COLETÂNEA DO
USO DO AÇO
PERFIS GERDAU AÇOMINAS
APLICADOS COMO ESTACAS METÁLICAS
EM FUNDAÇÕES PROFUNDAS
1ª Edição
2006
Consultoria:
Urbano Alonso Consultoria e
Projetos Ltda.
Coordenação Técnica:
Ronaldo do Carmo Soares
Equipe Técnica:
Fabio Domingos Pannoni
Fernando Ottoboni Pinho
Colaboração:
Carlos Gaspar
Luciano Martins Aleixo
Ricardo Dias
Coordenação Gráfica:
Andréa Vicentin
APRESENTAÇÃO
Na construção de qualquer tipo de obra, principalmente aquelas que requerem fundações
profundas e as que apresentam condições adversas na interação com o solo, as Estacas
Metálicas constituem-se em excelente solução.
Os Perfis Gerdau Açominas, de abas paralelas, laminados a quente, a partir de blocos com
estrutura homogênea e sem soldas, oferecem flexibilidade e alta produtividade quando
aplicados como Estacas Metálicas.
O objetivo desta publicação é oferecer aos engenheiros calculistas de fundações e aos
profissionais envolvidos com obras civis, informações e elementos técnicos básicos das estacas
metálicas utilizando os Perfis Gerdau Açominas, com foco especial para as estacas de seção
transversal decrescente com a profundidade.
O material inclui também uma abordagem atualizada dos aspectos relacionados com corrosão
de elementos de aço utilizados como estacas. A NBR 6122/1996, que regulamenta esse
assunto, está em fase de revisão e vários dos avanços na discussão dos seus requerimentos
estão aqui inseridos e podem ser considerados como subsídios na elaboração dos projetos.
Os aspectos técnicos são também abordados com base nas características dos Perfis Gerdau
Açominas, produzidos regularmente em aço de alta resistência mecânica ASTM A 572 Grau 50,
com limite de escoamento de 345 MPa, significativamente superior às dos perfis usados
atualmente no mercado (produzidos em aço ASTM A 36).
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
ÍNDICE
Nomenclatura.......................................................................................................7
1 Introdução ........................................................................................................9
2 Aplicações e Características das Estacas Mistas .............................................13
3 Corrosão ..........................................................................................................17
4 Dimensionamento Estrutural ..........................................................................21
4.1 - Flambagem..................................................................................................23
4.2 - Capacidade de Carga Estrutural.....................................................................25
5 Capacidade de Carga Geotécnica ....................................................................27
6 Conceito de “Estacas Metálicas de Seção Transversal Decrescente
com a Profundidade”.......................................................................................33
7 Detalhes da Emenda dos Perfis.......................................................................37
8 Ligação dos Perfis ao Bloco de Coroamento ...................................................41
1º Caso - Estacas Comprimidas .............................................................................43
2º Caso - Estacas Tracionadas...............................................................................44
9 Controles da Capacidade de Carga .................................................................45
9.1 - Durante o Processo de Cravação ...................................................................47
9.2 - Provas de Carga Estática...............................................................................50
10 Casos de Obras..............................................................................................51
11 Blocos de Coroamento ..................................................................................61
12 Anexos...........................................................................................................67
Anexo I - Tabela de Bitolas....................................................................................69
Anexo II - Transcrição do artigo “Corrosão em Estacas Metálicas: Proposta
para a Revisão da Norma NBR 6122/96” publicado na revista SOLOS E ROCHAS
vol 29, nº 1, pp. 115-117 ......................................................................................72
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
NOMENCLATURA
Designação
bf
c
d
e
fu
fy
h
rx
ry
rl
rp
s
tf
tw
A
Ap
As
A's
C2
C3
E
G
Ix
Iy
Lfl
K
P
PL
PP
PR
Wx
Wy
β
γ
γf
γp
ηh
λ
υ
Descrição
Largura da aba do perfil
Velocidade de propagação da onda em estacas
Altura da seção transversal do perfil
Distância entre eixos de estacas
Limite de resistência do aço
Limite de escoamento do aço
Altura de bloco
Raio de giração no eixo X-X
Raio de giração no eixo Y-Y
Adesão média solo-estaca, na ruptura
Resistência unitária (à ruptura) do solo sob a ponta da estaca
Nega da estaca
Espessura da aba (mesa) do perfil
Espessura da alma do perfil
Área do retângulo envolvente à seção transversal da estaca
Porcentagem da área A a adotar na capacidade de carga da estaca
Área da seção transversal do perfil
Área útil da seção transversal do perfil (deduzida a corrosão)
Deformação elástica do fuste da estaca
Deslocamento elástico do solo sob a ponta da estaca
Módulo de elasticidade do material da estaca
Módulo de elasticidade transversal do material da estaca
Momento de inércia no eixo X-X da seção transversal da estaca
Momento de inércia no eixo Y-Y da seção transversal da estaca
Comprimento de flambagem
Repique
Carga estrutural admissível das estacas
Carga de ruptura por atrito lateral ao longo do fuste da estaca
Carga de ruptura do solo sob a ponta da estaca
Carga de ruptura do solo que dá suporte a uma estaca
Módulo resistente no eixo X-X da seção transversal da estaca
Módulo resistente no eixo Y-Y da seção transversal da estaca
Coeficiente de dilatação térmica linear
Peso específico
Coeficiente de ponderação das resistências
Coeficiente de ponderação das ações
Constante do coeficiente de reação horizontal
Índice de esbeltez
Coeficiente de Poisson do material da estaca
L = comprimento (mm, cm, m)
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
F = força (N, kN, kgf, tf)
Unidade
L
LT-2
L
L
-2
F.L
F.L-2
L
L
L
F.L2
F.L2
L
L
L
L2
L2
2
L
2
L
L
L
-2
F.L
-2
F.L
L4
L4
L
L
F
F
F
F
3
L
L3
/0C
-3
F.L
F.L-3
-
Tabela 1: Características do aço ASTM A 572 Grau 50
Limite de escoamento (fy)
345 MPa = 3,5 tf/cm2
Limite de resistência (fu)
450 MPa = 4,5 tf/cm
Módulo de elasticidade (E)
205.000 MPa = 2.090 tf/cm2
Coeficiente de Poisson (υa)
0,3
Módulo de elasticidade transversal (G)
77.200 MPa = 787 tf/cm
Coeficiente de dilatação térmica linear (β)
1,2x10-5 / 0C
Peso específico (γ)
77 kN/m3 = 7,85 tf/m3
2
2
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
1
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO
A utilização no Brasil de perfis metálicos como elementos de fundações profundas têm
apresentado avanços significativos. Até muito recentemente, as estacas metálicas eram
utilizadas principalmente nas estruturas de contenção (perfis associados a pranchas de madeira
ou pré-fabricadas de concreto) e nos pilares de divisa, com o objetivo de se eliminar as vigas
alavancas. Também no caso em que se querem reduzir as vibrações decorrentes da cravação de
estacas de deslocamento (estacas pré-moldadas de concreto ou do tipo Franki), as estacas
metálicas sempre foram consideradas como solução de alta eficiência. O mesmo se pode dizer
quando é necessário atravessar lentes de pedregulhos ou concreções (laterita, limonita, etc).
Em decorrência dessas aplicações serem classificadas como “especiais”, criou-se o “mito” de
que as estacas metálicas constituíam-se em solução alternativa. A falta de perfis adequados
obrigava, em muitos casos, ao uso de produtos improvisados, o que acabou rotulando a solução
“estacas metálicas” como de baixa competitividade durante muito tempo. Com a introdução dos
Perfis Gerdau Açominas, cuja produção foi iniciada em 2002, esse cenário passou a ser
gradualmente transformado, e as estacas metálicas para fundações profundas têm se mostrado
cada vez mais competitivas.
Os Perfis Gerdau Açominas são produzidos de acordo com as especificações da Norma
ASTM A6/A6M, em aço de alta resistência, com abas paralelas que facilitam ligações (por solda
de filete em talas). A ampla variedade de bitolas oferecida pela Gerdau Açominas para Perfis de
um mesmo grupo (de mesma altura interna e dimensões externas praticamente iguais) permite
a criação de Estacas Metálicas de Seção Transversal Decrescente com a Profundidade. Ou seja,
com base nas características dos Perfis Gerdau Açominas, é possível criar estacas metálicas
compostas com Perfis de um mesmo grupo, com seção transversal variável em função da
profundidade. O conceito é relativamente simples e estabelece que a seção transversal pode
ser reduzida com a profundidade em função da carga resultante na estaca, que vai diminuindo
em razão da transferência de carga para o solo, por atrito lateral. Essa solução, que oferece uma
significativa redução no peso médio das estacas, se apresenta como alternativa técnicoeconômica às fundações profundas onde tradicionalmente se utilizam estacas escavadas
(estacões e barretes), estacas raiz, estacas pré-moldadas de concreto com emenda soldada e
trilhos (novos e usados).
O conceito das fundações em estacas metálicas de seção transversal decrescente com a
profundidade é especialmente abordado no item 6.
11
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
2
APLICAÇÕES E CARACTERÍSTICAS
DAS ESTACAS METÁLICAS
APLICAÇÕES E CARACTERÍSTICAS
DAS ESTACAS METÁLICAS
2.1 - Aplicações
Como elementos de fundação as estacas metálicas têm aplicação destacada nas construções
industriais, em edifícios de andares múltiplos, pontes e viadutos, portos e torres de transmissão.
Nas estruturas de contenção têm papel preponderante em função da facilidade de cravação, de
sua alta resistência e da versatilidade de integração com elementos construtivos
complementares.
