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09/09/2015 1 FUNDAÇÕES PROFUNDAS: ESTACAS Boas Práticas para a Execução de Fundações TIPOS DE FUNDAÇÕES FUNDAÇÕES PROFUNDAS NBR 6122/2010 Elemento de fundação que transmite a carga ao terreno pela base (resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas, devendo sua ponta ou base estar assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no mínimo 3m 09/09/2015 2 FUNDAÇÕES PROFUNDAS TIPOS DE FUNDAÇÕES Estacas Pré-Moldadas Madeira Perfil Metálico Concreto Moldadas in loco Franki Raiz Hélice Cont. Strauss Tubulões Céu aberto Ar comprimido Ômega FUNDAÇÕES PROFUNDAS TIPOS DE FUNDAÇÕES Estacas NBR 6122/2010 Elemento de fundação profunda executada inteiramente por equipamentos ou ferramentas, sem que, em qualquer fase de sua execução haja descida de pessoal ESTACA CRAVADA POR PERCUSSÃO Estaca introduzida no terreno por golpes de martelo de gravidade, de explosão (vapor, diesel, ar comprimido), vibratório e hidráulico, ESTACA DE CONCRETO MOLDADAS IN LOCO Estaca executada preenchendo-se com concreto as perfurações previamente executadas no terreno 09/09/2015 3 ESTACA CRAVADAS Estacas introduzidas ao terreno sem que haja retirada do solo, mediante cravação através da queda de um peso. TIPOS DE ESTACAS CRAVADAS Perfil Metálico Concreto Madeira 09/09/2015 4 ESTACA DE MADEIRA ESTACA DE MADEIRA 09/09/2015 5 ESTACA DE MADEIRA • Empregadas desde os primórdios da história. Atualmente diante da dificuldade de obter madeiras de boa qualidade e do incremento das cargas nas estruturas sua utilização é bem mais reduzida, • Troncos de árvores cravados por percussão; • São empregadas usualmente para obras provisórias, • Se projetadas para obras permanentes terão que ser protegidas contra ataque de fungos, termitas, bactérias etc; • Tem duração praticamente ilimitada quando mantida permanentemente submersa. Quando há variação do NA apodrece por ação de fungos; • Em São Paulo tem-se o exemplo do reforço de inúmeros casarões no bairro Jardim Europa, cujas estacas de madeira apodreceram em razão da retificação e aprofundamento da calha do rio Pinheiros. ESTACA DE MADEIRA 09/09/2015 6 Para garantir a integridade da estaca na cravação deve ser colocado um anel de aço na cabeça para evitar o fendilhamento, E para proteger e facilitar a penetração da ponta pode- se usar ponteira de aço. Fonte: Edmundo Rodrigues ESTACA DE MADEIRA VANTAGENS: • Muito econômicas; • Fácil cravação e fácil transporte; • Boa duração para obras provisórias (máximo 5 anos); • Fácil corte emenda. ESTACA DE MADEIRA 09/09/2015 7 ESTACAS METÁLICAS TIPOS DE FUNDAÇÕES 09/09/2015 8 ESTACAS TUBULARES METÁLICAS ESTACAS TUBULARES METÁLICAS • As estacas tubulares metálicas se caracterizam por serem facilmente cravadas em quase todos os tipos de terreno, • Pode atingir elevada capacidade de carga e grandes profundidades pela facilidade de corte e emenda de seus elementos, • Quando inteiramente enterradas em terreno natural, as estacas de aço dispensam tratamento especial, 09/09/2015 9 • Em estacas parcialmente imersas em água, ou em meio agressivo, é obrigatória a proteção com enchimento com concreto ou pintura à base de resina epóxi, proteção catódica, etc, • As estacas metálicas são cravadas por vibração ou percussão com martelos de queda livre ou diesel. ESTACAS TUBULARES METÁLICAS ESTACAS TUBULARES METÁLICAS 09/09/2015 10 ESTACAS TUBULARES METÁLICAS ESTACAS TUBULARES METÁLICAS 09/09/2015 11 ESTACA METÁLICAS – PERFIL E TRILHO ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) 09/09/2015 12 ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) 09/09/2015 13 ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) 09/09/2015 14 ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) • Quando da cravação for executada com martelo de queda livre, devem ser observados as seguintes condições – Peso do martelo não inferior a 10kN; – Peso do martelo não inferior a 30kN para estacas com carga de trabalho entre 0,7MN e 1,3MN; – Para estacas cuja carga de trabalho seja superior a 1,3MN, a escolha do sistema de cravação deve ser previamente analisada. NBR 6122/2010 ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) 09/09/2015 15 • No caso de uso de martelos automáticos ou vibratórios, deve-se seguir as recomendações dos fabricantes. • A nega e o repique devem ser medidos em todas as estacas, atendendo-se às condições de segurança; • Deve-se elaborar o diagrama de cravação em 100% das estacas. NBR 6122/2010 ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) 09/09/2015 16 Fonte: Patologia das fundações Os perfis compostos são os mais indicados, pois elementos esbeltos podem desviar da verticalidade durante a cravação, devido à matacões, a horizontes de rocha inclinados, à camadas de argila muito mole. ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) A capacidade de carga pode ser aumentada soldando segmentos metálicos nas pontas das estacas ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) 09/09/2015 17 ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) Trilho ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) 09/09/2015 18 ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) 09/09/2015 19 ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) 09/09/2015 20 ESTACA METÁLICAS (PERFIL E TRILHO) ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO 09/09/2015 21 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS ESTACAS PRÉ-MOLDADAS 09/09/2015 22 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS ESTACAS PRÉ-MOLDADAS 09/09/2015 23 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO • Quando da cravação for executada com martelo de queda livre, devem ser observados as seguintes condições: – Peso do martelo não inferior a 20kN; – Peso do martelo no mínimo igual a 75% do peso da estaca; – Peso do martelo não inferior a 40kN para estacas com carga de trabalho entre 0,7MN e 1,3MN; – Para estacas cuja carga de trabalho seja superior a 1,3MN, a escolha do sistema de cravação deve ser previamente analisada. NBR 6122/2010 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS 09/09/2015 24 • No caso de uso de martelos automáticos ou vibratórios, deve- se seguir as recomendações dos fabricantes; • A nega e o repique devem ser medidos em todas as estacas, atendendo-se às condições de segurança; • Deve-se elaborar o diagrama de cravação em 100% das estacas. NBR 6122/2010 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS ESTACAS PRÉ-MOLDADAS 09/09/2015 25 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS ESTACAS PRÉ-MOLDADAS 09/09/2015 26 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS Preparação da cabeça ESTACAS PRÉ-MOLDADAS 09/09/2015 27 Estaca pré-moldada centrifugada Estaca pré-moldada de ponta metálica ESTACAS PRÉ-MOLDADAS ESTACAS PRÉ-MOLDADAS 09/09/2015 28 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS ESTACAS PRÉ-MOLDADAS 09/09/2015 29 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS ESTACA MOLDADAS “IN LOCO” 09/09/2015 30 FUNDAÇÕES PROFUNDAS TIPOS DE FUNDAÇÕES Estacas Escavadas Mecanicamente Estacas Escavadas Com Injeção (Micro-Estacas) Estacas Escavadas Com Fluido Estabilizante NBR 6122/2010 MOLDADAS IN LOCO • Estaca broca [Escavada Manualmente - (acimado NA)] • Estaca escavada mec. (s/ lama bentonítica) • Estaca escavada (com lama bentonítica) • Estaca raiz • Estaca Strauss • Estaca Hélice Contínua (monitorada) • Estaca Hélice Segmentada (monitorada) • Estaca Ômega / hélice deslocamento(monitorada) • Estaca Franki (abaixo do NA) TIPOS DE ESTACAS 09/09/2015 31 ESTACA BROCA (ESTACA ESCAVADA A TRADO MANUAL) ESTACA BROCA • Estacas sem revestimento e acima do NA, • Terrenos coesivos (solos argilosos), • Diâmetro = 15 a 30cm, • Comprimento = 3 a 8m, • Carga de trabalho = 60 a 250kN, • Armadura nos 50cm, sem função estrutural. 09/09/2015 32 ESCAVADA MANUAL - TRADO ESTACA ESCAVADA MECANICAMENTE 09/09/2015 33 ESCAVADAS MECANICAMENTE • Acima do N.A. • Perfuratrizes rotativas • Profundidades até 18m (em geral) • Diâmetros de 0,20 a 1,70m (comum até 0,50m) ESCAVADAS MECANICAMENTE 09/09/2015 34 ESCAVADAS MECANICAMENTE ESCAVADAS MECANICAMENTE 09/09/2015 35 ESCAVADAS MECANICAMENTE ESTACA RAIZ 09/09/2015 36 ESTACAS RAIZ ESTACAS RAIZ • Diâmetro acabado variando de 80 a 450mm e de elevada tensão de trabalho do fuste, • Argamassa de areia e cimento e é inteiramente armado ao longo de todo o seu comprimento, • As estacas raiz foram desenvolvidas na Itália, no final da década de 50 e tinham como função básica o reforço de fundações. 09/09/2015 37 • Execução vertical ou inclinada, • Perfuração rotação ou rotopercussão com circulação de água, lama bentonítica ou ar comprimido, e pode, por meio de ferramentas especiais, atravessar terrenos de qualquer natureza, inclusive alvenarias, concreto armado, rochas ou matacões; • Completada a perfuração colocada a armadura necessária ao longo da estaca, procedendo-se a concretagem do fuste com a correspondente retirada do tubo de revestimento; • Concretagem baixo para cima, • Pressão rigorosamente controlada e variável em função da natureza do terreno (0,5kg/cm² a 4kg/cm²) • Remoção dos Tubos com Macacos Hidráulicos ESTACAS RAIZ Principais utilizações: 1. Locais de difícil acesso torres de linha de transmissão (grande capacidade de carga à tração), permite um deslocamento rápido e econômico dos equipamentos entre as diversas torres, 2. Fundações em terrenos com antigas fundações Neste tipo de solo o uso de estacas tradicionais exige operações custosas e de sucesso duvidoso, Solução mais correta permite o atravessar com relativa facilidade estes obstáculos. ESTACAS RAIZ 09/09/2015 38 ESTACAS RAIZ 76 ESTACAS RAIZ - EXECUÇÃO 09/09/2015 39 77 ESTACAS RAIZ - EXECUÇÃO ESTACAS RAIZ 09/09/2015 40 ESTACAS RAIZ ESTACAS RAIZ 09/09/2015 41 ESTACAS RAIZ ESTACAS RAIZ 09/09/2015 42 ESTACA STRAUSS TIPOS DE FUNDAÇÕES NBR 6122/2010 Estaca executada por perfuração por meio de uma sonda ou piteira, com revestimento totalmente recuperável, realizando-se a concretagem pelo lançamento do concreto e retirando-se gradativamente a camisa metálica de revestimento, com simultâneo apiloamento do concreto 09/09/2015 43 ESTACAS STRAUSS • Perfuração (sonda ou piteira), • Colocação do tubo de revestimento recuperável (simultaneamente) lançamento do concreto, • Concretagem Apiloamento e retirada da