365) Atrito negativo em estacas

O atrito negativo é um esforço transferido à estaca nos trechos em que o recalque do maciço de solo que a envolve é maior que o recalque da própria estaca.

A argila encontrada em algumas regiões do Brasil principalmente no litoral, é conhecida por ser muito mole, de peso específico bastante baixo e elevado índice de vazios.

Os valores de recalques medidos nestes depósitos têm se revelado muito elevados e constantemente com problemas em obras acabadas onde as estruturas recalcam causando várias patologias e as vezes sem solução.

A disponibilidade de instrumentação de recalques de um extenso aterro em que as construções foram assentes em estacas de concreto ou metálicas motiva sempre a estudar casos de obras para corrigir e minimizar os erros futuros de projetos com novas pesquisas.

Os registros de execução de obras em estacas executado sob o talude de um aterro, num trecho bem caracterizado sob o ponto de vista geotécnico, e com recalques conhecidos sempre alerta para tratamento de novas obras.

Conhecendo o perfil geológico geotécnico e a possível presença de recalque medido, com a a previsão do atrito negativo em estacas procimas a talude de aterro.

Podemos proceder à estimativa do ponto neutro através da comparação entre o recalque do solo (conhecido) e o recalque da estaca (estimado).

Como o recalque varia ao longo do tempo,é feita a previsão do desenvolvimento do ponto neutro ao longo do tempo, para os as estacas.

O valor do atrito negativo pode ser feito ao longo do tempo, considerando e não considerando o efeito do adensamento secundário.

Uma vez que a capacidade de carga também varia com o tempo, estima-se a favor da segurança à ruptura das estacas em relação à carga vertical de compressão ao longo do tempo.

Atrito Negativo

Vamos entender sobre o comportamento da interação das estacas de fundação junto ao solo.

Então imagine que você tem aqui o seu solo onde você tem uma estaca feita neste solo onde você aplica toda carga da sua estrutura na cabeça da sua estaca de valor "C" e a estaca tem uma resistência de ponta chamada de "RP", obviamente tem uma resistência lateral promovida pelo atrito lateral do contato da sua estaca durante a sua cravação junto ao solo.

O atrito positivo é uma parcela da capacidade de carga da estaca que ocorre ao longo do contato entre a estaca e o solo sempre que o recalque da estaca é maior do que o recalque do solo. Para que o atrito seja mobilizado, é necessário um deslocamento relativo entre a estaca e o solo. Quando o recalque do solo é maior do que o recalque da estaca, o deslocamento relativo muda de sinal e o atrito passa a ser chamado de negativo. Ao invés de mobilizar uma resistência, o solo transfere uma carga adicional à estaca, além da carga transmitida pela estrutura. Quanto mais compressível a camada argilosa e maior sua espessura, maiores são estes esforços de atrito negativo, sendo grande sua relevância no projeto de fundações.

A gente imagina que aquele solo no entorno da estaca basicamente vai ficar aderente, agarrado no entorno da sua estaca.

Então o que acontece e a formação deste atrito lateral que é gerado pela aderência entre a estaca e o solo de entorno que está em volta da superfície lateral da estaca gerando uma carga de para cima, como se fosse uma reação contrária aquela carga "C" que você está utilizando na sua estaca reagindo a ela, porque ela está segurando também a estaca.

Então a resistência da sua estaca "R" é igual a resistência de ponta "RP" mais a resistência lateral "RL".

Quando a resistência de ponta for muito maior do que sua resistência lateral você tem uma estaca de ponta.

Quando a resistência lateral é muito maior que a resistência de ponta você passa a ter uma estaca flutuante.

Então esta é a concepção é assim que você utiliza a estaca que você vai dimensionar a estaca que você vai colocar no solo, então você vai levar em consideração o diâmetro da estaca que irá ter uma superfície de aderência lateral que irá gerar o atrito lateral positivo, quanto maior o diâmetro da estaca maior a carga que ela irá resistir devido a ter maior aderência e atrito lateral.

Agora imagine o seguinte: Como é que se gerou atrito negativo na sua estaca se você tem um solo resistente inferior é um solo mole sobre o solo resistente e acima dele para você executar a sua estrutura você tem que executar um aterro onde você vai executar a sua estaca e depois terá um pavimento rígido aplicado entre a estaca.

Imagine que entre a estaca terá entre elas um bloco de concreto entre o pavimento final onde vão existir cargas variáveis sobre este bloco ou cargas variáveis sobre o pavimento acima do aterro do tipo Veículos e máquinas pesadas onde irá gerar uma carga variável sobre este aterro que irá gerar um esforço no solo.

Ou seja você vai gerar carga na sua estrutura que está desaguando toda na sua estaca, mas você tem a carga quem responde pela resistência de ponta "RP" e a carga do aterro que pode estar sofrendo um recalque diferencial e este recalque se o solo desce vai gerar um esforço criando um atrito negativo "An1" na estaca naquela região do aterro podendo gerar um esforço do aterro sobre o solo mole gerando também um atrito negativo "An2" na estaca, ou seja a resistência da sua estaca vai ser igual a resistência de ponta "RP" menos o atrito lateral "An1" menos o atrito lateral "An2".

Ou seja dependendo da intensidade deste atrito ele tem de entrar e deve entrar nos cálculos da sua fundação para que você não tenha problema na sua estrutura onde nós teremos sempre de ter esta preocupação devido a existência de patologias que são ligadas e associadas ao atrito negativo.

Patologias associadas ao atrito negativo

Imagine a situação abaixo onde temos a carga do aterro muito alta que gera esse atrito negativo somado a carga da sua estrutura com o atrito lateral negativo e a sua estaca não tem a resistência suficiente para resistir a esse esforço, então a sua estaca sofre uma ruptura com o esmagamento no fuste com o prumo mantido conforme a figura abaixo.

Aparentemente a sua estrutura está normal mas em decorrência da ruptura do fuste ela pode sofrer um recalque diferencial devido a ruptura por esmagamento da sua estaca por ela não ter sido dimensionada de acordo suportando a soma da carga da sua estrutura com a soma do atrito negativo incorporado a sua estaca.

Como também se nós tivemos uma estaca executada na região de um talude ou seja temos uma carga de empuxo muito maior provocada pelo talude exercendo empuxo sobre a estaca na parede dela podemos gerar além do atrito lateral conforme já relatado na figura anterior e promovendo uma parcela a mais desse esforço horizontal de empuxo adicional deslocando a estaca, podendo inclusive promover uma ruptura devido ao deslocamento horizontal do solo no entorno desta estaca.

Como também devido a esse atrito negativo podemos ter um cisalhamento ou seja uma ruptura com cisalhamento no fuste com prumo comprometido.

Também podemos ter uma situação que com o movimento lateral de empuxo do talude ou por alguma razão poderemos ter uma ruptura por flexionamento do fuste e prumo comprometidos.

Por isso é muito importante a gente entender qual vai ser a força deste atrito negativo para que se tenha a real necessidade e controle para que não se faça nenhum problema de patologia na sua estaca.