2.2 - Vantagens
São inúmeras as razões para sua utilização, quando comparadas com outros tipos, entre as
quais ressaltamos:
• Reduzido nível de vibração durante sua cravação, quer seja com martelos de queda
livre ou com os modernos martelos hidráulicos
• Possibilidade de cravação em solos de difícil transposição como, por exemplo, argilas
rijas a duras, pedregulhos e concreções (laterita, limonita, etc) sem o
inconveniente do “levantamento” de estacas vizinhas já cravadas (como ocorre, por
exemplo, no caso das estacas pré-moldadas de concreto e Franki) e sem perdas de
estacas “quebradas” que oneram não só o estaqueamento como os blocos que
deverão ser redimensionados (aspectos de custo e prazo)
• Resistência a esforços elevados de tração (da ordem de grandeza da carga de
compressão) e de flexão (o porque de seu emprego muito ligado às estruturas de
contenção)
• Possibilidade de tratamento à base de betume especial (pintura), com a finalidade de
reduzir o efeito do “atrito negativo”
• Facilidade de corte e emenda de modo a reduzir “perdas” decorrentes da variação da
cota de apoio do extrato resistente, principalmente em solos residuais jovens
2.3 - Estacas Mistas
Quando usadas como complemento de outro tipo de estaca (por exemplo, pré-moldada de
concreto com anel metálico), as denominadas estacas mistas podem resolver alguns problemas
de fundação profunda, conforme se mostra nas Fotos 1 e 2.
No primeiro caso (Foto 1) o segmento metálico tem por finalidade permitir a cravação de um
comprimento significativo da estaca em solos compactos arenosos ou argilas rijas a duras, sem
os inconvenientes de “levantamento” acima mencionado, ou atravessar pedregulhos e
concreções. Sua aplicação mais significativa ocorre em obras marítimas (cais) onde é comum a
existência dessas camadas resistentes, mas a estaca é projetada com um comprimento préfixado (por exemplo, decorrente de futura dragagem) para resistir a esforços elevados de
tração. A cravação de estacas de concreto, neste caso, pode se tornar inviável em decorrência
de quebra para atingir a profundidade definida pelo projetista. Assim a estaca mista terá um
trecho em concreto armado, na região em água, e um trecho metálico na região de solo, com
comprimento tal que permita atravessar essas dificuldades de resistência do solo atingindo o
comprimento definido em projeto, e mantendo a integridade estrutural para resistir às cargas de
compressão e tração a ela impostas.
15
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
A prova de carga da Figura 15 é um caso de obra em que se usou este tipo de estaca.
No segundo caso (Foto 2) o segmento metálico tem por finalidade permitir que a estaca mista
possa ser cravada, até atingir um estrato rochoso, sem que haja risco de quebra da ponta da
estaca de concreto, visto que, na quase totalidade dos casos em que ocorre rocha, esta se
encontra inclinada impondo, à ponta da estaca, tensões não uniformes, durante a cravação.
Estas tensões dinâmicas de cravação não podem ser resistidas pelo concreto, mas sim pela
ponta metálica, pois o aço é um material mais dúctil e, por deformações diferenciais redistribui
essas tensões de contato e as transmite de modo mais uniforme para a seção de concreto.
Foto 1 - Estaca mista (concreto-perfil metálico) para atravessar solos resistentes
sem risco de levantamento de estacas já cravadas. Também se utilizam em obras
marítimas conforme se mostra na prova de carga da Figura 15.
Foto 2 - Estaca mista (concreto-perfil metálico) para apoio em rocha
16
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
3
CORROSÃO
CORROSÃO
Estacas de aço têm sido utilizadas em todo o mundo há mais de 120 anos e sua durabilidade tem
excedido todas as estimativas teóricas de durabilidade, especialmente em solos muito
agressivos ou contaminados por produtos químicos. Não há caso relatado na literatura
internacional de falha estrutural causada pela corrosão de estacas de aço.
A farta literatura disponível tem indicado que os solos naturais são tão deficientes em oxigênio
que o aço não é apreciavelmente afetado pela corrosão, independentemente do tipo de solo ou
de suas propriedades.
O processo de corrosão de uma estaca cravada em solos cujo pH esteja situado entre 4 e 10, isto
é, quase que a totalidade dos solos naturais encontrados, é fundamentalmente dependente da
presença simultânea de água e oxigênio. Na ausência de uma destas substâncias, a corrosão
não acontecerá.
O primeiro metro de solo apresenta certa oxigenação; abaixo disso, a concentração desta
substância decresce rapidamente com a profundidade, e sua reposição é extremamente
dificultada. A difusão de gases em meios porosos contendo água é um processo muito lento.
Uma estaca recentemente cravada no solo consome todo este oxigênio disponível nas
redondezas durante processo de corrosão, exaurindo-o. Para que o processo tenha
continuidade, mais oxigênio deve chegar ao sítio de reação, o que não pode acontecer com
facilidade. Este é o motivo pelo qual os resultados experimentais disponíveis têm revelado a
grande resistência do aço frente à corrosão, independentemente do tipo de solo ou de suas
propriedades. Outras propriedades dos solos, tais como, drenagem, resistividade elétrica, ou
composição química não são de grande valia na determinação de sua corrosividade.
O artigo técnico “Corrosão em Estacas Metálicas: Proposta para a Revisão da Norma
NBR 6122/96”, de autoria de Alonso e Pannoni, publicado na revista SOLOS E ROCHAS (vol. 29,
o
n 1; pp. 115-117), da ABMS/ABGE (Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia
Geotécnica / Associação Brasileira de Geologia de Engenharia e Ambiental) reproduzido em
Anexo, trata do assunto de modo abrangente. O artigo mostra que o texto da atual
NBR 6122/1996 da ABNT, que prescreve um desconto de 1,5 mm da superfície do perfil em
contato com o solo, traz exigências superiores a outras Normas e Códigos internacionais.
Entretanto, como esta Norma está em vigor entre nós, este manual seguirá sua linha atual de
exigência. Outro artigo técnico sobre o assunto, de autoria de Pannoni, foi apresentado em
Porto Alegre, no V Simpósio de Prática de Engenharia Geotécnica da Região Sul GEOSUL' 2006
(“Sobre a Durabilidade de Estacas Metálicas”, contido nos Anais do evento, v. 1, pp. 241 247), e
pode ser consultado no website da Gerdau Açominas.
19
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
A Foto 3 mostra uma estaca metálica que serviu como fundação por mais de 20 anos, da ponte
da Rua Wandenkolk, sobre o rio Tamanduateí, em São Paulo. Esta estaca foi removida,
juntamente com todas as demais estacas de fundação da ponte, quando da retificação,
alargamento e aprofundamento da calha desse rio. A seção de separação entre o trecho
enterrado da estaca e o imerso no concreto do encontro da ponte (bloco de coroamento) está
indicada, nessa foto, pela seta.
Também no livro de Fundações dos Profs. Dirceu Velloso e Francisco Lopes
(COPPE-UFRJ - vol. 2) há o relato de que a análise de estacas metálicas utilizadas como
fundação de edifícios no Rio de Janeiro, junto à Lagoa Rodrigo de Freitas e retiradas com 10 a 20
anos de uso, não mostravam sinais de corrosão.
Foto 3: Estaca metálica da ponte Wandenkolk removida após mais de 20 anos de uso
20
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
4
DIMENSIONAMENTO
ESTRUTURAL
DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL
4.1 - Flambagem
Em estacas comprimidas que permanecem totalmente enterradas, normalmente não ocorre
flambagem. Por esta razão, a NBR 6122/1996 só exige a verificação à flambagem quando as
estacas tiverem sua cota de arrasamento acima do nível do terreno, levada em conta a eventual
erosão (no caso de estacas onde ocorre o fluxo de agua), ou atravessarem solos moles
(item 7.9.4 desta Norma).
Para mostrar que as estacas metálicas com os Perfis Gerdau Açominas não sofrem flambagem,
mesmo quando atravessam solos moles, tomaremos da série de Perfis, o que apresenta o
menor raio de giração e que consequentemente terá o maior índice de esbeltez (λ = kLs/r).
Para esse cálculo adotaremos a hipótese de que o topo da estaca esteja solidário ao bloco
(estaca rotulada no bloco e engastada a uma profundidade Ls, calculada pelo método de
Davisson e Robinson - VI ICSMFE - 1965). Esta hipótese é válida pois as estacas trabalham,
geralmente, em grupos solidarizados por um bloco de coroamento rígido, onde não é necessário
levar em conta as excentricidades (de segunda ordem) na aplicação da carga. Mesmo quando a
estaca é isolada, a NBR 6122/1996 recomenda que o bloco seja travado por duas vigas
ortogonais que deverão ser dimensionadas para absorver uma excentricidade de 10% do
diâmetro da estaca ou, no caso de estacas metálicas, do diâmetro da seção circular de área
equivalente à do retângulo envolvente. No caso de bloco com duas estacas a NBR 6122/1996
também recomenda que o bloco seja travado por uma viga transversal ao plano que contém as
estacas.
A bitola dos Perfis Gerdau Açominas que tem o menor raio de giração é:
W 310 x 21,0
Ag = 27,2 cm2
ry = 1,90 cm
Iy = 98 cm4
Para este Perfil, a carga admissível à compressão é calculada a seguir:
Ls = 1,8 .
5
E.I
ηh
(Davisson e Robinson)
Ls
Para argila muito mole
ηh = 0,055 kgf/cm3
K=0,7
Ls = 148 cm
λ=
k.Ls
ry
=
0,7 x 148
1,90
= 55 (esbeltez máxima)
23
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Segundo a NBR 8800, a carga estrutural admissível do perfil à compressão será:
P=
Esbeltez local
Coeficiente
de esbeltez
γf
. (ρ.Q.As.fy)
γp
Abas
bf
E
= 8,86 < 0,55.
= 13
2.tf
fy
Alma
d´ = 53,25 > 1,47. E
= 36
tw
fy
Q.fy
λ
55
.
=
.
π
π
E
Q = 0,87
0,87 x 3,5
= 0,67
2090
Considerando ainda: Coeficiente de Ponderação médio
ρ = 0,8 (curva b)
γp = 1,5
(A) Portanto a carga estrutural admissível do perfil de maior esbeltez da série, o W 310 x 21,0,
trabalhando como estaca enterrada em solo de baixa resistência com (λ = 55
ρ = 0,8), e
sem redução de seção, será:
P=
0,9 .
(0,8 x 0,87 x 27,2 x 3,5) = 39tf
1,5
(B) A carga estrutural admissível à compressão do perfil W 310 x 21,0 calculada com a redução
de seção de 1,5 mm em todo o perímetro, devido à corrosão preconizada pela NBR 6122 / 1996 e
sem flambagem (λ = 15
ρ = 1,0), será:
P=
0,9 .