tubulação (guincho manual ou mecânico). • Diâmetros de 0,25 a 0,62m. ESTACAS STRAUSS 09/09/2015 44 ESTACAS STRAUSS ESTACAS STRAUSS 09/09/2015 45 ESTACAS STRAUSS ESTACAS STRAUSS 09/09/2015 46 ESTACAS STRAUSS 92 ESTACAS STRAUSS 09/09/2015 47 ESTACAS STRAUSS ESTACAS STRAUSS 09/09/2015 48 ESTACA FRANKI Estacas Franki • NBR 6122/2010 – Estaca executada através da cravação de um tubo de aço com ponta fechada por meio de sucessivos golpes de um pilão sobre uma bucha seca de pedra e areia na extremidade inferior do tubo • É executada uma base, posicionada a armação e conforme o Concreto é lançado o tubo metálico é retirado • As estacas Franki podem ser executadas a grandes profundidades sem a restrição do lençol freático • Sua execução causa grande vibração no solo ESTACAS FRANKI 09/09/2015 49 • Sua execução consiste em cravar um tubo de revestimento com ponta fechada por meio de bucha e recuperado na fase de concretagem, • Capacidade de desenvolver elevada carga de trabalho para pequenos recalques. Pode ser executada abaixo do NA, • Diâmetros de 0,35 a 0,60m. ESTACAS FRANKI ESTACAS FRANKI 09/09/2015 50 ESTACAS FRANKI ESTACAS FRANKI 09/09/2015 51 ESTACAS FRANKI ESTACAS FRANKI 09/09/2015 52 ESTACAS FRANKI ESTACA ESCAVADA DE GRANDE DIÂMETRO 09/09/2015 53 • A Estaca escavada ou estacão é executada mecanicamente através de trados helicoidais disponíveis em diâmetros pequenos e grandes • É utilizada Lama betonítica ou polímeros durante o processo de Escavação da estaca e sua concretagem é realizada de baixo para cima com a utilização de um equipamento chamado tremonha • Deve ser executada por empresas especializadas ESTACA ESCAVADA DE GRANDE DIÂMETRO ESTACA ESCAVADA DE GRANDE DIÂMETRO • Diâmetro igual ou superior a 600mm, atingindo, em alguns casos, até o diâmetro de 3m, • Construções pesadas e estruturas com cargas concentradas muito elevadas construções civis e industriais. 09/09/2015 54 ESTACA ESCAVADA DE GRANDE DIÂMETRO ESTACA ESCAVADA DE GRANDE DIÂMETRO 09/09/2015 55 Perfuração • - Mesa rotativa que aciona uma haste telescópica que tem acoplada na sua extremidade inferior a ferramenta de perfuração, cujo tipo varia em função da natureza do terreno a perfurar: trado (auger), caçamba (bucket) ou coroa (coring crown), • - Penetração no solo por rotação, a ferramenta se preenche gradualmente e, quando cheia, a haste é levantada e a ferramenta é automaticamente esvaziada por força centrífuga, no caso do trado, ou por abertura do fundo, no caso da caçamba, ESTACA ESCAVADA DE GRANDE DIÂMETRO Perfuração Quando a escavação atinge horizontes abaixo do lençol freático, a perfuração é normalmente executada em presença de lama bentonítica, • Lama bentonítica, que tem a dupla função de garantir a estabilidade do furo (evitando a utilização do tubo de revestimento) e de manter em suspensão os detritos provenientes da desagregação do terreno. ESTACA ESCAVADA DE GRANDE DIÂMETRO 09/09/2015 56 Colocação da armadura Colocação da armadura, por meio de guindaste auxiliar ou com o próprio guindaste da perfuratriz, devendo a armadura ser reforçada com anéis de enrijecimento e dotada de "roletes" distanciadores para garantir o necessário recobrimento (normalmente = 5cm), Concretagem Submersa, de baixo para cima de modo contínuo e uniforme, • Aplicação de concreto por gravidade através de um tubo tremonha de alimentação (funil) cuja extremidade, durante a concretagem deve estar conveniente imersa no concreto, ESTACA ESCAVADA DE GRANDE DIÂMETRO Concretagem • Prossegue-se com o lançamento de concreto, devendo-se manter um fluxo constante e regular a fim de se obter uma concretagem adequada, com o concreto preenchendo o furo de baixo para cima, sem solução de continuidade, e garantindo a perfeita aderência do fuste da estaca ao terreno, • O concreto deve satisfazer as seguintes exigências:a) abatimento ou "slump-test" = 20 ± 2 cm; b) diâmetromáximo do agregado não superior a 10% do diâmetro do tubo de concretagem; c) fck >= 20 MPa;d) consumo de cimento não inferior a 400 kg/m³. ESTACA ESCAVADA DE GRANDE DIÂMETRO 09/09/2015 57 ESTACA ESCAVADA DE GRANDE DIÂMETRO ESTACA ESCAVADA (ROCHA) 09/09/2015 58 ESTACA ESCAVADA (ROCHA) ESTACA ESCAVADA (ROCHA) 09/09/2015 59 PAREDES DE DIAFRAMA / ESTACAS BARRETE FUNDAÇÕES PROFUNDAS TIPOS DE FUNDAÇÕES Estacas Barrete • As estacas barrete são escavadas através da utilização de equipamentos específicos e exige a execução de: – Mureta-guia antes do processo de Escavação – Lançamento de Lama betonítica ou polímeros para a Estabilização do solo – Posicionamento da Armadura – Concretagem da estaca • De baixo para cima com o auxílio de um equipamento conhecido como tremonha 09/09/2015 60 PAREDES DE DIAFRAGMA E ESTACAS BARRETE PAREDES DE DIAFRAGMA E ESTACAS BARRETE • A Parede moldada "in loco", ou diafragma contínuo, realiza no subsolo um muro vertical de concreto armado de espessura variável de 30 até 2,5m, apto a absorver cargas axiais, empuxos horizontais e momentos fletores, podendo alcançar e superar profundidades superiores a 50m, • Executada em painéis ou lamelas (sucessivos ou alternados), cuja continuidade é assegurada com o auxílio de um tubo ou chapa-junta, colocado após a escavação do painel e retirado logo após o início do endurecimento do concreto. • As técnicas executivas das paredes diafragma são substancialmente idênticas às das estacas escavadas. profundas. 