Tradicionalmente, as fundações utilizadas na construção civil são constituídas de estacas coroadas por sapatas ou blocos em que se apoiarão os pilares de um edifício. Nesses casos, os cálculos das fundações levam em consideração apenas a capacidade de carga das estacas, desprezando a contribuição devida ao contato do elemento estrutural de coroamento.

Quando se considera a contribuição de um elemento superficial de fundação – sapata ou bloco – na capacidade de carga, simultaneamente com as estacas, tem-se o que se denomina radier estaqueado. Nestes casos, o radier apoiado sobre o solo recebe o suporte tanto das estacas como do terreno. A diferença entre o radier estaqueado e os grupos convencionais de estacas é que, neste, o coroamento não está em contado com o solo, conforme mostram as figuras nesta página.

Com o advento de prédios cada vez mais altos, em que o tamanho da base não acompanha proporcionalmente o ganho na altura, as cargas da edificação são cada vez mais elevadas e concentradas, demandando blocos de estacas cada vez maiores. Desta forma passou-se a considerar a utilização de radiers estaqueados como fundações adequadas aos carregamentos destas estruturas, com vistas a evitar o recalque do solo, ou seja, seu afundamento e também uma melhor distribuição das cargas sobre o radier e consequentemente às estacas.

Nestes casos, eles são constituídos por uma espessa laje de concreto, que ocupa toda a área do edifício, apoiada em estacas dispostas a distâncias calculadas de modo que a capacidade de carga seja compartilhada pelas estacas e também pelo solo em que está apoiado diretamente o radier.

É exemplo do emprego deste tipo de fundação o edifício Burj Khalifah, localizado em Dubai, nos Emirados Árabes, com 828 m de altura. Ele se apoia em um radier estaqueado com 3,5 m de espessura, assente sobre 194 estacas escavadas de 1,5 m de diâmetro e 43 m de comprimento. Estes tipos de fundações, devidamente dimensionadas aos carregamentos que devem suportar, permite maior eficiência na redução de recalques e contribui para a racionalização dos projetos das fundações, em decorrência do melhor posicionamento das estacas, da diminuição de suas quantidades, profundidades e diâmetros, gerando, em consequência, maior economia.

Com o objetivo de estudar o comportamento de radiers estaqueados executados em solo da região de Campinas, São Paulo, o engenheiro civil Jean Rodrigo Garcia desenvolveu tese de doutorado em que os analisa experimental e numericamente. O pesquisador – que acumula experiências na construção de hidrelétricas e edificações complexas em grandes centros urbanos, e é atualmente coordenador de projetos de empresa que constrói a linha 2 do metrô de São Paulo – desenvolveu o trabalho junto à área de Estruturas e Geotécnicas da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC) da Unicamp, sob a orientação do professor José Rocha de Albuquerque. A pesquisa recebeu apoio financeiro da Fapesp e do Fundo de Apoio ao Ensino, à Pesquisa e à Educação (Faepex) da Unicamp.

Nos experimentos, realizados no Campo Experimental de Mecânica dos Solos e Fundações da FEC, constituído de latossolos roxos, argilosos, foram construídos e utilizados blocos de fundação com uma, duas, três e quatro estacas, ensaiados por meio de provas de carga e análises numéricas. O escopo do estudo era o de determinar, a partir dos parâmetros de resistência do solo e do concreto empregado no radier e nas estacas, qual seria o método de análise mais apropriado; que diretrizes devem ser adotadas para elaboração de projetos racionais; e indicar as melhorias na técnica construtiva dos radiers estaqueados.

O trabalho se justifica porque poucos são os estudos desenvolvidos sobre o comportamento desses radiers nos solos brasileiros, tropicais, de características únicas por serem decorrentes de um processo de intemperismo, caracterizado pela repetitiva alternância de períodos chuvosos e secos.  Nesse processo de lavagem, as partículas menores do solo são carreadas, deixando-o poroso. Daí resultou um solo, com um índice alto de vazios, que o torna suscetível de afundamento (recalque) quando submetido a carregamentos. 

Nos prédios em que a área de base não é proporcional à altura, as cargas descarregadas no solo não podem ser dispostas em uma fundação convencional, a menos que se adotassem estacas excessivamente profundas e em grande quantidade por bloco, solução economicamente inviável. A alternativa foi então construir uma grande e espessa laje de concreto, o radier, apoiada sobre estacas, de forma que todo o carregamento dissipado sobre ela se distribua entre o solo em que se apoia o radier e sobre as estacas que cooperam na sua sustentação.