(1,0 x 0,87 x 12,7 x 3,5) = 23tf
1,5
Considerando que o valor calculado em (A), obtido com o perfil mais esbelto da série em solo de
baixa resistência é cerca de 70% maior do que o valor calculado em (B), obtido com a redução
de seção e sem considerar a flambagem, adotaremos para a tabela da carga estrutural
admissível a expressão utilizada em (B) que deverá atender para perfis utilizados com estacas
em solos normais.
24
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
4.2 - Capacidade de Carga Estrutural
A carga admissível estrutural dos Perfis Gerdau Açominas utilizados como estacas, segundo a
NBR 8800, pode ser determinada por:
γ
(1)
P = f . (ρ.Q.As.fy)
γp
Com as seguintes considerações:
1) Como nas estacas enterradas não ocorre flambagem na maioria dos casos, mesmo em solos
de baixa resistência, conforme se mostrou no item anterior, tomaremos o valor de ρ = 1,0.
2) Segundo a NBR 8800, as seções que atendem aos limites de esbeltez local mostrados abaixo
para aba e para a alma são consideradas estáveis localmente e portanto são totalmente efetivas
(Q = 1,0), sendo o seu dimensionamento comandado pela resistência global do elemento.
• Todos os Perfis do tipo H, atendem aos limites abaixo, ou seja Q = 1,0.
• Alguns Perfis do tipo I, tem alma que não atende aos limites abaixo e podem ter uma pequena
redução na capacidade global do elemento, ou seja Q < 1,0.
bf
E
< 0,55 .
= 13
Para a Aba γf=
2.tf
fy
Para a Alma γw =
d´
< 1,47 .
tw
E
= 36
fy
d´= altura plana da alma
3) Considerando que em muitos casos não se conhece a origem exata das cargas, adotaremos,
para a determinação da carga estrutural admissível, com base nos coeficientes de ponderação
da NBR 8681 um coeficiente de ponderação médio para as ações
γp= 1,5
4) Com base na NBR 8800 adotaremos o seguinte coeficiente de ponderação para as
resistências
γf= 0,9
5) Usaremos para o cálculo a área reduzida (A´)
s que foi calculada descontando-se da área bruta
(As) a espessura de 1,5 mm em todo o perimetro do Perfil.
Assim, a expressão (1) para o caso de estacas enterradas com Perfis Gerdau Açominas, de
acordo com as considerações acima será:
0,9
Q. A´.f
s y
. (Q. A´.f
ou P =
(2) P =
s
y)
1,5
1,66
Nota: Considerando quase todos os Perfis Gerdau Açominas empregados como estacas
atendem aos limites de esbeltez local para Q=1,0 e tendo em vista o valor de fy = 3,5 tf/cm2, a
expressão (2) pode ser reescrita:
(2a) P = 2,1.A’s em que P é obtido em tf para A’s em cm2
Ver na Tabela 2 a carga admissível estrutural para toda a série de Perfis Gerdau Açominas,
calculada com base na expressão (2) acima e de acordo com os itens 7.8.2.3.1 e 7.8.2.3.2 da
NBR 6122/1996. A carga admissível a adotar para a estaca deverá atender também a carga
admissível geotécnica (< ao valor da tabela), obtida após a análise dos parâmetros
geotécnicos onde a estaca será cravada. Esta carga admissível geotécnica será obtida
utilizando-se um dos métodos, teóricos ou semi-empíricos, de capacidade de carga
consagrado em Mecânica dos Solos e que atenda ao preconizado no item 3.26 da
NBR 6122/1996.
25
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
5
CAPACIDADE DE
CARGA GEOTÉCNICA
CAPACIDADE DE CARGA GEOTÉCNICA
A carga admissível estrutural, também denominada carga característica, apresentada na Tabela
2, é a máxima carga que a estaca poderá resistir, visto que corresponde a resistência estrutural
do aço que compõe a estaca. Entretanto há necessidade de se dotar uma estaca de um
comprimento tal que permita que essa carga possa ser atingida sob o ponto de vista do contato
estaca-solo. Esse procedimento constitui o que se denomina “previsão da capacidade de carga”.
A Figura 1 mostra duas situações de estacas do mesmo tipo, instaladas num mesmo solo. O caso
(a) corresponde a estacas com mesmo perímetro U e mesma área de ponta A, porém com
comprimentos diferentes, de tal sorte que a estaca com maior comprimento apresentará maior
capacidade de carga. Analogamente, o caso (b) apresenta duas estacas como mesmo
comprimento, mas com perímetro U e área de ponta A diferentes. Nesse caso a estaca de maior
perímetro e área apresentará maior capacidade de carga. Portanto, o projeto de um
estaqueamento consiste em otimizar perímetros e áreas de ponta em função das características
de resistência do solo e das limitações dos equipamentos de cravação. É evidente que, nessa
otimização, e sempre que for possível, devem-se utilizar estacas e equipamentos que permitam
instalá-las em um comprimento tal que a carga admissível estrutural possa ser atingida, pois
essa é a máxima carga que a estaca pode suportar. Mas nem sempre isso é possível e, via de
regra, a carga admissível da estaca será inferior àquela mostrada na Tabela 2. É por essa razão
que não existem cargas admissíveis de estacas metálicas (ou de outro tipo) tabeladas.
Figura 1: Capacidade de carga de estacas do mesmo tipo em um mesmo solo
P1
A1
U1
1
1
l> l
2
l
P2 > P1
A2=A1
U2=U1
Caso (a): mesmos U e A
diferentes comprimentos
P1
l
A1
U1
P2 > P1
A2>A1
U2>U1
Caso (b): mesmo comprimento
diferentes U e A
No Brasil a estimativa da capacidade de carga geotécnica é feita pelos métodos semi-empíricos,
cuja origem se deu em 1975, quando foi apresentado o primeiro método brasileiro proposto por
Aoki e Velloso. A partir daí vários outros autores, seguindo a mesma linha de raciocínio,
apresentaram outros métodos, existindo hoje uma experiência bastante razoável dos
profissionais que militam na área de fundações.
29
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Todos os métodos semi-empíricos partem da Figura 2 em que a carga de ruptura geotécnica PR
do solo, que dá suporte a uma estaca isolada, é admitida igual à soma de duas parcelas:
Figura 2: Transferência de carga de uma estaca isolada
Adesão
Solo-estaca
(r l)
Capacidade de Carga Geotécnica
PR = PL+PP
Carga axial
no elemento
estrutural
da estaca
(PP = PR-PL)
Solo 1
⇓l
l
rl
Solo 2
Solo 3
Carga
transferida
para o
solo por
atrito
lateral
(U
l . r l(
PL
PP
PR = PL + PP
carga na ruptura do solo que dá suporte à estaca, sendo:
PL = U.
parcela de carga por atrito lateral ao longo do fuste da estaca
l.rl
PP = Ap.rp
U
l
Ap
parcela de carga devido à ponta da estaca
perímetro desenvolvido da seção transversal da estaca
trecho de solo onde se admite rl constante
área da ponta da estaca que contribui para a capacidade de carga. Seu valor
máximo será: bf x d.
A diferença entre os diversos métodos de capacidade de carga está na avaliação dos valores de rl
e rp, já que as demais grandezas envolvidas são geométricas.
Nos casos em que a estaca metálica atravessa camadas de argila mole e se apóia em solo de alta
resistência, a capacidade de carga da ponta poderá ser aumentada se forem soldados dois
segmentos de perfis na região da ponta, conforme se mostra na Figura 3. Esta solução tem a
vantagem de se “ganhar” área de ponta sem provocar amolgamento, da argila mole, durante a
cravação da estaca, evitando-se perda de resistência dessa argila e minimizando os problemas
de desaprumo e de flambagem durante a cravação.
30
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
É por essa razão que nunca se deve usar o procedimento de se tentar aumentar a área da
ponta da estaca através da concretagem de um bloco no pé da mesma, conforme se mostra na
Figura 4. Esse provocará grandes deslocamentos transversais da argila mole durante a
cravação, amolgando-a e, portanto, reduzindo sua resistência e desconfinando o fuste da
estaca, criando problemas de instabilidade (flambagem) tanto durante a cravação quanto na
sua fase de trabalho.
Figura 3: Procedimento adequado para se aumentar a carga da ponta das estacas metálicas
Seção A-A
Típica (s/ esc.)
1ª alternativa (Solda
dos segmentos na aba)
Solo de
baixa
resistência
2ª alternativa (Solda
dos segmentos na alma)
Solo de alta
resistência
A
A
Figura 4: Procedimento que não pode ser usado para se aumentar
a carga da ponta das estacas metálicas
Região de solo “amolgado”
devido à cravação da ponteira
de concreto (instabilidade
decorrente da perda da
resistência do solo)
Solo de
baixa
resistência
Seção B-B
(s/ esc.)
Solo de alta
resistência
B
B
31
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
6
CONCEITO DE “ESTACAS METÁLICAS
DE SEÇÃO TRANSVERSAL
DECRESCENTE COM
A PROFUNDIDADE”
ESTACAS METÁLICAS DE SEÇÃO TRANSVERSAL
DECRESCENTE COM A PROFUNDIDADE
Tradicionalmente, as estacas metálicas são projetadas utilizando perfis de seção constante.
Observe-se entretanto que, conforme se pode ver na Figura 2, a carga axial que deverá ser
resistida por uma estaca metálica decresce com a profundidade, desde o valor máximo (PR), no
topo, até o valor mínimo na ponta (PP). Como esses valores de carga são decorrentes dos
valores de “ruptura” do solo, a carga (admissível ou característica) a ser resistida pela estaca
equivale à metade desse valor, ou seja, P = PR/2 no topo. Assim, pode-se concluir que a seção
transversal de uma estaca metálica não necessita ser constante ao longo de todo o seu
comprimento, já que a carga que nela irá atuar decresce com a profundidade. Ou seja, a seção
de uma estaca poderá variar (decrescer) com a profundidade, desde que atenda à carga axial
(com os respectivos coeficientes de ponderação) mostrada na Figura 2.
Esse é um conceito novo, que denominamos como “Estacas Metálicas de Seção Transversal
Decrescente com a Profundidade”, e tem como vantagem principal a redução do peso das
estacas metálicas. Isto é, com a variação decrescente da seção transversal das estacas, podemse obter idênticas capacidades de carga com uma economia substancial no peso das mesmas.
