Como dimensionar um tubulão a céu aberto

O que é um tubulão a céu aberto e quando ele é a solução certa

O tubulão a céu aberto é uma fundação profunda escavada — manual ou mecanicamente — sem revestimento e sem ar comprimido, formada por um fuste cilíndrico que termina em uma base alargada. A carga do pilar desce pelo fuste e é transmitida ao terreno essencialmente pela ponta: no cálculo corrente despreza-se o atrito lateral, o que joga toda a responsabilidade sobre a tensão admissível do solo de apoio e sobre a geometria da base.

A condição que define a viabilidade é a água. A ABNT NBR 6122 admite o tubulão a céu aberto acima do nível d'água, ou quando é possível esgotar a escavação sem risco de desmoronamento e sem comprometer a segurança de quem trabalha dentro do fuste. Havendo lençol que não se consegue rebaixar, a solução passa a ser o tubulão pneumático ou outro tipo de estaca — não se force o método.

Dados que você precisa reunir antes de começar

• Sondagem SPT (ABNT NBR 6484): NSPT por metro e classificação do solo, cobrindo pelo menos 3 m abaixo da cota prevista para a base, e a profundidade do nível d'água.
• Cargas do pilar: normal característica de compressão (N_k), esforço horizontal (H_k), momento no topo (M_k) e, se houver, a tração (torres, pórticos, estruturas leves com vento).
• Geometria do pilar que apoia no cabeçote — ela define a verificação de contato e a fretagem.
• Materiais: f_ck (mínimo de 20 MPa pela NBR 6122), aço CA-50 e cobrimento compatível com a classe de agressividade.
• Coeficientes: γ_f = 1,4 para as ações e, para o concreto do tubulão, o γ_c da NBR 6122:2019, que não é 1,4 — vale 1,6 sem encamisamento, 1,5 com camisa metálica e 1,4 com camisa de concreto.

As etapas do cálculo

1. Definir a tensão admissível do solo na cota de apoio

É a etapa que governa tudo. Os caminhos usuais são: a regra empírica σ_adm = NSPT/3 em kgf/cm², válida apenas até NSPT ≈ 20 (acima disso o critério satura e não deve ser extrapolado); a expressão (√N − 1) em kgf/cm²; a média do NSPT no bulbo de tensões abaixo da base; e a formulação analítica de Terzaghi com fatores de capacidade de Vesić, aplicando FS = 3,0 conforme a NBR 6122. Quando você roda mais de um método, adote o menor valor. Uma convenção prática importante: o NSPT de projeto é o menor entre as cotas L, L+1 e L+2 — a base "enxerga" o material mais fraco logo abaixo dela.

2. Pré-dimensionar a base pela área necessária

A_base ≥ N_k / σ_adm, e daí D_b = √(4·A_base/π), arredondado para múltiplo de 5 cm. Atenção: esta é apenas a primeira iteração. Se houver momento, a tensão de borda será maior que a média e o diâmetro terá de crescer.

3. Dimensionar o fuste à compressão

O diâmetro mínimo pelo concreto sai de D_f,mín = √(4·γ_f·N_k·γ_c / (0,85·π·f_ck)). Na prática esse valor quase nunca governa: a NR-18 exige fuste com no mínimo 70 cm para permitir o trabalho do operário dentro da escavação. Em seguida verifica-se N_sd ≤ N_Rd, com N_Rd limitado a 5 MPa·A_c.

4. Fechar a geometria da base

Com o ângulo do tronco de cone β (usualmente 60° com a horizontal), a altura do alargamento é H₃ = tg β·(D_b − D_f)/2, somada ao rodapé cilíndrico H₄ ≥ 20 cm. A altura total da base não deve ultrapassar cerca de 2,0 m; se ultrapassar, a saída é adotar falsa elipse (base alongada, com a razão entre eixos limitada a a/b ≤ 2,5) ou dividir a carga em dois tubulões.

5. Classificar a rigidez e escolher o modelo lateral

O parâmetro Z compara a rigidez do fuste com a do solo. Com Z < 4 o tubulão é curto (rígido) e gira em bloco: aplica-se um modelo de apoio elástico tipo Winkler, que fornece o ângulo de rotação θ, os deslocamentos e as tensões de borda na base. Com Z ≥ 4 ele é flexível e precisa ser tratado como viga sobre apoio elástico, com K_h crescendo com a profundidade.

6. Verificar as tensões de contato e os deslocamentos

Aqui entram σ_máx ≤ σ_adm e, igualmente importante, σ_mín > 0 — tensão mínima negativa significa descolamento de parte da base. Verificam-se ainda o coeficiente de segurança ao tombamento lateral (CS ≥ 1,5), a rotação θ (referência prática ≤ 1°) e os recalques horizontal e vertical, usualmente limitados a L/300.

7. Havendo tração, verificar o arrancamento

A resistência vem do peso próprio do tubulão somado ao peso de um cone de solo invertido acima da base — pelo cone de solo (abertura igual a φ) ou pelo cone de Paladino, que usa um ângulo efetivo reduzido e é mais conservador. Exige-se CS ≥ 1,5. Se houver nível d'água dentro do cone, a parcela submersa entra com peso específico submerso — e o CS despenca.

8. Armadura, cabeçote e fretagem

A seção circular é dimensionada à flexo-compressão com o par (N_sd, M_sd). Na maioria dos tubulões comprimidos o resultado é governado pela armadura mínima da NBR 6118, e não pelo cálculo de flexão. No cabeçote verifica-se a tensão de contato do pilar e o critério de dispensa de fretagem: se a tração transversal σ_t ≤ f_ct/2, o concreto absorve sozinho; caso contrário, calcula-se armadura em cintas no topo do fuste.

Exemplo demonstrativo

Os números abaixo são demonstrativos, criados para ilustrar o encadeamento das etapas — não representam um projeto real nem substituem sondagem e verificação próprias.

Dados: N_k = 1200 kN; H_k = 30 kN; M_k = 40 kN·m; pilar 30 × 50 cm; f_ck = 25 MPa; CA-50; cobrimento 5 cm; sem encamisamento (γ_c = 1,6); cota de apoio L = 8,00 m; sem nível d'água; NSPT em 8/9/10 m = 15/16/18; solo dominante argila arenosa rija (φ = 25°).

1. σ_adm: NSPT de projeto = menor entre 15, 16 e 18 = 15 → 15/3 = 5,0 kgf/cm² = 500 kPa.
2. Base (1ª tentativa): A ≥ 1200/500 = 2,40 m² → D_b = 1,75 m.
3. Fuste: D_f,mín ≈ 0,40 m pelo concreto, mas adota-se D_f = 0,80 m pela NR-18. N_sd = 1680 kN ≤ N_Rd = 2513 kN. Folga de 33%.
4. Rigidez: Z ≈ 2,6 < 4 → tubulão rígido, modelo de Winkler aplicável.
5. Tensões com D_b = 1,75 m: σ média = 499 kPa, mas o momento acrescenta ≈ 35 kPa na borda → σ_máx = 534 kPa > 500 kPa. Não passa.
6. 2ª iteração — D_b = 1,85 m (A = 2,69 m²): σ média = 446 kPa; σ_máx = 482 kPa ≤ 500 kPa e σ_mín = 410 kPa > 0. Passa.
7. Geometria: H₃ = tg 60°·(1,85 − 0,80)/2 ≈ 0,90 m; H₄ = 0,20 m → base com 1,10 m (< 2,0 m, dispensa falsa elipse); fuste cilíndrico H₂ = 6,90 m.
8. Serviço: θ = 0,04°; recalque horizontal 0,40 cm e vertical 0,78 cm, ambos abaixo de L/300 = 2,67 cm.
9. Armadura: A_s,mín = 20,1 cm² governa sobre o cálculo de flexo-compressão → 8 ø 20 mm (25,1 cm²), com espaçamento livre de 24 cm, folgado frente ao mínimo normativo.
10. Cabeçote: σ_t = 0,84 MPa ≤ f_ct/2 ≈ 1,15 MPa → fretagem dispensada. Contato: 11,2 MPa ≤ f_cd = 15,6 MPa.

Resultado	Valor	Limite
σ máx na base	482 kPa	500 kPa
σ mín na base	410 kPa	> 0
Rigidez Z	2,6	< 4 (rígido)
N sd / N Rd (fuste)	1680 kN	2513 kN
Recalque vertical	0,78 cm	2,67 cm
Armadura adotada	8 ø 20 mm	A s,mín = 20,1 cm²
Volume de concreto	5,31 m³	—

Repare no ponto central: a primeira base não passou. Dimensionar tubulão é iterativo, e é justamente essa ida e volta — mexer em D_b, refazer tensões, revisar a altura da base — que a calculadora de tubulão do CalcproX executa de uma vez, mantendo todas as verificações sincronizadas.

Erros comuns

• Dimensionar a base só pela tensão média. Com momento no topo, quem manda é a tensão de borda. Foi exatamente o que reprovou a primeira iteração do exemplo.
• Usar γ_c = 1,4 no fuste. Sem encamisamento a NBR 6122:2019 pede 1,6. A diferença é de mais de 12% na resistência — a favor da insegurança.
• Extrapolar σ_adm = NSPT/3 para solos muito resistentes. O critério é empírico e limitado a NSPT ≈ 20; acima disso é preciso outro método.
• Ignorar σ_mín. Base parcialmente descolada invalida a hipótese de distribuição linear de tensões usada no cálculo.
• Esquecer o nível d'água no cone de arrancamento. O peso submerso reduz quase pela metade a parcela de solo resistente.
• Majorar o momento duas vezes. Modelos de tubulão flexível já entregam esforços de cálculo; aplicar γ_f de novo superdimensiona sem motivo.
• Base alta demais. Passar de ~2,0 m de altura de base é sinal de que falta falsa elipse ou um segundo tubulão — não de que basta escavar mais.
• Adotar tubulão a céu aberto abaixo do lençol sem estudo de esgotamento. É uma decisão de segurança do trabalho, não apenas de cálculo.

Quando procurar o engenheiro responsável

Nenhuma rotina de cálculo — nem a deste artigo, nem a de qualquer ferramenta, inclusive a do CalcproX — substitui o julgamento de um engenheiro habilitado. Procure obrigatoriamente uma avaliação individualizada quando: a sondagem apresentar camadas de comportamento errático ou matacões; houver nível d'água na faixa de escavação; existir tração relevante ou carga cíclica; o tubulão ficar próximo a divisa, talude ou fundação vizinha; ou quando o solo de apoio encontrado em obra divergir do previsto na sondagem — situação em que a cota de apoio precisa ser reavaliada antes da concretagem.

O dimensionamento de fundações é atividade de responsabilidade técnica registrada (ART/RRT). O engenheiro que assina responde pelos dados de entrada, pelas hipóteses adotadas e pela conferência dos resultados — a ferramenta é instrumento de cálculo, e a decisão de projeto continua sendo humana.