Dimensionamento de Estacas: NSPT, Capacidade de Carga e Nega

Unidades e Conversões Comuns em Geotecnia

Para facilitar o dimensionamento e a compreensão dos cálculos em geotecnia, apresentamos algumas conversões e equivalências de unidades:

• 1 Pa = 1 N/m²
• 1 MPa = 10⁶ N/m²
• 1 kgf = 10 N
• 1 MPa = 10 kgf/cm²
• 1 tf = 1000 kgf
• 1 m² = 10000 cm²
• 1 kgf/m = 9,8 N/m
• 1 kgf/cm = 980 N/m
• 1 kgf/cm = 0,98 kN/m
• 1 kgf/cm = 0,0098 kN/cm

Cálculo de Cargas e Capacidade de Estacas

As seguintes fórmulas são fundamentais para o cálculo de cargas e a determinação da capacidade de estacas:

• Q = 1,1 × Q_pilar: Carga total a ser suportada pela fundação.
• N = Q / Q_estr (Q_trabalho): Número de estacas necessário, onde Q_estr é a carga estrutural ou de trabalho.
• Q_estaca = Q / n: Carga por estaca, onde 'n' é o número de estacas.

Valores Limites de NSPT para Parada das Estacas

É crucial verificar o valor de NSPT (Standard Penetration Test) para determinar a profundidade de parada das estacas, realizando uma primeira tentativa com base nos seguintes critérios:

Resistência de Ponta (Q_p)

A resistência de ponta da estaca é calculada por:

Q_p = K × N / F₁ × A_p

• A_p: Área da ponta da estaca. Para estacas retangulares, A_p = b × h. Para estacas circulares, A_p = πr². Para estacas Franki, A_p é calculada considerando D_b = 1,5 D_f, onde D_f é o diâmetro do fuste.
• N: Valor do NSPT na ponta da estaca.
• F₁: Fator tabelado.

Atrito Lateral (Q_al)

O atrito lateral da estaca é determinado por:

Q_al = U × ∑q_i × l_i

• q_li = α × K × N / F₂: Tensão de atrito lateral. Para estacas pré-moldadas, F₁ = 1 + D/0,80 e F₂ = 2 × F₁.
• U: Perímetro da estaca. Para estacas retangulares, U = 2 × (b + h). Para estacas circulares, U = 2 π r. Para estacas Franki, utiliza-se o diâmetro do fuste (D_f).

Capacidade de Carga Admissível (Q_adm)

A capacidade de carga de ruptura (Q_rup) é a soma da resistência de ponta e do atrito lateral:

Q_rup = Q_p + Q_al

A capacidade de carga admissível (Q_adm) é obtida dividindo a carga de ruptura por um fator de segurança (FS):

Q_adm = Q_rup / FS (onde FS = 2)

Casos Específicos

• Se a estaca for escavada: A capacidade admissível (Q_adm) deve ser o menor dos dois valores: Q_rup / 2 ou Q_al / 0,8.
• Atrito Negativo: Se houver argila mole ou muito mole, pode ocorrer atrito negativo. O atrito negativo ocorre da camada de solo mole para cima, enquanto o atrito positivo ocorre para baixo. Nesse caso, a fórmula para Q_adm é ajustada:

Q_adm = (Q_p + Q_al(+)) / 2 – Q_al(-)

É fundamental que a capacidade de carga admissível seja maior que a carga por estaca (Q_adm > Q_estaca). Se essa condição não for atendida e não for possível aumentar o comprimento da estaca, deve-se aumentar o número de estacas, recalculando 'n':

n = Q / Q_adm

Nega de Cravação de Estacas

A nega é um parâmetro crucial para o controle da cravação de estacas. A cravação pode ser interrompida quando a nega de controle for maior que a nega de campo.

• Nega de Campo (s): É a penetração da estaca por golpe, medida em cm/golpe.
• Nega de Controle: Determinada por fórmulas dinâmicas, que consideram as características do pilão, da estaca e do solo.

Fórmulas para Nega de Controle

Fórmula de Brix (Caráter Geral)

Onde:

• R: Carga admissível.
• FS: Fator de segurança (varia de 4 a 10).
• W: Peso do pilão.
• P: Peso da estaca.
• H: Altura de queda do pilão.
• s: Nega.

Fórmula de Hiley (Para Estacas Cravadas com Bate-Estacas Diesel)

Onde:

• k: Perdas no processo (k = c₁ + c₂ + c₃).
• c₁: Deformação elástica do capacete de cravação (valor conhecido previamente).
• c₂: Deformação elástica da estaca (medida na obra).
• c₃: Deformação elástica do solo (medida na obra).

Fórmula Dinamarquesa (Para Estacas Metálicas)

Onde:

• h: Eficiência (normalmente 0,7).
• s₀: Recalque elástico da estaca.
• L: Comprimento da estaca.
• A_p: Área da seção transversal do perfil (tabelado).
• E: Módulo de elasticidade (2,1 × 10⁶ kgf/cm²).

Adaptação para Estaca Franki

Onde:

• P_t: Peso do tubo.
• A_b: Área da seção transversal do bulbo.
• A_f: Área da seção transversal do fuste.

Bloco de Coroamento

O dimensionamento do bloco de coroamento é essencial para distribuir a carga do pilar para as estacas. As recomendações de espaçamento são:

• Espaçamento entre centros de estacas: 3 × diâmetro da estaca.
• Distância do centro da estaca ao bordo do bloco: 1 × diâmetro da estaca.