O conceito é muito simples e se baseia na utilização de Perfis de um mesmo grupo para compor
as estacas com seção transversal decrescente. Entendam-se como Perfis de um mesmo grupo
aqueles cujas bitolas são de mesma altura nominal, com variações na espessura de almas e abas
(variação de massa e no perímetro total). Sendo do mesmo grupo, as emendas dos Perfis de
diferentes dimensões serão executadas com facilidade, idênticas às de estacas com Perfis de
mesma seção.
Os Perfis Gerdau Açominas, disponíveis em ampla variedade de bitolas para um mesmo grupo,
oferecem extraordinária flexibilidade para o uso deste novo conceito de estaca. Usando como
exemplo as bitolas do grupo com 310 mm de altura (4 bitolas do tipo HP), o perímetro varia entre
a de menor e a de maior peso de 0,5% a 2%, enquanto as reduções de massa vão de 13% a
58%. Dependendo obviamente do projeto, da condição da obra, e da combinação dos
diferentes Perfis que comporão as estacas, pode-se economizar genericamente falando para
estacas “longas”, entre 15% e 25% no peso total das estacas metálicas de uma obra utilizando
seção transversal decrescente.
Recomenda-se analisar a aplicação deste novo conceito em toda e qualquer obra que requeira o
uso de fundações profundas, com estacas compostas, no mínimo, por duas seções de Perfis.
Como para qualquer outra solução, o tipo de solo precisa ser considerado, mas, nos estudos já
realizados, a aplicação de estacas metálicas de seção transversal decrescente, tem se mostrado
altamente eficiente, principalmente para solos naturais de diferentes tipos.
No Brasil, várias obras já foram realizadas utilizando esse novo conceito. Na Figura 5, mostra-se
uma dessas composições, projetada para obra executada no Estado de São Paulo, na cidade de
Santos. Nessa obra foram utilizadas estacas metálicas compostas com Perfis Gerdau Açominas
de 310 mm de altura, cujas seções tinham peso variando entre 125 kg/m e 79 kg/m. Para
comprovar a eficácia dessas estacas, foi realizada prova de carga estática, de acordo com a NBR
12131. Os resultados dessa e de outras provas de carga podem ser vistos no item 10 deste
material. Nesse mesmo item, também se incluem resultados de provas de carga realizadas com
estacas metálicas de seção constante e de estacas mistas de aço/concreto.
35
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Figura 5: Composição de Perfis Gerdau Açominas para uma obra em Santos (SP)
Nota: Figura sem escala cuja finalidade é ressaltar o conceito de
Estaca Metálica de Seção Transversal Decrescente com a Profundidade.
36
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
7
DETALHES DA
EMENDA DOS PERFIS
DETALHES DA EMENDA DOS PERFIS
As emendas dos Perfis são feitas através de talas, confeccionadas a partir do próprio perfil. Os
comprimentos do cordão de solda e sua espessura devem ser tais que garantam, na seção
soldada, a mesma resistência do perfil. A prática normal é se usar talas extraídas da aba para
serem soldadas também nas abas, e talas da alma para serem soldadas na alma.
As talas são previamente soldadas no elemento superior (quando o mesmo ainda não foi içado,
ou seja, solda feita com o perfil no chão). Após esse procedimento, esse elemento dotado das
talas é içado e posicionado sobre o topo do perfil já cravado. A seguir encaixa-se o topo do perfil
no capacete e alinha-se o elemento superior com o inferior. Após essa operação apóia-se o pilão
sobre o capacete, verifica-se o alinhamento, ou o prumo, no caso de estacas verticais e ajustamse as talas, se necessário, com auxílio de martelo ou marreta. Logo em seguida, realiza-se a
solda conforme detalhe típico mostrado na Figura 6.
Figura 6: Emenda típica de Perfis trabalhando como estacas comprimidas
bf
d
VISTA GERAL
Solda (eletrodo 7018)
Solda
Solda de
topo
(sem chanfro)
l
1 Tala
proveniente
da alma
bf
2
d
2 Tala
proveniente
da aba
2
d´
2
2
1
d´
2
d
l
1
2
SEÇÃO TRANSVERSAL
SEÇÃO LONGITUDINAL
Nota: Para estacas tracionadas deve ser feita uma verificação do comprimento das talas
soldadas de modo que as mesmas resistam aos esforços de tração.
39
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
8
LIGAÇÃO DOS
PERFIS AO BLOCO
DE COROAMENTO
LIGAÇÃO DOS PERFIS AO BLOCO DE COROAMENTO
A ligação da estaca metálica ao bloco de coroamento deve ser feita de modo a que as cargas
resistidas pelo bloco sejam transmitidas adequadamente e com garantia de continuidade às
estacas.
1º Caso - Estacas Comprimidas
Não se deve adotar o detalhe, muito difundido entre os calculistas de concreto armado,
mostrado na Figura 7, que consiste em soldar uma chapa no topo da estaca. Este procedimento
tem como principal inconveniente o fato do corte do perfil metálico, na cota de arrasamento
(após a cravação) onde será soldada a chapa, ser feito com maçarico e em posição muito
desfavorável para o operador, trabalhando dentro da cava para a confecção do bloco e, na
maioria das vezes próximo do nível da água. Nestas condições adversas de corte, resultará uma
superfície sem garantia de perpendicularidade ao eixo da estaca, além de se apresentar
irregular e, via de regra, não plana. Por essa razão o contato da chapa com a área plena do perfil
metálico fica prejudicado. Para agravar a situação, normalmente a chapa é maior do que a
projeção da seção transversal do perfil, necessitando que a solda desta ao perfil seja realizada
por baixo da mesma e, portanto, sem qualquer controle da qualidade dessa solda.
Figura 7: Solução desaconselhada para a ligação da estaca
metálica ao bloco de coroamento
_ 3 cm
>
Ferragem em forma de
soldada à chapa metálica
Chapa metálica
10 cm
5 cm
Perfil metálico
Concreto magro
A ligação mais eficiente e recomendada pela NBR 6122/1996, consiste em se embutir 20 cm da
estaca no bloco de coroamento, acima da armadura principal do bloco, conforme se mostra na
Figura 8. Também se pode utilizar uma solução alternativa, conforme mostrado na Figura 9, em
que se soldam barras ao perfil abaixo da cota de arrasamento e se envolve essa região com
concreto armado. Geralmente esse comprimento é da ordem de 50 cm.
Figura 8: Solução da ligação estaca-bloco recomendada pela NBR 6122/1996
1
2
20 cm
_ 3 cm
>
1
~
= 30 cm
2
5 cm
5 cm
Perfil metálico
Concreto magro
43
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Figura 9: Solução alternativa da ligação estaca-bloco
_ 3 cm
>
Ferragem de transferência de carga
ao perfil metálico por solda de barras
Barras
soldadas
ao Perfil
10 cm
5 cm
A
A
Concreto
envolvendo
o Perfil
Concreto magro
CORTE A - A
2º Caso - Estacas Tracionadas
No caso das estacas trabalharem à tração, a ligação com o bloco é feita através de armadura,
convenientemente calculada, soldada ao perfil, analogamente ao mostrado na Figura 9, e que
deverá penetrar no bloco o comprimento necessário para transmitir-lhe a carga de tração, por
aderência, calculada segundo a Norma NBR 6118/2003.
Nota: Maiores detalhes sobre os blocos de coroamento no item 11.
44
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
9
CONTROLES DA
CAPACIDADE
DE CARGA
CONTROLES DA CAPACIDADE DE CARGA
9.1 - Durante o Processo de Cravação
As estacas metálicas podem ser cravadas com a utilização de martelos de queda livre, martelos
hidráulicos, martelos a diesel, martelos pneumáticos e martelos vibratórios. A escolha de um ou
outro martelo depende, principalmente, das características do solo, do comprimento da estaca
e do nível de barulho e vibração. Da boa escolha do martelo resultará um melhor desempenho
do processo de cravação, em particular quanto às vibrações e ao barulho que, hoje em dia em
centros urbanos, acabam sendo a condicionante para a escolha do tipo de estaca e, quando
cravada, do tipo de martelo.
Qualquer que seja o martelo empregado, o controle da cravação é feito, tradicionalmente pela
nega, pelo repique e, em obras mais importantes, pelo ensaio de carregamento dinâmico
(NBR 13208/1994 da ABNT).
Para garantir que o perfil seja cravado na posição de projeto deve-se providenciar um gabarito
de madeira “enterrado” conforme se mostra na Figura 10.
Figura 10: Gabarito para a cravação da estaca
Perfil metálico
Piquete de madeira
ou vergalhão
d
PLANTA
A
Terreno natural
20 cm
bf
A
CORTE A - A
Nega
A nega é uma medida tradicional, embora, hoje em dia, seja mais usada para o controle da
uniformidade do estaqueamento quando se procura manter, durante a cravação, negas
aproximadamente iguais para as estacas com cargas iguais. A nega corresponde à penetração
permanente da estaca, quando sobre a mesma se aplica um golpe do pilão. Em geral é obtida
como um décimo da penetração total para dez golpes.
Apesar das críticas às fórmulas das negas (entre elas o fato de que foram desenvolvidas a partir
da Teoria de Choque de Corpos Rígidos, o que está muito longe de representar uma estaca
longa, pois sob a ação do golpe do pilão a ponta da mesma não se desloca ao mesmo tempo que
o topo), ela ainda faz parte do “receituário” dos encarregados dos bate-estacas.
A nega também pode ser medida decorrido um determinado tempo após a cravação da estaca.
É a denominada “nega de recravação ou de recuperação”, e compará-la com a medida ao final
da cravação para verificar se o solo apresenta o fenômeno da cicatrização (diminuição da nega
com o tempo) ou relaxação (aumento da nega com o tempo).
