e mesmo em solos mais compactos e carregados a grandes profundidades, ver figuras abaixo. 72 Na figura abaixo estão indicadas as faixas prováveis de ocorrência desses 3 tipos de ruptura numa areia em função de densidade relativa (Dr) e da relação profundidade/largura da fundação (D/B) . A determinação da capacidade de carga tem sido feita através de diversos métodos e processos, permitindo uma razoável avaliação, embora nenhum deles seja matematicamente exato. 2.0 - TEORIA DE TERZAGHI A teoria de Terzaghi é baseada nas investigações de Prandtl, relativas à ruptura plástica de metais por puncionamento. A capacidade de carga de fundações superficiais foi abordada por Terzaghi considerando uma fundação corrida de largura B a uma profundidade D de acordo com as indicações da figura abaixo, e, em solos resistentes, sendo portanto a ruptura geral.