Capacidade de Carga de Estacas

Teoria: Estacas

Como os métodos semiempíricos de Aoki-Velloso e de Décourt-Quaresma estimam a capacidade de carga de uma estaca a partir dos N de uma sondagem SPT, e como se chega à carga admissível.

Capacidade de carga

Uma estaca carregada axialmente transfere a carga ao solo pelo atrito ao longo do fuste e pela resistência sob a ponta. Na ruptura, a capacidade é a soma das duas parcelas.

R = R_p + R_l = r_p A_p + U \sum r_l\, \Delta l

r_p: resistência de ponta unitária · A_p: área da ponta · U: perímetro do fuste · r_l: atrito lateral unitário em cada trecho de comprimento Δl

No Brasil, r_p e r_l costumam vir de correlações com o N do SPT, ensaio feito em quase toda obra. Os métodos são semiempíricos: calibrados em provas de carga de certos tipos de estaca e solos, devem ser usados dentro desse contexto.

Aoki-Velloso

Aoki e Velloso (1975) partiram do ensaio de cone (CPT), tomando a ponta da estaca como um cone em escala real. A resistência de ponta do cone se correlaciona com N por K, e o atrito lateral do cone com a de ponta por α; os fatores F₁ e F₂ levam em conta a diferença de escala e o método executivo.

r_p = \frac{K N_p}{F_1}

N_p: N na cota da ponta · N_l: N de cada trecho do fuste

Solo	K (MPa)	α (%)
Areia	1,00	1,4
Areia siltosa	0,80	2,0
Areia siltoargilosa	0,70	2,4
Areia argilosa	0,60	3,0
Areia argilossiltosa	0,50	2,8
Silte	0,40	3,0
Silte arenoso	0,55	2,2
Silte arenoargiloso	0,45	2,8
Silte argiloso	0,23	3,4
Silte argiloarenoso	0,25	3,0
Argila	0,20	6,0
Argila arenosa	0,35	2,4
Argila arenossiltosa	0,30	2,8
Argila siltosa	0,22	4,0
Argila siltoarenosa	0,33	3,0

Estaca	F₁	F₂
Franki	2,50	5,00
Pré-moldada	1 + D/0,80	2F₁
Metálica	1,75	3,50
Escavada	3,00	6,00
Hélice contínua e raiz	2,00	4,00

Décourt-Quaresma

Décourt e Quaresma (1978) correlacionaram diretamente o N com as resistências de estacas pré-moldadas de concreto. Na ponta, N_p é a média do N na ponta e dos de logo acima e logo abaixo; no fuste, N_l é a média ao longo dele, sem os já usados na ponta, cada N entre 3 e 50.

r_p = \alpha\, C\, N_p

C: coeficiente do solo da ponta · α e β: fatores do tipo de estaca (Décourt, 1996)

Solo da ponta	C (kPa)
Argilas	120
Siltes argilosos (solo residual)	200
Siltes arenosos (solo residual)	250
Areias	400

Estaca	α argila / silte / areia	β argila / silte / areia
Cravadas	1,00 / 1,00 / 1,00	1,00 / 1,00 / 1,00
Escavada	0,85 / 0,60 / 0,50	0,80 / 0,65 / 0,50
Hélice contínua	0,30 / 0,30 / 0,30	1,00 / 1,00 / 1,00
Raiz	0,85 / 0,60 / 0,50	1,50 / 1,50 / 1,50

Carga admissível

P_a = \frac{R}{\mathrm{FS}}

A NBR 6122 pede FS = 2 quando a capacidade vem de métodos semiempíricos, sem provas de carga

Em estacas escavadas, a NBR 6122 limita a parcela da ponta a 20% da carga admissível, pela dificuldade de limpar o fundo: o fuste deve levar o resto.
Os dois métodos costumam diferir, às vezes bastante; comparar os dois, e com provas de carga da região, dá a medida da incerteza.
A carga admissível da estaca também depende do recalque e da resistência estrutural do fuste, que este app não verifica.

Referências

Aoki, N.; Velloso, D. A. An approximate method to estimate the bearing capacity of piles. In: Panamerican Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 5., Buenos Aires, 1975. v. 1, p. 367–376.
Décourt, L.; Quaresma, A. R. Capacidade de carga de estacas a partir de valores de SPT. In: Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, 6., Rio de Janeiro, 1978. v. 1, p. 45–53.
Décourt, L. et al. Análise e projeto de fundações profundas. In: Hachich, W. et al. (ed.). Fundações: teoria e prática. São Paulo: Pini, 1996.
Cintra, J. C. A.; Aoki, N. Fundações por estacas: projeto geotécnico. São Paulo: Oficina de Textos, 2010.
ABNT. NBR 6122: Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2019.

Informe a estaca — tipo, seção, dimensão e comprimento —, as camadas de solo e os N de uma sondagem SPT para estimar a capacidade de carga e a carga admissível pelos métodos de Aoki-Velloso e de Décourt-Quaresma.

Estaca

Tipo

Seção

Diâmetro, DmComprimento, Lm

Área da ponta A_p = 0,1257 m², perímetro U = 1,257 m. A cabeça da estaca fica na superfície.

Camadas

Do topo para baixo, cada camada com o solo da classificação de Aoki e Velloso e a profundidade da sua base. Devem ir até a ponta.

Sondagem SPT

Prof. (m)	N_SPT

Um N por ensaio, em geral a cada metro. Devem ir até a ponta; o de logo abaixo dela entra na ponta de Décourt-Quaresma.

Projeto

FS globalCarga de trabalho, PkN

P_a = R/FS; a NBR 6122 pede FS = 2 para métodos semiempíricos. Cargas admissíveis abaixo de P são destacadas.

Cada N representa o trecho entre o seu ensaio e o de cima (o primeiro, a partir da superfície); a cabeça da estaca fica na superfície e a ponta toma o N do trecho em que está.
Aoki-Velloso: r_p = K·N_p/F₁ e r_l = α·K·N/F₂, com K e α do solo de cada trecho (Aoki e Velloso, 1975) e F₁ e F₂ do tipo de estaca (Cintra e Aoki, 2010).
Décourt-Quaresma: r_p = α·C·N_p, com N_p a média dos N na ponta, logo acima e logo abaixo dela; r_l = β·10(N_l/3 + 1), com N_l a média ao longo do fuste sem os N usados na ponta, cada um entre 3 e 50. α e β de Décourt (1996) para estacas escavadas, hélice contínua e raiz; 1 para as cravadas.
N acima de 50 é tomado como 50. A carga admissível é R/FS (NBR 6122 pede FS = 2 para métodos semiempíricos); em estacas escavadas, a ponta leva no máximo 20% dela.
O gráfico do comprimento põe a ponta na profundidade de cada ensaio, com a mesma estaca e o mesmo perfil.
O 3D é uma ilustração: as barras acima da cabeça das estacas moldadas in loco (φ16) e a base da Franki mostram a obra como executada, mas não são dimensionadas aqui, e a base não entra na capacidade.

Capacidade de Carga de Estacas

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