09/09/2015 61 A difusão sempre crescente deste sistema no setor da construção pesada e residencial se deve principalmente às vantagens que proporciona: -facilidade em adaptar-se à geometria do projeto; - quase total ausência de vibração; -não causar sensíveis descompressões ou modificações no terreno, evitando assim, danos às estruturas existentes; - alcançar profundidades abaixo do nível da água; - a possibilidade dos vários painéis fazerem parte da estrutura permanente; - servir como contenção de escavações profundas. PAREDES DE DIAFRAGMA E ESTACAS BARRETE EMPREGO: 1) Fundações de obras de arte 2) Serviços proteção de obras ameaçadas pela erosão das águas, 3) Grandes obras hidráulicas (barragens em terra, escavações e presença de lençol freático, cortinas impermeáveis no leito dos rios, etc.), 4) Obras de canalização para regularização do leito dos rios contra as enchentes e a erosão, PAREDES DE DIAFRAGMA E ESTACAS BARRETE 09/09/2015 62 EMPREGO: 5) Construção de metrôs, embarque de túneis, passagens subterrâneas e de grandes escavações em centros urbanos, 6) Execução de subsolos para prédios, garagens subterrâneas, etc., funcionando seja como elemento estrutural, seja como septo impermeabilizante impedindo o fluxo de água 7) Grandes obras industriais para construção de poços, silos subterrâneos, 8) Execução de cais, PAREDES DE DIAFRAGMA E ESTACAS BARRETE Emprego: 9) Estacas barrete - As lamelas da parede diafragma podem ser usadas individualmente para resistirem a elevadas cargas verticais. Neste caso são geralmente denominadas de estacas barrete, 10) Parede diafragma plástica, formando um paramento "estanque" de "coulis", mistura de cimento, bentonita e água, em proporções que variam em função da permeabilidade desejada, formando uma barreira hidráulica, impedindo o fluxo d'água ou fluido indesejável. PAREDES DE DIAFRAGMA E ESTACAS BARRETE 09/09/2015 63 PAREDES DE DIAFRAGMA E ESTACAS BARRETE PAREDES DE DIAFRAGMA E ESTACAS BARRETE 09/09/2015 64 FUNDAÇÕES PROFUNDAS TIPOS DE FUNDAÇÕES Estacas Hélice Contínua • NBR 6122/2010 – Estaca de concreto moldada in loco, executada mediante a introdução no terreno, por rotação, de um trado helicoidal contínuo e injeção de concreto pela própria haste central do trado simultaneamente com a retirada do mesmo, sendo que a armação é colocada após a concretagem da estaca • As estacas tipo hélice são escavadas através de um Trado até atingir a Cota de fundo da estaca. Inicia-se a concretagem, controlando a retirada do trado de forma a manter a pressão positiva. Após a retirada total do trado e concretagem da estaca, é posicionada a armadura ESTACA HÉLICE CONTÍNUA 09/09/2015 65 • A utilização do sistema de HCM teve seu início na década de 50 nos Estados Unidos, utilizando diâmetros de 27,5 cm 30,0 cm e 40,0 cm • Posteriormente iniciou-se o uso na Alemanha na década de 70, de onde se espalhou para a da Europa e Japão, e a partir daí para todo o mundo (PENNA et al., 1999) • Até meados da década de 70, os equipamentos eram adaptados para a sua execução, a partir da década de 80 foi que teve início o uso de maquinário e equipamentos específicos para este uso (ALMEIDA NETO e KOCHEN, 2003) ESTACA HÉLICE CONTÍNUA • No Brasil, o seu uso foi iniciado em meados de 1987, sendo que foi a partir de 1993 que começou a ganhar mais espaço, com a importação de equipamentos específicos para a sua execução (ALMEIDA NETO e KOCHEN, 2003) • Hoje em dia já existe maquinário que permite a execução de estacas por este método com 1,40 m de diâmetro, e profundidade de até 42,00 m • Atualmente, o seu uso não se restringe a fundações de prédios e outras estruturas que transmitem cargas pontuais, ela também é bastante utilizada como forma de contenção na execução de paredes tangentes ou secantes ESTACA HÉLICE CONTÍNUA 09/09/2015 66 • A HCM é uma estaca de alta produtividade, que não produz ruído nem vibrações nas vizinhanças, aspecto muitas vezes crucial na escolha por este método executivo • Possui elevada capacidade de carga, proporciona grande controle da qualidade durante a sua execução • A presença de água não restringe o seu uso • O concreto é injetado sob pressão, e portanto, possui elevada resistência de atrito em comparação com estacas escavadas e podem ser executadas nos diversos tipos de solos ESTACA HÉLICE CONTÍNUA VANTAGENS • Redução do cronograma da obra; • Utilização em vários tipos de terrenos (exceto rochas e matacões); • Ausência de distúrbios e vibrações no terreno, típicos de equipamentos à percussão; • Ausência de descompressão do terreno e de detritos, provenientes do uso da lama bentonítica. ESTACA HÉLICE CONTÍNUA VANTAGENS 09/09/2015 67 RESTRIÇÕES ESTACA HÉLICE CONTÍNUA • Dificuldade de instalação de armaduras profundas • Ocorrência de alargamento ou estreitamento do fuste em solos de baixa resistência • Requer profissional treinado e habilitado para a operação da máquina perfuratriz • Produz material de descarte (solo que sai durante a execução) • Necessidade de um terreno plano e de fácil movimentação para os equipamentos, • Solicitação de uma central de concreto próxima à obra; da necessidade de pá-carregadeira para a limpeza e remoção do solo, extraído pela broca, • Exigência de uma quantidade mínima de estacas para a adequação dos custos de mobilização do equipamento, • Limitação do comprimento da estaca e armadura. ESTACA HÉLICE CONTÍNUA RESTRIÇÕES 09/09/2015 68 • Após a sua introdução no solo, até a cota especificada, o trado é extraído concomitantemente à injeção do concreto através do tubo vazado, • À medida que o trado vai sendo retirado, o solo confinado entre as pás da hélice é removido, • O concreto utilizado é caracterizadopela mistura de agregados (pedrisco e areia), o consumo mínimo de cimento é da ordem de 400kg/m3; o abatimento deve ser da ordem de 240mm. ESTACA HÉLICE CONTÍNUA ESTACA HÉLICE CONTÍNUA EQUIPAMENTOS, ACESSÓRIOS E FERRAMENTAS NECESSÁRIAS À EXECUÇÃO DAS ESTACAS HCM • De acordo com o “Manual de Execução de Fundações e Geotecnia: práticas recomendadas” da Associação Brasileira de Empresas de Engenharia de Fundações e Geotecnia (ABEF, 2012) • Máquina Perfuratriz contendo: – Torre metálica dotada de guia nas extremidades, sendo a guia inferior o centralizador e limpador do trado e a guia superior a mesa rotativa. • Motor com potência para as seguintes capacidades de torque e arranque 09/09/2015 69 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA EQUIPAMENTOS, ACESSÓRIOS E FERRAMENTAS NECESSÁRIAS À EXECUÇÃO DAS ESTACAS HCM Torque (kNm) Arranque (kN) Diâmetro das estacas (cm) Profundidade das estacas 130 380 30 --- 80 até 18 m 200 600 30 --- 100 até 27 m 225 800 30 --- 120 até 29 m 280 880 30 --- 120 até 29 m 545 1000 30 --- 140 > 29 m ESTACA HÉLICE CONTÍNUA EQUIPAMENTOS, ACESSÓRIOS E FERRAMENTAS NECESSÁRIAS À EXECUÇÃO DAS ESTACAS HCM • Mesa rotativa para a aplicação do torque. • Guincho responsável pelo arranque do trado. • Trado contínuo dotado de haste tubular solidarizada em hélices metálicas, e na ponta uma tampa recuperável. Admite-se a utilização de prolongamento liso metálico de até 8,00 m, a depender das condições do solo. O diâmetro da haste central deverá ser de acordo com a Tabela: Diâmetro da Haste Diâmetro das estacas 100 mm até 700 mm 125 mm demais estacas 09/09/2015 70 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA EQUIPAMENTOS, ACESSÓRIOS E FERRAMENTAS NECESSÁRIAS À EXECUÇÃO DAS ESTACAS HCM • Bomba de injeção de concreto • Mangotes para bombeamento de diâmetro maior ou igual ao da haste central • Pá Carregadeira • Computador de bordo com memória e sensores desenvolvidos especificamente para este tipo de execução Capacidade de Bombeamento Diâmetro Máximo das Estacas 20 m3/h 50 cm 40 m3/h demais diâmetros ESTACA HÉLICE CONTÍNUA OBSERVAÇÕES • A Inserção da Armadura poderá ser realizada por gravidade, compressão de um pilão ou vibração. Esta última forma é a mais eficiente, porém mais cara e ainda pouco usada no Brasil • Mesmo que inexistam forças de tração na estaca, é recomendável que se adote um mínimo de 4,0 metros de armadura, com o intuito de se garantir ligação firme do bloco de coroamento com a estaca e protegê-la contra a ação das batidas ocasionadas por movimentações dos equipamentos de limpeza (retroescavadeira e pá carregadeira) (Penna et al., 1999) 09/09/2015 71 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA OBSERVAÇÕES • Os aços especificados deverão ser com a bitola mais grossa possível e terem os seus estribos soldados, de forma a garantir maior rigidez e aumentar o seu peso • Sabe-se que o concreto não pode demorar para receber a armadura, sob pena de má qualidade na sua execução, ou simplesmente impossibilidade de inserção da mesma na massa de concreto fresco • Profundidade de até 12 m pode-se utilizar o método executivo de inserção por gravidade, porém, para as armadura especificadas com até 19 metros de profundidade, deverá ser utilizado um pilão ou vibração. ESTACA HÉLICE CONTÍNUA ARRASAMENTO 09/09/2015 72 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA ARRASAMENTO ESTACA HÉLICE CONTÍNUA ARRASAMENTO 09/09/2015 73 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA ESTACA HÉLICE CONTÍNUA 09/09/2015 74 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA • Ao final da execução de uma estaca, o sistema gera um relatório no qual contém dados como: – Profundidade, com precisão de 1 cm – Tempo de execução das operações – Inclinação da torre – Velocidade de penetração do trado – Velocidade de rotação do trado – Velocidade de retirada do trado – Torque aplicado – Volume de concreto lançado – Pressão do concreto – Valor do sobreconsumo de concreto – Variação da seção ao longo da profundidade ESTACA HÉLICE CONTÍNUA • FALHAS NO MONITORAMENTO • Apesar de possibilitar a obtenção de dados bastante úteis no acompanhamento dos serviços, Almeida Neto (2002) alerta que não raramente acontecem erros de dados fornecidos por este processo, dos quais pode-se destacar: – Falta de calibração dos sensores utilizados – Danos nos sensores (sensor quebrado) – Bombas sem manutenção, o que ocasiona erros de medida de volume – Defeito nos cabos de transmissão