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Estaca Broca: O Guia COMPLETO para Dimensionamento e Execução

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Estaca Broca Dimensionamento e Execução

Não sabe o que é a estaca broca? Como funciona a sua execução? Não entende quais as suas vantagens e desvantagens?  Os diâmetros usais? A profundidade máxima? Que tal o dimensionamento, ou seja, tanto o cálculo geotécnico (solo), quanto estrutural (as armaduras)? Nesse texto, além de entendermos a fundo a estaca broca, vamos dimensioná-la através de um exercício resolvido.

Mas o que é a Estaca Broca?

A estaca broca é uma das fundações profundas mais utilizadas em obras brasileiras de pequeno porte, principalmente pela sua facilidade de execução, que não exige mão-de-obra especializada, nem maquinário.

É uma estaca escavada manualmente, em que a escavação é realizada através de trado concha ou cavadeira para cargas máximas entre 6 e 8tf.

Estaca Broca

Consiste normalmente em uma fundação de concreto simples, ou seja, a armadura é apenas de ligação entre o bloco e a estaca, mas isso não impede que a estaca possa ser armada para resistir a momentos fletores, esforços horizontais e de tração, desde que o cálculo estrutural e geotécnico seja compatível.

O diâmetro desta estaca é normalmente de 30cm. Não recomenda-se diminuir por questões de controle de concretagem. Estudos demonstram que aumentar o diâmetro para 40cm, na expectativa de ganhar capacidade de carga, não é satisfatório.

A profundidade máxima depende do equipamento de escavação, mas normalmente o comprimento máximo é de 8 metros.

Verificadas algumas características iniciais, vamos agora entender o procedimento executivo para realizar mais tarde o dimensionamento completo através de um exemplo.

Quanto a Execução

A execução desta solução é relativamente simples, sendo o trado manual o único equipamento necessário, além das ferramentas comuns para qualquer obra. O procedimento está descrito e ilustrado abaixo:

1 – Escavação manual da estaca;

2 – Apiloamento do fundo da estaca;

3 – Concretagem da estaca;

4– Colocação da armadura da estaca.

estaca broca execução

Vantagens e Desvantagens

As principais vantagens são: baixo custo, não necessita de equipamentos e equipes robustas, permite coleta de amostras do terreno de apoio, não provoca vibrações durante a execução (evitando danos em estruturas vizinhas), e a concretagem no comprimento estritamente necessário.

Outra grande vantagem que podemos citar sobre a estaca broca, é a possibilidade de escavação do bloco antes da escavação e execução. Isso elimina a necessidade de arrasamento, o que é incomum em outros tipos de estacas, já que o bloco escavado limitaria o alcance das máquinas perfuratrizes, dependendo das dimensões do bloco e das condições de contorno.

Estaca Broca Escavação

Além disso, a colocação da armadura pode ser tanto antes quanto depois da concretagem, o que permite a utilização de concretos com slump um pouco menor e, consequentemente, mais baratos.

As principais desvantagens são a baixa capacidade de carga, baixo controle executivo, é exequível apenas acima do nível de água N.A, e comprimento máximo de 8 metros.

Outra desvantagem que podemos citar é que a estaca broca é exequível apenas em solos com sustentação lateral, ou seja coesivos. Isso é importante para garantir a integridade do furo, que em caso de solos arenosos, tende a desmoronar.

É importante ressaltar que o concreto utilizado ainda deve apresentar concentração de cimento relativamente alta, de maneira a garantir a qualidade do concreto ao longo do fuste, evitando bicheiras ou estrangulamento.

Quanto ao Dimensionamento Geotécnico (Solo) – Estaca Broca

A estaca broca é uma fundação profunda, e portanto, deve ser dimensionada como tal.

O dimensionamento geotécnico de estacas é normalmente realizado por métodos semi-empíricos, como Aoki-Velloso, Decourt e Quaresma, entre outros.