47
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Repique
Ao contrário da nega, o repique já está incluído dentro do contexto da Teoria de Propagação de
Onda e, portanto, apresenta resultados com muito menos dispersão do que a nega. O repique
representa a parcela elástica do deslocamento máximo de uma seção da estaca, decorrente da
aplicação de um golpe do pilão. Seu registro pode ser feito através do registro gráfico em folha
de papel fixada à estaca e movendo-se um lápis, apoiado num referencial, no instante do golpe,
conforme se mostra na Foto 4. O valor obtido, corresponde à solução da Equação da Onda, em
termos de deslocamento máximo e sem a escala de tempo. A interpretação do sinal obtido
permite estimar a carga mobilizada durante o golpe do pilão. Analogamente à nega esse sinal
pode ser obtido após decorrido um certo tempo após a cravação para verificar os fenômenos da
“cicatrização” (aumento da capacidade de carga com o tempo) ou “relaxação” (diminuição da
capacidade de carga com o tempo) da estaca.
Foto 4: Registro do repique
48
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Ensaio de Carregamento Dinâmico (Norma NBR 13208/1994 da ABNT)
Este ensaio, calcado na Equação da Onda, é mais completo que o repique. Consiste em se
acoplar à estaca um par de transdutores de deformação específica e um par de acelerômetros,
posicionados em planos ortogonais, para poder corrigir eventuais efeitos devido à flexão da
estaca em função da não coincidência do golpe do pilão com o eixo da estaca (Foto 5). Esses
transdutores são ligados “on line” a um analisador PDA (Pile Driving Analyser) mostrado na
Foto 6.
Foto 5: Transdutores de aceleração e deformação específica
Foto 6: Equipamentos PDA para processamento dos sinais dos
transdutores acoplados à estaca
O PDA processa os dados recebidos dos transdutores e processa-os obtendo sinais de
velocidade (integração da aceleração) e de força (lei de Hooke aplicado ao sinal de deformação
específica). A interpretação desses sinais fornece a estimativa da carga mobilizada durante cada
golpe do pilão. Cabe lembrar que a carga mobilizada pelos golpes do pilão nem sempre
corresponde à capacidade de carga geotécnica da estaca, pois a mesma depende da energia
aplicada à estaca pelos golpes do pilão. Somente no caso em que essa energia seja suficiente
para mobilizar toda a resistência do solo à volta da estaca é que esse valor medido pelo ensaio
de carregamento dinâmico poderá se aproximar da capacidade de carga da estaca. Entretanto
este valor somente poderá ser medido pelas tradicionais provas de carga estáticas, conforme se
exporá a seguir.
49
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
9.2 - Provas de Carga Estática (Norma NBR 12131/2006 da ABNT)
As provas de carga estática consistem em se aplicar à estaca uma carga e medir os recalques
correspondentes. Para tanto se emprega um macaco hidráulico que reage contra um sistema de
vigas metálicas, que por sua vez se ancora em tirantes ou em estacas de tração. A utilização de
estacas metálicas facilita a execução de provas de carga estática, pois se podem utilizar estacas
do próprio bloco como elementos de tração, conforme se mostra na Foto 7.
Foto 7: Prova de Carga Estática
Carga (KN) ou tf
Recalque (mm)
Carga
Descarga
(b) curva típica carga-recalque
(a) ensaio
A prova de carga estática é o método mais confiável e indiscutível de se avaliar a capacidade de
carga de uma estaca isolada. Os ensaios de carregamento dinâmico, embora sejam atrativos do
ponto de vista de custo, sempre necessitarão de correlações. É por esta razão que alguns
projetistas de fundações questionam os resultados dos ensaios PDA e sugerem que os mesmos
sejam aferidos, pelo menos, por uma prova de carga estática.
50
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
10
CASOS DE OBRAS
CASOS DE OBRAS
A seguir são apresentadas algumas das obras cujas fundações foram executadas com
Perfis Gerdau Açominas. Escolhemos essas obras porque nelas foram realizadas, além dos
controles de capacidade de carga durante a cravação, provas de carga estática. Trata-se não só
de exemplos de Estacas Metálicas de Seção Transversal Decrescente com a Profundidade como
também estacas metálicas com seção constante (Figura 12) e estacas mistas (Figura 15).
100
25
20
15
10
5
0
50
Carga (tf)
150
Dados da prova de carga
Ensaio com carregamento lento
Carga máxima: 200 tf
Recalque máximo: 23,81 mm
Recalque permanente: 0,48 mm
200
Figura 11: Obra em Jaboatão dos Guararapes - Recife (PE)
Recalque (mm)
53
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
35
30
25
20
15
10
5
0
40
120
Dados da prova de carga
Ensaio com carregamento lento
Carga máxima: 192,50 tf
Recalque máximo: 32,30 mm
Recalque permanente: 6,00 mm
80
Carga (tf)
160
200
Figura 12: Obra na Rua São Clemente - Rio de Janeiro (RJ)
54
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Recalque (mm)
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
50
40
30
20
10
0
200
300
Dados da prova de carga
Ensaio com carregamento lento
Carga máxima: 479 tf
Recalque máximo: 41,39 mm
Recalque permanente: 4,12 mm
100
Carga (tf)
400
500
Figura 13: Obra na Av. Cais de Santa Rita - Recife (PE)
55
Recalque (mm)
60
50
40
30
20
10
0
200
300
Dados da prova de carga
Ensaio com carregamento misto
(lento até 285 tf)
Carga máxima: 386 tf
Recalque máximo: 56,14 mm
Recalque permanente: 24,98 mm
100
Carga (tf)
400
Figura 14: Obra na Rua Minas Gerais - Santos (SP)
56
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Recalque (mm)
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
35
30
20
10
0
50
150
Dados da prova de carga
Ensaio com carregamento misto
(lento até 141 tf)
Carga máxima: 220 tf
Recalque máximo: 33 mm
Recalque permanente: 23 mm
100
Carga (tf)
200
Figura 15: Obra no Cais de Conceiçãozinha - Santos (SP)
57
Recalque (mm)
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
50
150
200
250
300
Dados da prova de carga
Ensaio com carregamento misto
(lento até 298 tf)
Carga máxima: 383 tf
Recalque máximo: 121,7 mm
Recalque permanente: 79,6 mm
100
Carga (tf)
350
400
Figura 16: Obra no Canal 6 - Santos (SP)
58
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Recalque (mm)
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
50
150
200
250
300
Dados da prova de carga
Ensaio com carregamento misto
(lento até 264 tf)
Carga máxima: 396 tf
Recalque máximo: 101,54 mm
Recalque permanente: 80,06 mm
100
Carga (tf)
350
400
Figura 17: Obra na Rua Dom Lara - Santos (SP)
59
Recalque (mm)
11
BLOCOS DE
COROAMENTO
BLOCOS DE COROAMENTO
Neste capítulo apresenta-se a disposição típica das armaduras para a solução recomendada
pela NBR 6122/1996 para o embutimento do perfil no bloco, conforme se mostra na Figura 8,
por ser esta a opção de embutimento da estaca metálica no bloco por nós recomendada. Esta
opção pressupõe que o bloco seja calculado como rígido. O cálculo da armadura não faz parte
deste trabalho, pois depende das cargas aplicadas pelos pilares ao bloco, das dimensões dos
pilares, do tipo de concreto, da rigidez do bloco, etc.
Quando não for possível utilizar bloco rígido, deve-se envolver o trecho embutido da estaca
metálica no bloco, por uma espiral de aço para garantir que não haja ruptura por
puncionamento.
A NBR 6122/1996 não estipula espaçamento entre estacas. Entretanto, no item 7.7.2 dessa
Norma exige-se que a carga admissível de um grupo de estacas não seja superior ao de uma
sapata de mesmo contorno que o do grupo, e assente a uma profundidade acima da ponta das
estacas igual a 1/3 do comprimento de penetração na camada suporte. Para efeitos práticos,
não se deve usar espaçamento inferior a 100 cm entre eixo de estacas. Este espaçamento pode
ser usado para os perfis metálicos d< 40 cm. Para os demais perfis pode-se adotar 150 cm como
espaçamento mínimo.
Serão apresentadas apenas as disposições típicas da armadura dos blocos com
1, 2, 3 e 4 estacas, já que os blocos com 5 ou mais estacas seguem o padrão do bloco
de 4 estacas.