de dados 09/09/2015 75 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA • Kormann et al. (2000) analisou duas estacas com pressões de injeção de concreto diferentes e identificou que: – O sistema de monitoramento delas indicava que havia sobreconsumo da ordem de 50%, porém, na inspeção visual realizada até 3,2 m de profundidade foi constatado que as estacas estavam na verdade com os seus diâmetros nominais ligeiramente inferiores ao previsto (da ordem de 1,5 cm), o que sugere a ocorrência de erro no sistema de monitoramento. ESTACA HÉLICE CONTÍNUA 09/09/2015 76 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA CASO DE OBRA COM HCM ESTACA HÉLICE CONTÍNUA CASO DE OBRA COM HCM 09/09/2015 77 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA • Cargas e Momentos – As tensões verticais descarregadas pelos pilares são bastante variadas, indo desde 8,50 tf no pilar 83 (15 x 30 cm) até 967,00 tf no pilar 49 (60 x 110 cm), sendo que a maior concentração destas tensões se localiza aproximadamente no centro da torre – Os momentos fletores aplicados nos pilares variam de 0,50 tf.m em diversos pilares a 77,50 tf.m no pilar 48 (60 x 110 cm). – A ocorrência de grandes momentos fletores nas estacas se dá principalmente devido à grande superfície de incidência do vento na estrutura, em especial aos ventos oriundos do mar (leste-oeste), onde ele incide com mais intensidade e a área de superfície do contato do prédio com o vento é maior – Os esforços cortantes nos pilares, oriundos do vento, variam entre 0,5 tf até 22,5 tf no pilar 35 (50 x 90 cm) CASO DE OBRA COM HCM ESTACA HÉLICE CONTÍNUA • A fundação possui 241 estacas e 71 blocos, formando um volume total de concreto de 4.192,40 m3, sendo as estacas responsáveis por 72% e os blocos 28% deste montante. A figura 5.15 mostra o quantitativo de estacas em função do seu diâmetro, bem como o comprimento adotado para cada uma delas • Na região central da torre, local de concentração das maiores tensões observadas, foram adotados blocos de grandes dimensões, a exemplo do bloco 20, que engloba 24 estacas de 1,20 m e é responsável por suportar e transferir para o solo de fundação mais de cinco mil toneladas oriundas da superestrutura. CASO DE OBRA COM HCM 09/09/2015 78 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA CASO DE OBRA COM HCM ESTACA HÉLICE CONTÍNUA • Roletes • Estribos soldados às armaduras longitudinais; • Barras em formato de “X” soldadas em alguns postos do corpo da armadura (figura 5.19); CASO DE OBRA COM HCM 09/09/2015 79 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA Afunilamento na ponta da armadura CASO DE OBRA COM HCM ESTACA HÉLICE CONTÍNUA • Utilização de concreto auto-adensável com slump de 26 ± 2, e adição de sílica ativa para combater a exsudação • Para a inserção da armadura, foi especificada a utilização de um pilão de 3 ton acoplado a um guindaste para içamento CASO DE OBRA COM HCM 09/09/2015 80 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA • Equipamentos utilizados na execução das estacas - P-150-TT da Llamada CASO DE OBRA COM HCM • Quebra da Hélice ESTACA HÉLICE CONTÍNUA• Especificações Técnicas - P-150-TT da Llamada CASO DE OBRA COM HCM Torque (KN.m) 333 Arranque (KN) 1000 Diâmetro da Haste (mm) 125 Peso total montado (ton) 90 Pressão sobre o solo (Kg/cm2) 0,9 09/09/2015 81 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA • Utilização ponteiras de wídia para ajudar na escavação do solo CASO DE OBRA COM HCM ESTACA HÉLICE CONTÍNUA • Guindaste para transporte das armaduras CASO DE OBRA COM HCM 09/09/2015 82 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA • Utilização do braço mecânico da retroescavadeira para ajudar na colocação da armadura CASO DE OBRA COM HCM • Após o término da concretagem dá-se início à introdução da armadura. Primeiramente ela entra somente por gravidade ESTACA HÉLICE CONTÍNUA CASO DE OBRA COM HCM – Sequência Executiva 09/09/2015 83 • Depois, utiliza-se o pilão como peso extra para possibilitar a sua entrada , e finalmente, nos últimos metros, se necessário, utiliza-se o próprio trado da máquina inserir o restante da armadura. ESTACA HÉLICE CONTÍNUA CASO DE OBRA COM HCM – Sequência Executiva • Problemas na introdução da armadura ESTACA HÉLICE CONTÍNUA CASO DE OBRA COM HCM – Problemas observados Na obra Falta de prumo na entrada da armadura 09/09/2015 84 • Problemas na introdução da armadura ESTACA HÉLICE CONTÍNUA CASO DE OBRA COM HCM – Problemas observados Na obra Grande distância entre o pilão de 3 ton e a cabeça armadura, impossibilitando a sua utilização, já que quando se “soltava” a armadura para utilizar o peso do pilão, a mesma flambava. Este problema foi corrigido com a adoção de pequenos comprimentos da corda que prende a armadura ao pilão • Problemas na introdução da armadura ESTACA HÉLICE CONTÍNUA CASO DE OBRA COM HCM – Problemas observados Na obra 09/09/2015 85 • Problemas na estabilidade da máquina perfuratriz ESTACA HÉLICE CONTÍNUA CASO DE OBRA COM HCM – Problemas observados Na obra Desnivelamento da máquina perfuratriz • Problemas na estabilidade da máquina perfuratriz ESTACA HÉLICE CONTÍNUA CASO DE OBRA COM HCM – Problemas