Para cálculo geotécnico da nossa estaca, utilizaremos o método de Aoki-Velloso que descreve a resistência a ruptura de uma estaca como a somatória da resistência lateral mais a resistência de ponta, veja a fórmula:

Estaca Broca - Fórmula Geotécnica

Onde:

Rt = Carga total a ruptura da estaca (sob ponto de vista geotécnico)

Rp = Carga de ruptura da ponta

Rl = Carga de ruptura lateral

 

Veja a imagem abaixo:

estaca broca cálculo

A resistência lateral é causa do atrito entre solo e concreto, e é calculada a partir da formulação abaixo:

Estaca Broca Resistência Lateral

Em que:

U = Perímetro da estaca em metros

rl = Incógnita geotécnica que depende do tipo de solo, tipo de fundação e resistência do solo

Δl = Espessura da camada de solo analisada em metros

 

Por sua vez a incógnita rl deve ser calculada através da seguinte equação:

estaca-broca-incognita

Em que:

α e K são determinados a partir do tipo de solo através da tabela 1.3 abaixo:

Estaca Broca Dimensionamento Geotécnico

A incógnita Nl é o índice de resistência à penetração médio na camada de solo de espessura analisada.

E o fator F2 depende do tipo de estaca, e pode ser retirado da tabela 1.5 abaixo:

Estaca Broca Fator F1

 

Já a resistência de ponta é causa do contato entre o solo na ponta da estaca com a estaca em si, e pode ser calculada através da equação abaixo:

Estaca Broca Resistência de Ponta

Em que:

rp = Incógnita geotécnica que depende do tipo de solo, tipo de fundação e resistência do solo

Ap = Área da ponta da estaca em m²

 

Por sua ver a incógnita rp deve ser calculada através da seguinte equação:

Estaca Broca Fator 2

Em que:

K = Deve ser determinado através da tabela 1.3

Np = É o índice de resistência à penetração na cota de apoio da ponta da estaca

F2 =  Deve ser determinado através da tabela 1.5

Veremos mais a fundo como calcular cada uma dessas parcelas ao realizar o dimensionamento geotécnico através do nosso exercício prático.

Quanto ao Dimensionamento Estrutural (Armaduras) – Estaca Broca

A  Norma Brasileira NBR 6122, não exige a colocação de armadura nos fustes de fundações profundas, se a tensão média for inferior a 5MPa (50kgf/cm²). As ferragens de arranque, entretanto, são necessárias.

Para realizar a verificação da tensão atuando no fuste de nossa estaca, utilizaremos a fórmula da tensão, em que tensão é igual a força sobre área.

Visto que a carga de catálogo é de no máximo 8tf (8000kgf), esta será a força. Quanto a área da estaca, esta será calculada através do diâmetro mínimo de 30cm.

Desta forma temos a seguinte tensão no fuste da estaca:

Verificação

Percebemos que a tensão média é inferior a 50kgf/cm², desta forma, a armadura é apenas de ligação (ancoragem entre o bloco e a estaca), desde que não existam momentos fletores, esforços cortantes ou tração atuando na estaca.

O dimensionamento estrutural é bastante simples. A armadura longitudinal é calculada conforme a taxa mínima de aço, que segue a seguinte equação:

Estaca Broca Cálculo da Área de Aço

Em que:

Ac =  Área de concreto da seção bruta.

Os estribos são construtivos, portanto, recomenda-se adotar 6,3mm c/ 20cm.

Caso você não tenha entendido perfeitamente algo, fique tranquilo. Tudo fica melhor com um exemplo prático.

Aliás, vamos colocar a mão na massa?

Exercício Passo a Passo – Dimensionamento Estaca Broca

Vamos ao nosso exercício:

Considerando estaca broca, com diâmetro de 30cm, carga de catálogo de 8tf e comprimento de 5 metros, escavadas em local com solo em argiloso, cujo NSPT é representado pela figura abaixo, fazer a previsão da capacidade de carga dessa fundação utilizando o método de Aoki-Velloso.