BLOCO COM 1 ESTACA
N1 (estribos
verticais) N2 (estribos
verticais)
> d + 50 cm
h > 80 cm
> bf + 50 cm
N3 (estribos
horizontais)
30 cm
Concreto magro
SEÇÃO
FORMA (PLANTA)
N2 (estribos verticais)
> d + 50 cm
N1
(estribos
verticais)
N3
(estribos
horizontais
externos a
N1 e N2)
ARMAÇÃO (PLANTA)
63
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
BLOCO COM 2 ESTACAS
e
> bf + 25 cm
2
> d + 50 cm
> b + 25 cm
2
N2 (estribos verticais)
FORMA (PLANTA)
N3
(estribos
horizontais)
N1
(estribos
verticais)
ARMAÇÃO (PLANTA)
N1 (estribos verticais)
N2 (estribos
verticais)
e
h>2
N3
(estribos
horizontais)
30 cm
N2
(estribos
verticais)
Concreto magro
N2 (estribos
verticais)
CORTE LONGITUDINAL
N1 (estribos
verticais)
N3
(estribos
horizontais)
30 cm
CORTE TRANSVERSAL
64
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
BLOCO COM 3 ESTACAS
> d + 25 cm
2
e 3
3
e 3
2
e 3
6
> d + 25 cm
2
Centro
de carga
45º
e
bf + 25 cm
2
bf + 25 cm
2
N2
FORMA
N2
e
h>2
3 x N3
(costelas
horizontais)
30 cm
N3 (costelas
horizontais
nas três faces)
N1
N1
Concreto magro
CORTE
N1
N1
N2
N1
N2
ARMADURA INFERIOR
ARMADURA SUPERIOR
N1
N2
N3 (COSTELAS) NAS TRÊS FACES
65
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
BLOCO COM 4 ESTACAS
> bf + 25 cm
2
e
> bf + 25 cm
2
> d + 25 cm
2
e
N1 + N1A
> d + 25 cm
2
N3
(estribos
horizontais)
VER NOTA
N2
+
N2A
FORMA (PLANTA)
N1A ou N2A
N1 ou N2
N1A
N2A
N3
(estribos
horizontais)
e
h> 2
N2
30 cm
N1
Nota: Os estribos horizontais poderão
se substituídos por “costelas”
Concreto magro
N3 (COSTELAS) NAS QUATRO FACES
66
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
12
ANEXOS
ANEXO I
Tabela de Bitolas
ANEXO I
PERFIS I
1,5 mm
Retângulo
desc. no
Envolvente
Perímetro
Tabela 2 - CARGA ADMISSÍVEL ESTRUTURAL
BITOLA
Massa
Linear
DESIGNAÇÃO
Espessura
mm x kg/m
kg/m
d
mm
W 150 x 13,0
W 150 x 18,0
W 150 x 24,0
W 200 x 15,0
W 200 x 19,3
W 200 x 22,5
W 200 x 26,6
W 200 x 31,3
W 250 x 17,9
W 250 x 22,3
W 250 x 25,3
W 250 x 28,4
W 250 x 32,7
W 250 x 38,5
W 250 x 44,8
W 310 x 21,0
W 310 x 23,8
W 310 x 28,3
W 310 x 32,7
W 310 x 38,7
W 310 x 44,5
W 310 x 52,0
W 360 x 32,9
W 360 x 39,0
W 360 x 44,0
W 360 x 51,0
W 360 x 57,8
W 360 x 64,0
W 360 x 72,0
W 360 x 79,0
W 410 x 38,8
W 410 x 46,1
W 410 x 53,0
W 410 x 60,0
W 410 x 67,0
W 410 x 75,0
W 410 x 85,0
W 460 x 52,0
W 460 x 60,0
W 460 x 68,0
W 460 x 74,0
W 460 x 82,0
W 460 x 89,0
W 460 x 97,0
W 460 x 106,0
W 530 x 66,0
W 530 x 72,0
W 530 x 74,0
W 530 x 82,0
W 530 x 85,0
W 530 x 92,0
W 530 x 101,0
W 530 x 109,0
W 610 x 101,0
W 610 x 113,0
W 610 x 125,0
W 610 x 140,0
W 610 x 155,0
W 610 x 174,0
13,0
18,0
24,0
15,0
19,3
22,5
26,6
31,3
17,9
22,3
25,3
28,4
32,7
38,5
44,8
21,0
23,8
28,3
32,7
38,7
44,5
52,0
32,9
39,0
44,0
51,0
57,8
64,0
72,0
79,0
38,8
46,1
53,0
60,0
67,0
75,0
85,0
52,0
60,0
68,0
74,0
82,0
89,0
97,0
106,0
66,0
72,0
74,0
82,0
85,0
92,0
101,0
109,0
101,0
113,0
125,0
140,0
155,0
174,0
148
153
160
200
203
206
207
210
251
254
257
260
258
262
266
303
305
309
313
310
313
317
349
353
352
355
358
347
350
354
399
403
403
407
410
413
417
450
455
459
457
460
463
466
469
525
524
529
528
535
533
537
539
603
608
612
617
611
616
bf
mm
tw
mm
tf
mm
h
mm
d'
mm
R
mm
100
102
102
100
102
102
133
134
101
102
102
102
146
147
148
101
101
102
102
165
166
167
127
128
171
171
172
203
204
205
140
140
177
178
179
180
181
152
153
154
190
191
192
193
194
165
207
166
209
166
209
210
211
228
228
229
230
324
325
4,3
5,8
6,6
4,3
5,8
6,2
5,8
6,4
4,8
5,8
6,1
6,4
6,1
6,6
7,6
5,1
5,6
6,0
6,6
5,8
6,6
7,6
5,8
6,5
6,9
7,2
7,9
7,7
8,6
9,4
6,4
7,0
7,5
7,7
8,8
9,7
10,9
7,6
8,0
9,1
9,0
9,9
10,5
11,4
12,6
8,9
9,0
9,7
9,5
10,3
10,2
10,9
11,6
10,5
11,2
11,9
13,1
12,7
14,0
4,9
7,1
10,3
5,2
6,5
8,0
8,4
10,2
5,3
6,9
8,4
10,0
9,1
11,2
13,0
5,7
6,7
8,9
10,8
9,7
11,2
13,2
8,5
10,7
9,8
11,6
13,1
13,5
15,1
16,8
8,8
11,2
10,9
12,8
14,4
16,0
18,2
10,8
13,3
15,4
14,5
16,0
17,7
19,0
20,6
11,4
10,9
13,6
13,3
16,5
15,6
17,4
18,8
14,9
17,3
19,6
22,2
19,0
21,6
138
139
139
190
190
190
190
190
240
240
240
240
240
240
240
292
292
291
291
291
291
291
332
332
332
332
332
320
320
320
381
381
381
381
381
381
381
428
428
428
428
428
428
428
428
502
502
502
501
502
502
502
501
573
573
573
573
573
573
118
119
115
170
170
170
170
170
220
220
220
220
220
220
220
272
272
271
271
271
271
271
308
308
308
308
308
288
288
288
357
357
357
357
357
357
357
404
404
404
404
404
404
404
404
478
478
478
477
478
478
470
469
541
541
541
541
541
541
10,0
10,0
12,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
16,0
16,0
16,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
16,0
16,0
16,0
16,0
16,0
16,0
16,0
16,0
Área Perímetro
Área
Bruta
Reduzida
A's
As
U
cm2
cm2
cm
16,6
23,4
31,5
19,4
25,1
29,0
34,2
40,3
23,1
28,9
32,6
36,6
42,1
49,6
57,6
27,2
30,7
36,5
42,1
49,7
57,2
67,0
42,1
50,2
57,7
64,8
72,5
81,6
91,3
101,2
50,3
59,2
68,4
76,2
86,3
95,8
108,6
66,6
76,2
87,6
94,9
104,7
114,1
123,4
135,1
83,6
91,6
95,1
104,5
107,7
117,6
130,0
139,7
130,3
145,3
160,1
179,3
198,1
222,8
67
69
69
77
79
79
92
93
88
89
89
90
107
108
109
98
99
100
100
125
126
127
117
118
135
136
137
146
147
148
132
133
148
149
150
151
152
147
149
150
164
164
165
166
167
167
184
168
185
169
186
186
187
207
208
209
210
247
248
6,5
13,1
21,1
7,8
13,4
17,1
20,5
26,4
9,9
15,6
19,3
23,1
26,0
33,4
41,2
12,5
15,9
21,5
27,1
31,0
38,3
48,0
24,5
32,4
37,4
44,4
52,0
59,7
69,2
79,0
30,4
39,3
46,2
53,8
63,9
73,2
85,9
44,5
53,9
65,2
70,3
80,1
89,3
98,5
110,0
58,5
64,0
69,8
76,7
82,3
89,7
102,0
111,6
99,3
114,1
128,8
147,8
161,1
185,6
Esbeltez Local
de acordo com a
NBR 8800
Área
Plena
A
cm2
Aba
Alma
bf/2.tf
⇓f
d'/tw
⇓∧
148
156
163
200
207
210
275
281
254
259
262
265
377
385
394
306
308
315
319
512
520
529
443
452
602
607
616
704
714
726
559
564
713
724
734
743
755
684
696
707
868
879
889
899
910
866
1085
878
1104
888
1114
1128
1137
1375
1386
1401
1419
1980
2002
10,20
7,18
4,95
9,62
7,85
6,38
7,92
6,57
9,53
7,39
6,07
5,10
8,02
6,56
5,69
8,86
7,54
5,73
4,72
8,51
7,41
6,33
7,47
5,98
8,72
7,37
6,56
7,52
6,75
6,10
7,95
6,25
8,12
6,95
6,22
5,63
4,97
7,04
5,75
5,00
6,55
5,97
5,42
5,08
4,71
7,24
9,50
6,10
7,86
5,03
6,70
6,03
5,61
7,65
6,59
5,84
5,18
8,53
7,52
27,49
20,48
17,48
39,44
29,31
27,42
29,34
26,50
45,92
37,97
36,10
34,38
36,03
33,27
28,95
53,25
48,50
45,20
41,12
46,66
41,00
35,61
53,10
47,32
44,70
42,75
38,96
37,40
33,47
30,68
55,84
50,94
47,63
46,42
40,59
36,80
32,72
53,21
50,55
44,42
44,89
40,81
38,44
35,44
32,05
53,73
53,13
49,26
50,25
46,41
46,84
43,14
40,47
51,54
48,34
45,45
41,27
42,60
38,63
Coef.
Red.
Q
* CARGA
ADMISSÍVEL
(Q . A's . fy)/1,66
fy (Mpa) fy (tf/cm2)
BITOLA
3,5
tf
DESIGNAÇÃO
<1,00
345
kN
1,00
1,00
1,00
0,95
1,00
1,00
1,00
1,00
0,90
0,96
0,98
1,00
0,98
1,00
1,00
0,84
0,87
0,91
0,94
0,93
0,95
1,00
0,87
0,91
0,93
0,94
0,96
0,98
1,00
1,00
0,85
0,88
0,91
0,92
0,95
0,97
1,00
0,86
0,88
0,92
0,92
0,95
0,96
1,00
1,00
0,84
0,86
0,87
0,88
0,90
0,90
0,93
0,95
0,87
0,90
0,91
0,94
0,94
0,96
136
271
437
154
277
354
424
547
185
309
389
479
528
691
853
218
289
404
525
594
757
993
441
607
716
865
1036
1208
1433
1635
534
716
867
1023
1255
1475
1778
791
985
1238
1342
1567
1778
2038
2278
1017
1134
1261
1398
1529
1679
1963
2187
1796
2115
2439
2879
3137
3704
14
28
45
16
28
36
43
56
19
31
40
49
54
70
87
22
29
41
54
61
77
101
45
62
73
88
106
123
146
167
54
73
88
104
128
150
181
81
100
126
137
160
181
208
232
104
116
129
143
156
171
200
223
183
216
249
294
320
378
W 150 x 13,0
W 150 x 18,0
W 150 x 24,0
W 200 x 15,0
W 200 x 19,3
W 200 x 22,5
W 200 x 26,6
W 200 x 31,3
W 250 x 17,9
W 250 x 22,3
W 250 x 25,3
W 250 x 28,4
W 250 x 32,7
W 250 x 38,5
W 250 x 44,8
W 310 x 21,0
W 310 x 23,8
W 310 x 28,3
W 310 x 32,7
W 310 x 38,7
W 310 x 44,5
W 310 x 52,0
W 360 x 32,9
W 360 x 39,0
W 360 x 44,0
W 360 x 51,0
W 360 x 57,8
W 360 x 64,0
W 360 x 72,0
W 360 x 79,0
W 410 x 38,8
W 410 x 46,1
W 410 x 53,0
W 410 x 60,0
W 410 x 67,0
W 410 x 75,0
W 410 x 85,0
W 460 x 52,0
W 460 x 60,0
W 460 x 68,0
W 460 x 74,0
W 460 x 82,0
W 460 x 89,0
W 460 x 97,0
W 460 x 106,0
W 530 x 66,0
W 530 x 72,0
W 530 x 74,0
W 530 x 82,0
W 530 x 85,0
W 530 x 92,0
W 530 x 101,0
W 530 x 109,0
W 610 x 101,0
W 610 x 113,0
W 610 x 125,0
W 610 x 140,0
W 610 x 155,0
W 610 x 174,0
* Carga Admissível Estrutural de acordo com os itens 7.8.2.3.1 e 7.8.2.3.2 da NBR 6122/1996.
