REVISÃO BIBLIOGRÁFICA DE MÉTODOS DE ANÁLISE DE BASE NO AÇO

CAPÍTULO

III

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOBRE MÉTODOS DE ANÁLISE DE FUNDAÇÕES POR ESTACAS

Neste capítulo apresenta-se a base teórica do estudo das Fundações por Estacas e em seguida alguns métodos consagrados de análise afim de dar uma amostra das teorias desenvolvidas para explicação e previsão do comportamento das estacas de modo geral, além de estabelecer quais deles serão aqui empregados.

3.1 - Transferência de Carga e Recalques

Tem-se até então comparado as estacas aos pilares do ponto de vista do dimensionamento estrutural. Da mesma forma pode-se ampliar esta analogia para o sistema de transferência de carga, que nada mais é do que a forma como ocorre o equilíbrio entre as forças solicitantes e resistentes ao longo da estrutura. Assim, pode-se dizer que o pilar é um caso particular de estaca onde uma das extremidades é indeslocável e o meio que o envolve não apresenta resistência ao cisalhamento.

Fig. 3.1 - Transferência de carga em um pilar

A figura 3.1 mostra como se faz a distribuição dos esforços e dos recalques ao longo de um pilar de comprimento L sobre o qual se aplica uma carga P. Pode-se ver que a transferência de carga ao longo do comprimento é nula, pois o meio que envolve o pilar não resiste ao cisalhamento e por isso não gera forças de atrito lateral:

N (z) = P = cte (9)

T (z) = 0 pois: T (z) = P - N (z) (10)

Desta forma, o recalque no topo do pilar deve-se ao seu encurtamento elástico, que obedece a Lei de Hooke (Teoria da Elasticidade) descrita como:

(11)

onde: E = módulo de elasticidade ou deformabilidade do pilar;

A = área da seção transversal do pilar.

O recalque num ponto qualquer (z) do comprimento do pilar será:

(12)

A estaca, por sua vez considerada como sendo o caso mais geral, possui uma função de transferência de carga ao longo da profundidade não nula (figura 3.2).

Fig. 3.2 - Mecanismo de transferência de carga para uma estaca

Desta forma o solo “absorve” parte da força normal atuante na seção da estaca (N(z)), a qual vai diminuindo de intensidade ao longo da profundidade; é isto o que se chama “Transferência de Carga”. Note-se que a carga aplicada (P ) deve ser equilibrada pela parcela de carga transferida ao solo ( T (z) ) e pela parcela de carga que ainda atua no eixo da estaca ( N(z) ), ou seja, a própria equação (10) acima :

P = N (z) + T (z) (10)

Como T (z) é a força do atrito lateral desenvolvido em toda a superfície do fuste da estaca até uma determinada profundidade z , a carga que um determinado elemento da estaca transfere para o solo nesta mesma profundidade z (ver figura 3.3) pode ser calculada por diferenciação, como segue:

dT(z) = U . f(z) . dz (13)

onde: U = perímetro da seção da estaca, sendo U =  . D (D = diâmetro) para estacas circulares;

f (z) = é o atrito lateral unitário entre estaca e solo;

Fig. 3.3 - Forças em equilíbrio num elemento de estaca de altura dz, na profundidade z.

Por equilíbrio, é fácil verificar que a parcela de carga dN(z) que reduz o valor da carga atuante na seção da estaca ( N(z) ) é justamente a parcela de carga que foi transferida ao solo por atrito lateral no elemento, ou seja:

dN(z) = dT(z) (14)

Integrando a expressão (13) obtém-se então a carga transferida ao solo pela estaca por atrito lateral até a seção z em questão:

(15)

Pode-se ver claramente pelas expressões (14) e (15) que existe uma relação direta entre as funções N(z) e f(z), cujos exemplos podem ser vistos na figura 3.4 apresentada por VÉSIC (1970). Note-se que a figura 3.4.e representa o caso de ocorrência de atrito negativo, que se verifica quando o solo sofre adensamento, transferindo carga para a estaca, ou seja, sobrecarregando-a.

Fig. 3.4 - Diagramas típicos de N(z) e curvas f(z) correspondentes (VÉSIC, 1970)

Portanto, o comportamento dos recalques no topo de uma estaca é bem diferente do que se dá em um pilar. Isto ocorre pois a ponta se desloca (dependendo da capacidade de suporte do solo) sob ação da parcela de carga que nela chega. Também o solo ao longo do fuste recalca devido ao encurtamento elástico da estaca que aqui passa a ser função direta do atrito lateral, como se pode verificar generalizando-se as expressões (10), (11) e (12) para as estacas.

Desta forma, o recalque no topo de uma estaca compreende duas parcelas principais: o recalque sofrido pelo fuste e o sofrido pela ponta.

0 = P + S (16)

Admitindo-se que não se tenha atingido o valor limite do atrito lateral (fmax) na interface estaca-solo, haverá uma compatibilidade dos deslocamentos entre os elementos da estaca e do solo adjacente e, portanto, o recalque do solo ao longo do comprimento será igual ao encurtamento elástico do fuste da estaca:

(17)

Avaliando isoladamente o recalque sofrido por um elemento (dz) da estaca, deve-se então descontar o recalque total do topo (0) que engloba também o recalque sofrido pela ponta. Desta forma, o recalque de um elemento à profundidade z se apresenta como: