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Reação do solo — Kh e Kv

Para analisar a estaca sob esforço horizontal é preciso representar o solo. O SPX usa o modelo de Winkler: o solo vira um conjunto de molas independentes, uma por metro de estaca, e a estaca vira uma viga sobre base elástica.

É um modelo simplificado — molas independentes não transmitem esforço entre si, e solo real transmite — mas é o que sustenta a prática corrente de projeto de estacas carregadas transversalmente.


Coeficiente horizontal Kh

Variação com a profundidade

Para solos cuja rigidez cresce com o confinamento, adota-se

\[ K_h(z) = m \cdot z \]

com \(K_h\) em kN/m³, \(z\) em metros e \(m\) em kN/m⁴. O coeficiente \(m\) é buscado em tabela por natureza do solo e \(N_{SPT}\):

Solo dominante Tabela usada
Solos arenosos e siltosos Tabela de \(m\) para areias
Solos argilosos Tabela de \(m\) para argilas

Fora da faixa tabelada, o valor é saturado no extremo mais próximo — \(N\) acima do máximo usa o último valor, \(N\) abaixo do mínimo usa o primeiro. Solo não identificado recebe \(m = 0{,}01\) kN/m⁴, um valor deliberadamente ínfimo mas não nulo: mola de rigidez zero tornaria a matriz de rigidez singular e derrubaria a análise.

Da rigidez unitária à mola nodal

A mola concentrada em cada nó multiplica \(K_h\) pela área de influência:

\[ K_{h,mola} = K_h \cdot D \cdot \ell_{infl} \]

onde \(D\) é o diâmetro e \(\ell_{infl}\) o trecho de estaca que aquele nó representa.

Meia faixa nas extremidades

O trecho de influência é 1,0 m nos nós internos e 0,5 m no primeiro e no último nó da estaca. A razão é geométrica: um nó no meio representa meio metro acima e meio abaixo; um nó na extremidade só tem solo de um lado.

Sem esse cuidado, a rigidez total do modelo ficaria superestimada em um metro de solo que não existe.


Coeficiente vertical Kv

O \(K_v\) representa a reação vertical do fuste — o atrito lateral mobilizado como mola. Ele é obtido por correlação empírica com a tensão admissível do solo, estimada por

\[ \sigma_{adm} = 0{,}2 \cdot N_{SPT} \quad [\text{kgf/cm}^2] \]

Com \(\sigma_{adm}\), interpola-se \(K_v\) em uma tabela empírica que vai de 0,25 a 4,00 kgf/cm² (0,65 a 8,00 kgf/cm³), e converte-se para o SI:

\[ 1 \text{ kgf/cm}^3 = 9\,806{,}65 \text{ kN/m}^3 \]

A mola nodal segue a mesma regra de área de influência, inclusive a meia faixa nas extremidades:

\[ K_{v,mola} = K_v \cdot D \cdot \ell_{infl} \]

\(K_v\) é opcional

A análise pode ser feita só com molas horizontais. As molas verticais são ativadas por opção e importam sobretudo em estaca inclinada, onde a carga vertical gera componente transversal e vice-versa — sem \(K_v\), a estaca inclinada fica livre para descer na direção do seu eixo.


Tabela de resultados

A aba de reação do solo apresenta, por metro:

Coluna Unidade Conteúdo
Prof. m Profundidade do nó
Nspt \(N_{SPT}\) da camada
\(m\) kN/m⁴ Coeficiente da tabela
\(K_h\) kN/m³ \(m \cdot z\)
Faixa m Trecho de influência (0,5 ou 1,0)
\(K_h\) Mola kN/m Rigidez concentrada no nó
\(K_v\) Mola kN/m Rigidez vertical concentrada no nó

A tabela é truncada no comprimento da estaca: camadas de sondagem abaixo da ponta não geram molas, porque não há estaca ali para reagir contra elas.


Limites de validade

Faixa de aplicação

  • Winkler ignora a continuidade do solo. Molas independentes não transmitem esforço entre si, o que superestima a rigidez local e subestima o alcance da deformação.
  • \(K_h = m \cdot z\) pressupõe rigidez crescente com a profundidade, hipótese válida em areias e argilas normalmente adensadas. Em argila pré-adensada, com rigidez aproximadamente constante, o modelo é menos adequado.
  • Os valores de \(m\) vêm de correlação com \(N_{SPT}\), com dispersão considerável.
  • O modelo é linear: a mola responde proporcionalmente ao deslocamento, sem limite. Para deslocamentos grandes, o solo plastifica e a rigidez cai — comportamento que exigiria curvas p-y, fora do escopo.
  • A correlação \(\sigma_{adm} = 0{,}2 N\) é regra prática grosseira.