A carga admissível a adotar para a estaca deverá atender também a carga admissível geotécnica
( ao valor da tabela), obtida após a análise dos parâmetros geotécnicos onde a estaca será cravada.
70
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
mm x kg/m
PERFIS H
1,5 mm
Retângulo
desc. no
Envolvente
Perímetro
Tabela 2 - CARGA ADMISSÍVEL ESTRUTURAL
Massa
Linear
BITOLA
DESIGNAÇÃO
Espessura
mm x kg/m
kg/m
d
mm
bf
mm
tw
mm
tf
mm
h
mm
d'
mm
R
mm
W 150 x 22,5
W 150 x 29,8
W 150 x 37,1
W 200 x 35,9
W 200 x 41,7
W 200 x 46,1
W 200 x 52,0
HP 200 x 53,0
W 200 x 59,0
W 200 x 71,0
W 200 x 86,0
HP 250 x 62,0
W 250 x 73,0
W 250 x 80,0
HP 250 x 85,0
W 250 x 89,0
W 250 x 101,0
W 250 x 115,0
HP 310 x 79,0
HP 310 x 93,0
W 310 x 97,0
W 310 x 107,0
HP 310 x 110,0
W 310 x 117,0
HP 310 x 125,0
W 360 x 91,0
W 360 x 101,0
W 360 x 110,0
W 360 x 122,0
22,5
29,8
37,1
35,9
41,7
46,1
52,0
53,0
59,0
71,0
86,0
62,0
73,0
80,0
85,0
89,0
101,0
115,0
79,0
93,0
97,0
107,0
110,0
117,0
125,0
91,0
101,0
110,0
122,0
152
157
162
201
205
203
206
204
210
216
222
246
253
256
254
260
264
269
299
303
308
311
308
314
312
353
357
360
363
152
153
154
165
166
203
204
207
205
206
209
256
254
255
260
256
257
259
306
308
305
306
310
307
312
254
255
256
257
5,8
6,6
8,1
6,2
7,2
7,2
7,9
11,3
9,1
10,2
13,0
10,5
8,6
9,4
14,4
10,7
11,9
13,5
11,0
13,1
9,9
10,9
15,4
11,9
17,4
9,5
10,5
11,4
13,0
6,6
9,3
11,6
10,2
11,8
11,0
12,6
11,3
14,2
17,4
20,6
10,7
14,2
15,6
14,4
17,3
19,6
22,1
11,0
13,1
15,4
17,0
15,5
18,7
17,4
16,4
18,3
19,9
21,7
139
138
139
181
181
181
181
181
182
181
181
225
225
225
225
225
225
225
277
277
277
277
277
277
277
320
320
320
320
119
118
119
161
157
161
157
161
158
161
157
201
201
201
201
201
201
201
245
245
245
245
245
245
245
288
286
288
288
10,0
10,0
10,0
10,0
12,0
10,0
12,0
10,0
12,0
10,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
16,0
16,0
16,0
16,0
16,0
16,0
16,0
16,0
17,0
16,0
16,0
Área Perímetro
Área
Bruta
Reduzida
A's
As
U
cm2
cm2
cm
29,0
38,5
47,8
45,7
53,5
58,6
66,9
68,1
76,0
91,0
110,9
79,6
92,7
101,9
108,5
113,9
128,7
146,1
100,0
119,2
123,6
136,4
141,0
149,9
159,0
115,9
129,5
140,6
155,3
88
90
91
103
104
119
119
120
120
122
123
147
148
149
150
150
151
153
177
178
179
180
180
180
181
168
168
169
170
15,7
25,0
34,2
30,2
37,9
40,8
49,1
50,2
58,0
72,8
92,4
57,5
70,4
79,5
86,1
91,4
106,1
123,2
73,4
92,4
96,8
109,5
114,0
122,9
131,9
90,8
104,2
115,2
129,8
Esbeltez Local
de acordo com a
NBR 8800
Área
Plena
A
cm2
Aba
Alma
bf/2.tf
⇓f
d'/tw
⇓
231
240
249
332
340
412
420
422
431
445
464
630
643
653
660
666
678
697
915
933
939
952
955
964
973
897
910
922
933
11,52
8,23
6,64
8,09
7,03
9,23
8,10
9,16
7,22
5,92
5,07
11,96
8,94
8,17
9,03
7,40
6,56
5,86
13,91
11,76
9,90
9,00
10,00
8,21
8,97
7,74
6,97
6,43
5,92
20,48
17,94
14,67
25,90
21,86
22,36
19,85
14,28
17,32
15,80
12,06
19,10
23,33
21,36
13,97
18,82
16,87
14,87
22,27
18,69
24,77
22,48
15,91
20,55
14,09
30,34
27,28
25,28
22,12
Coef.
Red.
Q
* CARGA
ADMISSÍVEL
(Q . A's . fy)/1,66
fy (Mpa) fy (tf/cm2)
DESIGNAÇÃO
<1,00
3,5
tf
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,99
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
326
518
709
626
784
844
1015
1039
1200
1506
1913
1190
1458
1646
1782
1892
2195
2550
1500
1912
2003
2266
2360
2543
2730
1879
2157
2384
2686
33
53
72
64
80
86
104
106
122
154
195
121
149
168
182
193
224
260
153
195
204
231
241
259
278
192
220
243
274
W 150 x 22,5
W 150 x 29,8
W 150 x 37,1
W 200 x 35,9
W 200 x 41,7
W 200 x 46,1
W 200 x 52,0
HP 200 x 53,0
W 200 x 59,0
W 200 x 71,0
W 200 x 86,0
HP 250 x 62,0
W 250 x 73,0
W 250 x 80,0
HP 250 x 85,0
W 250 x 89,0
W 250 x 101,0
W 250 x 115,0
HP 310 x 79,0
HP 310 x 93,0
W 310 x 97,0
W 310 x 107,0
HP 310 x 110,0
W 310 x 117,0
HP 310 x 125,0
W 360 x 91,0
W 360 x 101,0
W 360 x 110,0
W 360 x 122,0
* Carga Admissível Estrutural de acordo com os itens 7.8.2.3.1 e 7.8.2.3.2 da NBR 6122/1996.
A carga admissível a adotar para a estaca deverá atender também a carga admissível geotécnica
( ao valor da tabela), obtida após a análise dos parâmetros geotécnicos onde a estaca será cravada.
71
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
BITOLA
345
kN
mm x kg/m
ANEXO II
Transcrição do artigo “Corrosão em Estacas Metálicas:
Proposta para a Revisão da Norma NBR 6122/96”
publicado na revista SOLOS E ROCHAS
vol 29, nº 1, pp. 115-117
ANEXO II
Corrosão em Estacas Metálicas: Proposta para a Revisão da Norma NBR 6122/96
Urbano Rodriguez Alonso, Fabio Domingos Pannoni
Resumo: Este trabalho levanta a discussão sobre o problema da corrosão em estacas metálicas
de aço enterradas em solos naturais, com o objetivo de fornecer subsídios à Comissão Técnica
encarregada de rever o atual texto da Norma NBR 6122/96.
Palavras-chave: Estacas metálicas, corrosão.
1 - Introdução
A atual norma brasileira de Projeto e Execução de Fundações (NBR 6122/96) está em processo
de revisão, sendo o coordenador da Comissão Técnica o eng. Jaime Domingos Marzziona e o
secretário o eng. Werner Bilfinger. O texto dessa revisão (à medida que a Comissão Técnica o vai
revendo) está disponível no sítio da ABMS (www.abms.com.br). Com base no item 7.8.2.3.2 do
atual texto da NBR 6122/96 as estacas metálicas de aço quando trabalharem total e
permanentemente enterradas em solo natural deverão ser dimensionadas estruturalmente
descontando-se uma espessura de 1,5 mm (1/16”), por face em contato com o solo,
excetuando-se as estacas que dispõem de proteção especial de eficiência comprovada à
corrosão.
Ainda segundo o item 7.8.2.3.1 da NBR 6122, no cálculo dos esforços resistentes, devem ser
obedecidas as prescrições da NBR 8800 quanto ao tipo de aço constituinte da estaca. Esta
consideração nos leva ao item 7.9.6.1 da NBR 6122 que expõe: “a peça estrutural de qualquer
fundação profunda deve ser verificada para atender ao coeficiente global não inferior a 2, de
modo a permitir a aplicação do dobro da carga de trabalho da estaca ou do tubulão, conforme
recomenda a NBR 12 131”. Este assunto tem sido amplamente debatido entre os membros de
revisão das normas NBR 6122 e NBR 12 131 já sendo consenso entre essas duas Comissões de
que durante a prova de carga estática as incertezas das cargas e do ponto de aplicação das
mesmas são menores do que aquelas que ocorrem na estaca quando esta trabalha na estrutura,
e, portanto, neste caso, não se deve levar o ensaio até o dobro da carga de trabalho da estaca. O
valor desta carga de ensaio, será definido na NBR 6122, onde está em discussão, e dependerá,
inclusive, da quantidade de provas de carga a serem realizadas, mas sempre será um valor
inferior ao dobro da carga de trabalho.
