EnC - Helice continua

Todo engenheiro civil tem uma boa noção dos princípios básicos da engenharia geotécnica, mas quando precisa de algum conceito mais elaborado… não adianta, precisaríamos consultar a literatura técnica, amigo especialista ou aquele caderno velho e incompleto das aulas de Fundações. Antes de você ligar para um colega de profissão especializado no assunto, vamos tentar te ajudar com uma revisão do assunto e com um rápido estudo de caso sem muita discussão teórica do assunto.
Pra quem é este artigo:

  • 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 te 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.
Neste artigo vai encontrar:

  1. Breve apresentação de dois dos métodos mais utilizados no dimensionamento de fundações com estacas: Aoki-Velloso e Décourt-Quaresma
  2. Cálculo de um exemplo (Estudo de Caso) através de uma planilha para download

Métodos de Cálculo: Teoria na Prática
Vantagens e desvantagens dos métodos ? Sugiro calcular os dois e escolher o menor resultado, por conservadorismo.
Método de Décourt-Quaresma
Rapidamente neste método a capacidade de carga de uma estaca (Carga de Ruptura – chamaremos de “Qu”) será obtida pela simples fórmula abaixo:

  • 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;
  • α é um parâmetro de ajuste para estacas não cravadas;
  • β é outro parâmetro de ajuste para estacas não cravadas.

O princípio é intuitivo, o solo irá atuar na lateral e na ponta da estaca para impedir que ela “afunde”. Esse limite entre a força máxima aplicada na estaca e o início do deslocamento do solo (ruptura) define a capacidade de carga da estaca.
A tensão de ruptura de ponta possui a seguinte equação:

Onde:
K é um coeficiente tabelado em função do tipo de solo;

Tipo de solo K (KN/m2)
Argila 120
Silte argiloso 200
Silte arenoso 250
Areia 400
  • 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;

O atrito lateral unitário é calculado, sem dificuldades, pela fórmula:

Parâmetos α e β são sugeridos pelas tabelas a seguir:

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         
Utilizando também o proposto por 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:

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”.

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.
Tipo de solo K (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%
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         
Neste rápido exercício, vamos avaliar qual seria a capacidade de carga e a quantidade de estacas escavadas de 25 cm de diâmetro necessárias para suportar um pilar com 900kN.
Vamos considerar o seguinte perfil do solo e resultado da sondagem à percussão:

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 DE CÁLCULO DE ESTACAS

se não funcionar, copie e cole o endereço do seu navegador http://engenheironocanteiro.com.br/wp-content/uploads/2021/03/EnC-Planilha-de-Calculo-de-Fundacoes-em-Estacas-v2-20150630.xlsx

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

Você irá perceber que a planilha já encontrou os fatores F1 e F2, além da resistência estrutural estimada da estaca (simplesmente a tensão de resistência do concreto informada no fck) para garantir que a estaca não romperá primeiro que o solo.

Dica: sempre preste atenção nas unidades que você está utilizando. Preencher o diâmetro como 0,25m, por exemplo, pode fornecer um resultado incorreto e atrapalhar suas estimativas.
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.

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 conservador (menor resistência) na última coluna.
Perceba que na profundidade de 8m a estaca teria 274 kN de capacidade, o que permitiria utilizar 4 estacas para suportar o pilar com 900kN.
É possível fazer uma estaca mais profunda e atingir a carga do pilar? Dificilmente uma estaca escavada conseguirá ultrapassar SPTs altos (acima de 25), talvez até 7m esteja forçando a barra para o equipamento utilizado. É muito importante você conversar com o executor do serviço para encontrar a melhor solução.
Caso você não tenha feito o download, aqui vai novamente o botão com o link:

BAIXAR PLANILHA DE CÁLCULO DE ESTACAS

se não funcionar, copie e cole o endereço do seu navegador http://engenheironocanteiro.com.br/wp-content/uploads/2021/03/EnC-Planilha-de-Calculo-de-Fundacoes-em-Estacas-v2-20150630.xlsx

Esperamos que o artigo e a planilha ajude nos seus projetos.
Também preparamos uma breve apresentação com todo o conteúdo desse artigo, confira:

Até a próxima!

Bibliografia consultada: “Fundações – Teoria e Prática” ABMS / ABEF

Comentários (27)

Muito bem apresentado e simples de entendimento. Parabens.

Excelente artigo! Parabéns pelo trabalho.

O nível d’agua nao influencia nada nessa planilha do excel?

Lucas,
O nível d’água influencia o método construtivo e se houver contenções.
Abraços,

Não tenho nada contra o trabalho de vocês, mas não acham demais deixar disponíveis e fáceis coisas que são do know-how da engenharia civil. Nunca vi, até hoje, algum médico disponibilizar planilhas de cálculo de medicação para leigos. O que digo pode até parecer egoísta e carola, mas, na verdade, só quero chamar atenção ao fato de estarmos desvalorizando, dessa maneira, nossa profissão mesmo que sem a intenção.

Que comparação nada a ver cara, você não acha que seria totalmente banal por informações sobre “cálculo de medicamento” para o público leigo?? Provavelmente seria considerado como um crime… E pelo que percebo nos comentários aqui, as pessoas são todas da área, já formados ou estudantes. Até parece que um leigo vai querer se arriscar a dimensionar uma estrutura, sem ao mínimo conhecer o básico da engenharia. Nunca vi um que fizesse isto até hoje.

