Estacas de fundações carregadas transversalmente no topo

As fundações de uma obra, sejam elas rasas ou profundas, tem a função de transmitir ao solo os esforços da edificação. São os elementos de fundação que distribuem no terreno o peso da obra que será construída.

Não raro chegam as fundações solicitações de esforços além das componentes normais de cargas verticais. É comum as forças horizontais e de momento, carregarem transversalmente as fundações.

Quando desprezada a contenção lateral do solo, a absorção dos esforços horizontais somente será possível se existirem estacas inclinadas (como a da foto em destaque) distribuídas, de modo a formar cavaletes que absorverão esses esforços horizontais pela composição de forças de tração atuante num conjunto de estacas do cavalete e de compressão no outro conjunto.

No caso de só existirem estacas verticais, os esforços horizontais provenientes da estrutura serão absorvidos por flexão dessas estacas.

Vamos abordar nesse artigo uma importante conceito ao dimensionamento de estacas carregadas transversalmente para os casos de só existirem estacas verticais.

Este modelo de dimensionamento é valido para qualquer tipo de estaca, sejam estacas escavadas, hélice contínua, pré moldadas de concreto, metálicas, raiz, etc.

Capacidade de carga de uma estaca

A capacidade de carga de uma estaca é obtida com o menor de dois valores:

• Resistência estrutural do material da estaca
• Resistência do solo que lhe da suporte.

O projeto de uma estaca carregada transversalmente, no que diz respeito ao calculo do deslocamento e dos esforços na estaca pode ser simplificado em dois casos.

• Estacas longas
  • Fornece resistência de ponta nula.
• Estacas curtas
  • É o caso em que a resistência do solo a ponta da estaca é significativa para o equilíbrio dos esforços transversais externos.

O modulo e a constante de reação horizontal

Para se estudar uma estaca carregada transversalmente, há necessidade de se prever a variação do módulo de reação horizontal com a profundidade.

As variações mais simples são as que admitem este modulo K, constante. Estes solos apresentam características de deformação mais ou menos independentes da profundidade. Caso das argilas pré adensadas.

Outro caso apresenta características de deformação proporcionais a profundidade como os solos arenosos e as argilas normalmente adensadas. Nestes casos a constante K é multiplicada pela constante do coeficiente de reação horizontal.

Os valores de K e ղh e suas variações com a profundidade são de difícil previsão. Entretanto, segundo Terzaghi, os erros na avaliação desses valores têm pouca influência nos cálculos pois englobam uma raiz quarta ou quinta.

$T = \sqrt[5]{\raisebox{1ex}{$EI$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$ղh$}\right.}$ $R = \sqrt[4]{\raisebox{1ex}{$EI$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$K$}\right.}$

Quando a estaca é curta ou longa?

A definição do comportamento da estaca como longo ou curta não é uma analise direta de sua profundidade. Ela é definida em função do modulo de elasticidade do material da estaca, do momento de inercia da seção transversal da estaca em relação ao eixo baricêntrico, normal ao plano de flexão e da constante e do módulo de reação horizontal.

A estaca será considerada longa quando o comprimento enterrado da mesma tiver a sua profundidade L:

• Maior ou igual a 4*T . Isso para solos com K = ղh * z
• Maior ou igual 4*R. Isso para solos com K constante.

Lembrando que:

• K é constante para solos que apresentam características de deformação mais ou menos independentes da profundidade. Exemplo as argilas pré adensadas.
• K = ղh * z para solos que apresentam deformação proporcional a profundidade. Exemplo os solos arenosos e as argilas normalmente adensadas.

Para os casos onde as estacas têm profundidade inferior a informada, as estacas são consideradas curtas.

Segurança a Ruptura

O calculo das estacas submetidas a esforços transversais não se pode restringir apenas a obtenção de momentos e cortantes que permitem dimensionar a peça. Deve-se verificar se o solo que serve de suporte a estaca apresenta um satisfatório coeficiente de segurança a ruptura. Por essa razão os cálculos dos deslocamentos e das pressões aplicadas ao solo são igualmente importantes, pois permitem verificar a estabilidade da estaca.

Broms estudou as estacas carregadas transversalmente pelo método da ruptura. Para tanto, estabeleceu mecanismos possíveis de ruptura admitindo que as estacas longas rompem pela formação de uma ou duas rotulas plásticas e as curtas, quando a resistência do solo é vencida.

Projeto de fundações

Na grande maioria dos casos os coeficientes e módulos de reação horizontal são estimados a partir dos resultados de sondagens a percussão SPT associados a classificação táctil visual dos solos. Dessa forma a experiência do projetista de fundação é fundamental.

Por essa razão torna-se necessário realizar e interpretar o maior número possível de provas de carga, principalmente em estacas instrumentadas a fim de se irem aferindo os parâmetros envolvidos no problema.

Nós aqui na APL Engenharia temos vasta experiência na execução de sondagens, projetos, fundações e provas de carga. Este conhecimento e experiência em todas as etapas geotécnicas torna nossos projetos a mais assertiva escolha para sua obra.