Nota: O texto da nova Norma NBR 12 131 já foi aprovado pela Comissão encarregada de sua
revisão e eliminou a necessidade de se carregar a estaca até o dobro da carga de trabalho,
deixando esta definição a cargo da NBR 6122. Este texto encontra-se atualmente na ABNT para
a etapa final, que é a de “Consulta Pública”. Esse texto revisto pode ser obtido no sítio da ABMS.
2 - Corrosão do aço no solo
O processo de corrosão de estacas de aço cravadas em solos naturais tem sido exaustivamente
estudado há várias décadas e é um fato já bem estabelecido que a velocidade do ataque é, de
modo geral, muito pequena. Dentre os vários autores que têm se dedicado à área, pode-se citar
Romanoff (1957), Romanof (1962), Shreir (1976), Morley (1978), Beckwith (1979), Eadie
(1979), Eadie e Kinson (1980) e Morley e Bruce (1983).
73
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Segundo nossa pesquisa bibliográfica, variáveis tais como o tipo de solo, resistividade elétrica e
acidez não causam alterações sensíveis no comportamento da liga confinada no solo. O controle
do ataque tem sido atribuído aos baixos níveis de oxigênio presentes nos solos naturais
(incluindo aí as praias, rios, lagos, enseadas, etc), limitando o processo de redução catódica
sobre o metal. Propriedades dos solos tais como composição química, resistividade, potencial
redox e pH não são auxiliares na previsão da velocidade de corrosão do aço nestas condições.
O National Bureau of Standards (NBS) publicou, em 1957, um extenso (e, de certo modo,
pioneiro) relatório sobre a corrosão de metais enterrados no solo que viria a se tornar
referencial. O relatório descreve resultados de ensaios efetuados entre os anos de 1910 e 1955
com mais de 36.500 corpos-de-prova, representando 333 variedades de materiais ferrosos,
não-ferrosos e materiais de proteção expostos em 128 diferentes locais nos Estados Unidos,
compreendendo desde solos arenosos bem drenados até argilas muito compactadas, com
resistividades que variaram de 300 O.cm a 50.200 O.cm e pH entre 2,3 a 8,6. Os dados
confirmam que os solos naturais são tão deficientes em oxigênio que o aço não é afetado pela
corrosão, independentemente do tipo de solo e suas propriedades.
É importante, entretanto, distinguir entre a corrosão de estacas metálicas cravadas em solos
naturais, pouco oxigenados, e aquela que acontece em solos revolvidos, ricos em oxigênio,
como aqueles encontrados, p. ex., em aterros recentes.
Em solos aerados, o uso do potencial redox, resistividade do solo e pH pode ser de algum valor
na previsão da velocidade de corrosão, desde que alguns resultados prévios de desempenho
tenham sido obtidos para calibrar os parâmetros medidos do solo. Este tipo de estudo,
desenvolvido originalmente por Romanoff (1957) e, posteriormente, complementados por
Booth et al. (1967) encontra algum respaldo experimental em ensaios de desempenho. A Tabela
1 fornece as recomendações desses últimos autores para a qualificação da agressividade de
solos aerados.
Deve ser enfatizado que estas recomendações dizem respeito somente aos solos que sofreram
alguma modificação em sua estrutura, como os aterros ou solos revolvidos.
Segundo Teixeira (2004), verificações in situ de estacas metálicas cravadas na Companhia
Siderúrgica Paulista - COSIPA, em Cubatão, SP, complementadas com medidas de resistividade,
mostraram velocidades médias de corrosão de 0,005 mm/ano. Valores de até 0,1 mm/ano
foram encontrados em locais de aterro.
Tabela 1 - Valores de potencial redox e resistividade para a qualificação da agressividade de
solos revolvidos, segundo Booth et al. (1967).
Solo
agressivo
Solo
não-agressivo
Resistividade, O.cm e/ou
< 2000
> 2000
Potencial redox, V (EPH)*
medido em pH = 7
< 0,400 ou < 0,430
se argila
> 0,400 ou > 0,430
se argila
> 20%
< 20%
Casos limites devem ser
avaliados através da medida
do teor de umidade no solo
(*) V (E.P.H.) é o potencial medido com referência ao eletrodo padrão de hidrogênio.
74
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
A espessura metálica adicional recomendada pela NBR 6122/96 não encontra paralelo nos
códigos de diversos países, como por exemplo os Estados Unidos e os países que compõe a
comunidade européia. O valor adotado no Brasil (1,5 mm por face em contato com o solo) tem
sido considerado, por vários especialistas, conservador. Estudos brasileiros recentes sobre os
efeitos da corrosão sobre o tempo de vida das estacas metálicas mostram o conservadorismo da
atual Norma e confirmam os resultados obtidos no exterior. Por exemplo, Velloso e Lopes (2002)
relatam que o primeiro autor analisou estacas metálicas de aço utilizadas como fundações de
edifícios no Rio de Janeiro, junto à Lagoa Rodrigo de Freitas e na orla marítima, assim como na
antiga ponte na Av. Wandenkolk, sobre o Rio Tamanduateí, em SP (Figura 9.24 de Hachich et al.,
1998). Os autores ressaltam que, de modo geral, após 10 a 20 anos de uso, essas estacas
retiradas não mostravam sinais de corrosão. Nota: A foto da Figura 9.24 citada foi obtida pelo
primeiro autor deste trabalho (quando trabalhava junto com o prof. Dirceu Velloso) nas obras de
canalização do Rio Tamanduateí.
3 - Comentários Finais: Reavaliação Sobre a Espessura Devida à Corrosão
Pelo acima exposto há uma tendência em se reduzir a espessura da corrosão em estacas
metálicas totalmente imersas em solo natural, como preconizada pela atual NBR 6122/96.
Entretanto, esse assunto ainda não foi totalmente discutido pelos membros que trabalham na
revisão dessa norma. Daí o objetivo deste artigo, que é o de tornar esta discussão mais
abrangente, permitindo que mais colegas se envolvam na mesma.
A título de reforço desta proposta transcreve-se o item 10.3.5 da Norma Inglesa BS 8004:1986:
These investigations show that the residual thickness of steel piling driven into undisturbed soils
remains within rolling thickness tolerances even after many decades of service. The best
estimates that can be made of steel corrosion rates imply thickness losses of 1 mm to 2 mm over
100 years and in such circumstances, the use of protective systems cannot be justified. The
isolated corrosion pitting at the groundwater table level reported in the literature (Romanoff),
has, in no recorded instance, been of any structural significance.
Embora a vida útil de uma estrutura não seja claramente determinada no Brasil, os autores
consideram que a vida útil de estruturas enterradas seja da ordem de 50 anos. (É um assunto
que também necessita ser discutido junto à Comissão de revisão da NBR 6122. Talvés este
período deva ser estendido para 100 anos). Segundo a ENV 1993-5 (Eurocode 3: Design of Steel
Structures - Part 5: Piling) a perda observada numa estaca metálica cravada em solo natural
pode ser considerada como sendo de 0,6mm para uma vida útil de 50 anos. Este é o valor que
está sendo sugerido, neste trabalho, para a atual revisão da NBR 6122/96, pois cobre a
experiência acima relatada e é o que já consta no Eurocode em sua última versão. Este valor
também confirma a experiência inglesa transcrita na BS 8004:1986, ou seja, 1 mm a 2 mm em
100 anos, isto é, cerca de 0,5 mm a 1 mm em 50 anos.
75
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Observações
Urbano Rodriguez Alonso, Ex-Professor de Mecânica dos Solos e de Fundações do Mackenzie e
da FAAP, atualmente, Engenheiro Consultor de Geotecnia e Fundações, R. Flávio Queiroz
Morais 217, 01249-030 São Paulo, SP, Brazil. E-mail: [email protected]
Fabio Domingos Pannoni, Ph.D. Professor do Programa de Educação Continuada em Engenharia
da Escola Politécnica da USP., R. Cenno Sbrighi, 170, 05036-010 São Paulo, SP, Brazil.
E-mail: [email protected]
Recebido em /13/5/2005; Aceitação final em 13/7/2005; Discussões até 31/8/2006.
Referências
Beckwith, N.R. (1979) Corrosion Test Programme of Steel Piles in River Murray Swamp Land
South Australia. Engineering and Water Supply Dept., South Australia.
Booth, G.H.; Cooper, A.W.; Cooper, P.M. & Wakerley, D.S. (1967) Criteria of soil aggressiveness
towards buried metals. Parts I, II and III. British Corros. J., 2, May.
BS 8004 (1986) British Standard Code of practice for Foundations, Bsi.
Eadie, G.R. (1979) The Durability of Steel Piles in Soils. Broken Hill Proprietary Co. Ltd.
Melbourne Research Laboratories.
Eadie, G.R. & Kinson, K. (1980) Examination of Steel Piling Recovered from Port Adelaide After
52 Years Service. Broken Hill Proprietary Co. Ltd. Melbourne Research Laboratories.
ENV (1993-5), Eurocode 3: Design of Steel Structures - Part 5: Piling, CEN.
Hachich, W.; Falconi, F.F.; Saes, J.L.; Frota, R.G.; Carvalho, C.S. & Niyama, S. (1988)
Fundações - Teoria e Prática. Editora PINI, São Paulo, p. 377.
Morley, J. (1978) A Review of the Underground Corrosion of Steel Piling. BSC Research Report
n. T/CS/1114/78/C.
Morley, J. & Bruce, D.W. (1983) Survey of Steel Piling Performance in Marine Environments.
(ECSC Sponsored Research Contract n. 7210, KB/804), BSC Ref. n. 597-811.
NBR 6122/96, NBR 8800/86 e NBR 12 131/05 em fase de consulta pública na ABNT.
Romanoff, M. (1957) Underground Corrosion. National Bureau of Standards, Circular n. 579.
Romanoff, M. (1962) Corrosion of steel piling in soils. NBS Journal of Research, 66-C,
n. 3, p. 223.
nd
Shreir, L.L. (1976) Corrosion. 2 ed. Newnes-Butterworths.
Teixeira, A.H. (2004) Comunicação pessoal.
Velloso, D.A. & Lopes, F.R. (2002) Fundações, v. 2, Fundações Profundas. COPPE-UFRJ,
Rio de Janeiro. p. 17.
76
COLETÂNEA DO USO DO AÇO