Discordo um pouco com você Eduardo, há milhões de artigos científicos médicos ou de qualquer outro tema na internet, basta pesquisar em scholar.google.com, além disso qualquer um pode ir à biblioteca ou livraria e comprar livros técnicos de qualquer tema, não só engenharia. Isso não significa que você está habilitado legalmente pra ser responsável técnico e muito menos que as pessoas comuns ficam procurando soluções de assuntos que pouco entendem. Duvido que se você começar a tossir sangue você se arrisca em um artigo num blog médico, você provavelmente prefere ir à uma consulta. A internet é uma fonte de assuntos (bons e ruins) e só bons profissionais tem capacidade de discernir o que pode ser aproveitado.

Muito obrigado pelo material, Super valorizo o trabalho de vocês ganharam em dobro pelo conhecimento disponibilizados. Show de boa!

Excelente planilha, mas como fica a situação referente ao que diz a NBR 6122 que no máximo 20 % da carga admissivel pode ser suportada pela ponta da estaca?

Permanece válida! A planilha é apenas uma ferramenta e não dispensa nunca a análise crítica e a visão global do projeto por parte do engenheiro responsável.

Boa tarde. Excelente material, vocês teriam algum material também sobre radier e fundações rasas, bem como análise da capacidade de carga e recalque.
Parabéns pelo site, nota 1000.

Bom dia Tentei baixar a planilha em excel mas não baixa nada. O assunto que voces tratam é formidável, e o conhecimento tem que ser expandido a todos que querem aprender. se alguns aqui acham que deve ficar tudo trancado em nossas mãos o que será dos futuros aprendizes. já imaginou se a cura para o coronavirus fosse mantida a sete chaves será que haveria sobreviventes alem da china?

Caro Giuliano Tognetti, agradeceria se pudesse enviar essa planilha no email: engenheirocarlosantonino@yahoo.com.br – ja tentei inumeras vezes baixar mas não sei o porque ela não baixa. Fico agradecido desde já. Tenha um bom dia.

Que Deus Abençoe voce e sua familia

Boa noite e muito obrigado. Consegui baixar ele aqui. Fiquem com Deus e que ele abençoe todos nós

Boa Noite, fiquei com uma duvida, nessa situação do exemplo não seria necessário considerar os parâmetros alfa e beta visto que a estaca não é cravada ??

Com certeza deve ser considerado, Gustavo!
Por isso a planilha nunca substitui a análise crítica do engenheiro.
Abraços

Muito boa planilha, obrigado por compartilhar.
Uma dúvida, o resultado dos métodos tem que ser superior a capacidade de carga da estaca, correto?

A capacidade de carga da estaca (ex. tensão de ruptura da seção de concreto ou outro material da estaca) precisa ser superior que os resultados do método.
Carga suportada < Carga limite da estaca < Carga limite do solo

Parabéns Giuliano, muito bom o trabalho de vocês. Obrigado!
No primeiro metro a planilha deu 48 kN, no segundo 21 kN, terceiro 28 kN e no quarto 63 Kn. No meu caso, o segundo e terceiro metro, a resistência é menor que o primeiro metro. Em um caso hipotético de um pilar de 50 kN, somaria 48 kN do primeiro metro e 21 kN do segundo para aguentar uma carga maior que o do pilar (50 kN) ou eu teria que levar a fundação para os 4 metros (63 kN)?

Quando você tem uma camada de solo mais resistente, seguida por uma menos resistente e depois volta a ter uma camada resistente, é um pouco perigoso parar sua estaca no meio desse sanduíche (segundo e terceiro metro do seu caso). Eu acho que você precisa procurar suporte em camadas mais resistentes e seguras. Isso acontece bastante perto de pântanos e litoral.

LENINE CARDOSO DOS SANTOS

Muito bom.
Parabéns!!!!!

Fiquei apenas com uma dúvida quanto aos fatores F1 e F2. Na planilha estão diferentes da tabela disponibilizada por Cintra e Aoki (2010). Exemplo: Estaca hélice – F1 = 2 e F2 = 4.
Excelente material! Muito obrigada.

Millena, os fatores utilizados estão na obra “Fundações – Teoria e Prática”, o artigo que você mencionou é bem mais novo.
Você precisa conferir se trata-se dos mesmos fatores de cálculo…

Giuliano Tognetti excelente meus parabéns! E no caso de estacas submetidas a tração? Teria uma planilha para essa situação?

Consulte o livro “Fundações – Teoria e Prática” da ABMS, lembro que estima-se resistência na ordem de 50% da força de compressão para o atrito lateral. Melhor confirmar.

Gostaria de parabenizar pelo site!
Fiz minha primeira obra sozinha em 2015, um sobrado com caixão perdido embaixo, totalizando 3 lajes, utilizando como ponto de partida esta tabela. Hoje, 5 anos depois vejo que o site continua ativo e gostaria de parabenizar a inciativa! Assim como eu , muitos engenheiros recém formados quando se deparam em uma área onde não estagiaram encontram muita dificuldade. Parabens!

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