No exterior essas fundações já foram sobejamente estudadas e instrumentalizadas com a utilização de medidores de deformação colocados nas estacas que indicam a carga que efetivamente chega a cada uma delas. Eles permitem o acompanhamento do que acontece à medida que a construção se desenvolve e viabilizam a comprovação prática do arcabouço teórico que embasaram o projeto estrutural.

No Brasil, embora a tecnologia seja utilizada, essa sistemática ainda não é aplicada, empregando-se nos projetos os métodos tradicionais de cálculo, sem a realização de monitoramento durante a edificação. A pesquisa procurou sanar essa lacuna. O conhecimento do comportamento deste tipo de fundação em solos tropicais como os do Brasil poderá contribuir para construções as mais diversas com o emprego de radiers estaqueados.

O TRABALHO

Nos radiers adotados como protótipos foi ampliada a área entre as estacas, que é de três vezes aos seus diâmetros, segundo a norma em fundações tradicionais (grupo de estacas), para cinco vezes o diâmetro, de forma a aumentar a área de contato da laje (radier) com o solo, o que diferencia o bloco de fundação convencional do radier estaqueado. Sobre esses protótipos foram então aplicados carregamentos simulando cargas de uma estrutura real sendo construída. Durante os procedimentos mediram-se através de sensores os deslocamentos verticais, ou seja, quanto o radier afundava e como a carga absorvida se distribuía pelas estacas e pelo contato do radier com o solo. É a chamada prova de carga.

O pesquisador explica: “Queríamos avaliar se havia diferenças de comportamento e de relações entre a absorção de carga pelas estacas e pelo solo, em função do número de estacas, mesmo para solos porosos como o de Campinas. Para tanto, construímos no campo experimental os quatro protótipos em que foram aplicados os carregamentos até chegar à carga, considerada como última, responsável por um deslocamento acentuado”.

Para estabelecer um contraponto entre o real e o que é calculado através de ferramentas numéricas, comumente utilizadas pelos projetistas, o pesquisador utilizou um software tridimensional de elementos finitos. Esse contraponto permite alertar o projetista sobre as limitações e os cuidados que devem ser tomados na aplicação dos elementos numéricos que não conseguem representar totalmente o que ocorre na realidade, seja em relação aos parâmetros do solo, seja pela forma como as cargas são admitidas e distribuídas entre o radier (laje de concreto) e as estacas.

A propósito, ele acrescenta: “Para entender melhor o comportamento observado e validar a ferramenta numérica, utilizamos um software baseado em elementos finitos, em modelo tridimensional, de forma a estabelecer um contraponto que pudesse auxiliar os projetistas nas considerações de cálculo para este tipo de fundação. Mesmo porque havia necessidade de determinar com que grau de confiança as ferramentas numéricas podem ser utilizadas e que cuidados o seu uso exige na elaboração dos projetos. Para tanto foram feitos testes de convergência e de validação dessa ferramenta em relação aos resultados experimentais”.

Ao realizar a validação da ferramenta, o pesquisador confirmou que ela não leva a um resultado 100% condizente com a realidade dos modelos experimentais e, por isso, são recomendados determinados cuidados no seu uso.

CONCLUSÕES 

Com base nas análises experimentais e numéricas, o autor concluiu sobre a contribuição entre as parcelas de resistência da fundação em estaca e do contato do radier com o solo: “Chegamos então a determinar como funciona a distribuição de carga nos radiers estaqueados. Em torno de 21% dela se dissipa no radier em contato com o solo e 79% da distribuição é absorvida pelas estacas. Com base nesse resultado, o engenheiro projetista da estrutura pode adotar essa distribuição de carga ao considerar uma edificação no tipo de solo de Campinas, de argila porosa, que chega a São Carlos, passa por Bauru e atinge Ilha Solteira, tornando sua fundação mais econômica e eficaz”.

Para Jean, o emprego de radiers estaqueados, mesmo na argila porosa de Campinas, é factível desde que sejam tomadas medidas que possam garantir a o desempenho dessa camada de solo, muito suscetível à ação da água. Dependendo do caso, a camada de solo em que será apoiado o radier deve ser submetido à escavação e compactação, que o torna mais resistente. Nesse processo sua densidade é aumentada em relação à situação original.

Ele acrescenta que o emprego de radiers estaqueados permite utilizar técnicas economicamente interessantes no projeto geotécnico porque parte da carga é absorvida pela própria laje em contato com o solo, diminuindo a carga sobre as estacas que passam a ter diâmetros e comprimentos menores, diminuindo a mão de obra e o volume do concreto utilizado.

Publicação

Tese: “Análise experimental e numérica de radiers estaqueados executados em solo da região de Campinas/SP”

Autor: Jean Rodrigo Garcia

Orientador: Paulo José Rocha de Albuquerque

Unidade: Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC)

Financiamento: Fapesp e Faepex