observados Na obra Afundamento do “pé” de apoio frontal 09/09/2015 86 • Problemas na estabilidade da máquina perfuratriz • Em uma tentativa de execução de uma estaca de 120 cm, na etapa de perfuração, aconteceu a quebra do trado metálico na luva de acoplamento na mesa giratória • Esta quebra aconteceu devido ao desnivelamento gradativo da máquina perfuratriz na etapa de perfuração, o que ocasionou uma força horizontal sobre o trado, que já estava parcialmente dentro da massa de solo, e não suportou, quebrando no ponto de menor resistência. ESTACA HÉLICE CONTÍNUA CASO DE OBRA COM HCM – Problemas observados Na obra • Problemas na estabilidade da máquina perfuratriz – QUEBRA DO TRADO DA HCM ESTACA HÉLICE CONTÍNUA CASO DE OBRA COM HCM – Problemas observados Na obra 09/09/2015 87 • Entupimento da haste de concretagem • Grande volume de solo mole que sai após a execução ESTACA HÉLICE CONTÍNUA CASO DE OBRA COM HCM – Problemas observados Na obra ESTACA HÉLICE CONTÍNUA 09/09/2015 88 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA ESTACA HÉLICE CONTÍNUA 09/09/2015 89 ESTACA HÉLICE CONTÍNUA ESTACA HÉLICE SEGMENTADA 09/09/2015 90 • Similar a estaca tipo hélice contínua a estaca hélice segmentada é uma estaca moldada “in loco”, caracterizada pela escavação do solo através de segmentos de trado acopláveis, dispostos na própria perfuratriz em um sistema mecânico, denominado alimentador de hélices – Os trados ou hélices possuem um tubo central vazado e em sua face inferior uma tampa metálica recuperável para evitar a entrada de solo no tubo durante a perfuração do solo. Atingida a profundidade prevista as hélices são extraídas do terreno uma a uma, desacopladas e acondicionadas no alimentador de hélices. – Para este processo o sistema de bombeamento do concreto é interrompido pelo mesmo número de vezes da quantidade de segmentos de hélices utilizados na perfuração. ESTACA HÉLICE SEGMENTADA • A primeira perfuratriz surgiu em 2002, idealizada pelo Eng.º Paulo Sérgio Augustini, fundador da empresa Engestrauss Engenharia e Fundações Ltda. e construída pela empresa EGTECHNOLOGY na Itália • A perfuratriz, com capacidade de torque de 30 kN.m, pode executar estacas de até 18 m de comprimento, com diâmetros de 25, 30 e 35 cm, em solos coesivos com SPT da ordem de 25 golpes, e não coesivos, até 40 golpes • Sua dimensão e peso é muito inferior aos equipamentos de estaca hélice contínua convencional, medindo 2 m de largura, 8 m de comprimento, 10 m de altura e pesando 20.000 kg ESTACA HÉLICE SEGMENTADA 09/09/2015 91 • Em 2007 o mercado já recebia equipamentos de fabricação nacional, com torque de 55 kN.m, podendo executar estacas de até 50 cm de diâmetro e 18 m de comprimento munidos de um sistema de força axial “pull-down / pull-up de 20 kN.m, possibilitando de atravessar solos coesivos com SPT acima de 40 golpes. ESTACA HÉLICE SEGMENTADA ESTACA HÉLICE SEGMENTADA 09/09/2015 92 ESTACA HÉLICE SEGMENTADA ESTACA HÉLICE SEGMENTADA 09/09/2015 93 ESTACA HÉLICE SEGMENTADA ESTACA HÉLICE SEGMENTADA Equipamento MD 3000 – Alimentação das hélices com o guincho auxiliar (ENGESTRAUSS, 2002). 09/09/2015 94 ESTACA HÉLICE SEGMENTADA Equipamento MD 3000 – Alimentador automático de trados (ENGESTRAUSS, 2004). A produtividade de um equipamento de estacas hélice segmentada pode variar em torno de 200 m por dia dependendo do diâmetro da hélice, da profundidade da estaca, das características e resistência do terreno e do torque do equipamento utilizado ESTACA ÔMEGA OU HÉLICE DE DESLOCAMENTO 09/09/2015 95 FUNDAÇÕES PROFUNDAS TIPOS DE FUNDAÇÕES Estacas Hélice de Deslocamento • NBR 6122/2010 • Estaca constituída por concreto moldado in loco, executada por meio de trado especial que extrai apenas parcialmente o solo perfurado – Estaca de concreto moldada in loco que consiste na introdução de um trado apropriado no terreno, por rotação, sem que haja retirada de material, o que ocasiona um deslocamento do solo junto ao fuste e à ponta – A injeção de concreto é feita pelo interior do tubo central em torno do qual estão colocadas as aletas do trado simultaneamente a sua retirada por rotação FUNDAÇÕES PROFUNDAS TIPOS DE FUNDAÇÕES Estacas Ômega - HD – O princípio da estaca Ômega é baseado na forma do trado de perfuração, com o diâmetro e passo da hélice espiral aumentados progressivamente, de forma a utilizar a mínima energia necessária (torque), para deslocar e compactar lateralmente o terreno – Os diâmetros do trado ômega disponíveis iniciam com 270mm a 470mm, com incrementos no diâmetro de 50mm. Não há nenhuma limitação teórica para os diâmetros do trado ômega, contanto que, haja quantidade de energia disponível (torque) para cravar o trado no terreno 09/09/2015 96 ESTACA DE ÚLTIMA GERAÇÃO, CONSIDERADAS COMO DE DESLOCAMENTO • Processo melhora teoricamente a resistência por atrito lateral, • Cabeça é cravada por rotação. ESTACA HÉLICE TIPO ÔMEGA ou HD ESTACA HÉLICE TIPO ÔMEGA ou HD 09/09/2015 97 • Vantagens: a) Tensão de trabalho média no concreto de 6MPa, com uma menor relação carga x diâmetro, com consequente redução no volume de concreto, b) Menor sobreconsumo de concreto, devido à compactação do terreno, c) Ausência de