Estaca Broca Laudo de Sondagem SPT Exercício

Dimensionamento Geotécnico:

 

Iniciaremos o exercício determinando os fatores F1 e F2 através da tabela 1.5:

F1 e F2Portanto:

F1 = 3

F2 = 2 x F1 = 6

Vamos calcular agora a resistência lateral da estaca. Faremos a média do NSPT ao longo da estaca. Isso pode ser feito devido a homogeneidade que o solo apresenta em termos de resistência NSPT e tipo de solo.

Lembrando que desprezaremos o primeiro metro de estaca, considerando que este será escavado para execução do bloco de coroamento.

Sendo assim:

Estaca Broca NSPT Médio

Portanto, nossas variáveis para cálculo da resistência lateral podem ser calculadas e/ou definidas.

Deve-se prestar atenção as unidades de K e α, que devem entrar em kPa e decimais respectivamente.

É importante citar também que o perímetro de uma figura geométrica circular, como é a nossa estaca broca, é calculado através da equação:

Estaca Broca Perímetro

Em que:

pi() = 3,14…

r = raio da estaca

Quanto ao fator Δl, este significa a espessura da camada de solo analisada em metros. Neste caso, igual a 4m.

Abaixo segue o resumo das incógnitas e seus valores:

Estaca Broca Variáveis Resistência Lateral

Desta forma, podemos calcular a incógnita geotécnica (rl):

Estaca Broca Incógnita Resistência Lateral

E a resistência lateral total:

Estaca Broca Resistência Lateral Total

Percebemos que a parcela para resistência lateral é de 9tf, nos falta ainda calcular a resistência de ponta.

As incógnitas para cálculo da resistência de ponta podem ser encontradas abaixo:

O número de golpes Np, é a resistência NSPT da camada logo abaixo a ponta da estaca.

Desta forma, podemos calcular a incógnita geotécnica (rp):

Estaca Broca Incógnita Resistência de Ponta

E a resistência de ponta total:

Percebemos que a parcela para resistência de ponta é de 6,6tf.

Somando as parcelas de resistência lateral e resistência de ponta, chegaremos a resistência de ruptura da estaca que é de 15,62tf.

Devemos então, utilizar coeficientes de segurança para chegar a carga admissível para esta estaca:

Portanto, a resistência final geotécnica de nossa estaca é 7,81tf, finalizando assim o dimensionamento geotécnico da estaca broca.

Dimensionamento Estrutural

Para realizar o dimensionamento estrutural de nossa estaca broca, utilizaremos da equação:

Área de AçoEm que (Ac) é a área bruta da estaca já calculada anteriormente:

Desta forma a área de aço necessária será:

Podemos iniciar nossa verificação adotando barras de aço de 8mm, que tem uma área de aço de:

Escaca Broca Ferragem

Desta forma, dividindo a área necessária pela área de uma barra de aço de 8mm, teremos o número de barras de aço que são necessárias:

Estaca Broca Número de Barras de Aço

Portanto, para esta estaca serão necessárias 7 barras longitudinais de 8mm.

Quanto aos estribos, conforme exposto anteriormente, devemos adotar 6,3mm c/ 20cm.

Adotaremos um comprimento de armadura igual a 4m, visto que esse é normalmente o recomendado para mitigar esforços laterais provenientes de possíveis escavações.

O detalhamento final da estaca fica assim:

Estaca Broca Detalhamento

E carga máxima é de 7,81tf por estaca.

Lembrando que caso você tenha uma carga de compressão vinda do pilar, maior que essa, você pode adotar mais de uma estaca, ou seja um bloco sobre duas, três, quatro ou mais estacas.

O cálculo destes blocos fica como assunto para um próximo artigo.

Para saber mais sobre outros tipos de estacas, te convido a assistir o meu mini-curso no YouTube com mais de 80 aulas clicando aqui.

Se este artigo te ajudou de alguma forma, você pode curtir e comentar aqui abaixo se quiser.

Por hoje é isso, até mais!

 

28 COMENTÁRIOS

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