Como dimensionar uma broca de concreto para fundação?

Atenção: a leitura deste texto não dispensa a consulta às normas técnicas vigentes, as quais podem ser alteradas sem prévio aviso. Toda obra deve ser projetada e acompanhada por profissional técnico habilitado, engenheiro civil ou arquiteto, com registro no CREA ou no CAU, e ART ou RRT recolhido.

As fundações em brocas escavadas de concreto são instituições nacionais. Se você não disser nada a um construtor experiente sobre como será a fundação de uma obra, na maior parte do território nacional, suporá ser em brocas escavadas e concretadas, coroadas por um bloco de concreto armado.

Apresento abaixo um método bastante prático para o dimensionamento das brocas (deixemos os blocos para outro post por enquanto), desenvolvido em 1975 por Aoki e Veloso.

Antes de adentrarmos aos cálculos, é importante ressaltar que, apesar de costumar ser escavada manualmente por trado, a broca é uma fundação profunda, ou seja, que busca uma cota de apoio de ponta mais profunda e conta com o atrito lateral em sua consideração teórica de tensões de ruptura geotécnica.

A tensão de ruptura total da broca é composta, portanto, pela soma de dois componentes: a tensão de ruptura geotécnica de ponta, e a tensão de ruptura lateral (por atrito):

Rt = Rp + RL

Rt: carga total de ruptura da broca, ponto de vista geotécnico
Rp: carga de ruptura da ponta
RL: carga de ruptura lateral

RL, por sua vez, pode ser calculado da seguinte forma:

RL = U . rL . ∆L

U: perímetro da broca, em metros. Para brocas de ø=30cm, U = 2 . 3,14 . 0,15 = 0,942m
rL: incógnita geotécnica, calculada pela equação abaixo
∆L: espessura da camada de solo analisada, em metros

α e K dependem do tipo de solo, conforme tabela abaixo:

NL é o índice de resistência à penetração médio na camada de solo em análise.

Para brocas escavadas, F1 = 3, e F2 = 6 (fatores de correção, já substituídos nas equações aqui apresentadas).

rp: incógnita geotécnica, calculada pela equação abaixo

Ap: área da ponta da estaca, em metros. Para broca ø=30cm, Ap=3,14 . 0,152 = 0,0707m2

K: tabela acima

NP: índice de resistência à penetração na cota de apoio

Exemplo de cálculo:

Considere um solo hipotético de argila siltosa, onde o amostrador teve 4 golpes a 1 metro de profundidade, 6 golpes a 2 metros, 6 golpes a 3 metros, e a 4 metros de profundidade não penetrou mais, considerados 30 golpes para descer poucos centímetros.

Cálculo para esse nosso caso:
NL = 5,3
K = 0,22 MPa (=220 kPa)
α = 4%
U = 2 . 3,14 . 0,15 = 0,942m
∆L = 4m
NP = 30
AP = 0,0707m2
rL = 0,04 . 220 . 5,3 / 6 = 7,77
RL = 0,942 . 7,77 . 4 = 29,3 kN = 2,93 tf (tensão de ruptura lateral)
rP = 220 . 30 / 6 = 1100
RP = 0,0707 . 1100 = 77,77 kN = 7,77 tf (tensão de ruptura de ponta)
Rt = 2,93 + 7,77 = 10,7tf (tensão de ruptura total)

Por fim, aplica-se um fator de segurança (F.S) de 0,5. Assim, a carga admissível nesta broca será de:

Radm = 10,7 . 0,5 = 5,4tf

Nesse caso:

• Se você tiver uma carga de pilar (mais o peso próprio de baldrames, blocos e fundação) até 10,7 tf, use duas brocas.
• Se você tiver uma carga até 21,4 tf, use quatro brocas.
• E assim por diante…

 

Dimensionamento da armadura da broca

Tensão média até 5 MPa (50 kgf/cm2): não exige armadura de fuste, apenas a de arranque.
Tensão média superior a 5 MPa (50 kgf/cm2): usar o método abaixo.

Utilizaremos a carga de catálogo de 8tf (8.000 kgf).
Portanto, a tensão no fuste será:

σ = F / A

Para brocas de ø=30cm, = 8.000 kgf / 706,5cm2 = 11,32 kgf/cm2. Como é inferior a 50kgf/cm2, dispensa armadura de fuste.

Caso a armadura seja necessária por algum esforço cortante, momento fletor ou tração no fuste, na maioria dos casos você vai poder usar a área de aço mínima, 0,5% da área da seção transversal de concreto.

Para brocas de ø=30cm, a área de aço (As) = 0,005 . 706,5cm2 = 3,53cm2.

Considerando por tipo de vergalhão:
• ø8mm = 0,5cm2 = 7 barras
• ø10mm = 0,79cm2 = 5 barras
• ø12mm = 1,13cm2 = 3 barras

Estribos: para o caso das brocas, sua função é só de solidarização e manter a grade estável na concretagem.

Sugiro adotar estribos de ø6,3mm a cada 20 cm.