material escavado, d) Maior agilidade na mudança de diâmetro, onde só o elemento como trado é trocado, • Sucesso da estaca ômega está diretamente ligado ao tipo de equipamento utilizado, sendo necessário o uso de máquinas de torque elevado. ESTACA HÉLICE TIPO ÔMEGA ou HD ESTACAS PRENSADAS MEGA (REFORÇO) 09/09/2015 98 FUNDAÇÕES PROFUNDAS TIPOS DE FUNDAÇÕES Estacas Mega • O sistema de fundações conhecido como ESTACA MEGA é constituído pela ligação de elementos por emenda especial e cravados através da utilização de macacos hidráulicos que são retirados após a execução do Bloco sobre a extremidade da estaca para a concretagem e solidarização de todo o conjunto • Normalmente são adotadas para a execução de reforço em fundações existentes, mas podem viabilizar a construção de Estrutura de Concreto antes das fundações ESTACAS PRENSADAS – MEGA (REFORÇO) • Instalação de pequenos elementos superpostos de estacas; • Podem ser compostos por peças de concreto armado vazadas ou perfis metálicos; • São cravados através do emprego de macaco hidráulico que reage contra uma cargueira, contra a estrutura ou contra a fundação já existente; • Também conhecidas pelo nome de Estacas Mega. 09/09/2015 99 • As estacas de concreto são produzidas vazadas em seu eixo longitudinal, com o intuito de serem preenchidas com concreto e armaduras após a instalação; • Visa dar continuidade entre os segmentos, entretanto é mais comum utilizar-se segmentos sem preenchimento; • Possuem encaixes, que possibilitam melhor comportamento no instante da cravação e frente a solicitações horizontais. ESTACAS PRENSADAS – MEGA (REFORÇO) ESTACAS PRENSADAS METÁLICAS • Estacas de reação, constituídas de segmentos metálicos tubulares de pequeno diâmetro (da ordem de 60 a 76 mm), • As estacas são de aço galvanizado, com recobrimento plástico e preenchido posteriormente com argamassa de cimento e areia, • Utilizam-se também sucatas de tubos utilizados para extração de petróleo. Estes tubos possuem parede grossa e grande resistência à cravação. 09/09/2015 100 ESTACAS PRENSADAS METÁLICAS ESTACA METÁLICAS HELICOIDAIS 09/09/2015 101 ESTACAS METÁLICAS HELICOIDAIS 1 14:18 ESTACAS METÁLICAS HELICOIDAIS 09/09/2015 102 3 14:18 ESTACAS METÁLICAS HELICOIDAIS 3 14:18 ESTACAS METÁLICAS HELICOIDAIS 09/09/2015 103 ACESSÓRIOS 14:18 ESTACAS METÁLICAS HELICOIDAIS VANTAGENS • Emprego: • resistência à tração e compressão, • sem concreto e bota-fora, • nível d’água, • carregamento imediato, • instalação rápida, • correlação com torque, • terrenos de difícil acesso. 4 14:18 ESTACAS METÁLICAS HELICOIDAIS 09/09/2015 104 TORRES EXEMPLOS DE APLICAÇÃO ESTACAS METÁLICAS HELICOIDAIS TORRES EXEMPLOS DE APLICAÇÃO ESTACAS METÁLICAS HELICOIDAIS 09/09/2015 105 ESTRUTURAS SOBRE ÁGUA TUBULAÇÃO ESTACAS METÁLICAS HELICOIDAIS Reforço de Fundação Fundação de Equipamentos ESTACAS METÁLICAS HELICOIDAIS 09/09/2015 106 ESFORÇO LATERAL EM ESTACAS • Empuxo lateral atuante nas estacas, resultado de solicitações assimétricas – Tem este nome em função do autor que estudou o efeito com mais profundidade e propôs uma metodologia de cálculo. – O fato de exigir carregamento assimétrico para a sua ocorrência, explica porque ele ocorre em estacas de encontros de pontes e silos – Este efeito também ocorre em situações prediais, e a sua não observância pode ocasionar acidentes, como o afundamento que ocorreu no prédio Anêmona, em Santos • Causa do rompimento de estacas devido a carregamentos laterais não previstos, oriundos do efeito supracitado EFEITO TSCHEBOTARIOFF 09/09/2015 107 TOMBAMENTO DE EDIFÍCIO EM XANGAI – CHINA (2009) ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO 09/09/2015 108 • O imóvel tal como foi construído • Escavação de uma "trincheira" de 4,60 m - Garagem subterrânea no lado sul • Bota-Fora - Lançado ao norte numa altura de 10 m • Diferença de carga de 3000 toneladas entre o lado sul e o lado norte • Essa diferença foi além do que a fundação poderia suportar ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO 09/09/2015 109 • Fortes chuvas provocaram infiltrações no solo - Redução da Resistência do Solo - Aumento do peso da massa de solo (Condição saturada) - Erosão nos taludes de corte ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO • Movimento translacional do edifício • Ruptura de fundação • Inclinação e tombamento do Edifício ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO 09/09/2015 110 “ASSIM NASCEU A OITAVA MARAVILHA DO MUNDO!” ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO Se todos os imóveis previstos tivessem sido concluídos juntos, haveria um efeito dominó... Si tous les immeubles prévus avaient été terminé ensemble cela aurait eu un effet dominó… ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO 09/09/2015 111 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO 09/09/2015 112 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO 09/09/2015 113 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO 09/09/2015 114 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO 09/09/2015 115 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO 09/09/2015 116 EFEITO TSCHEBOTARIOFF EFEITO TSCHEBOTARIOFF 09/09/2015 117 EFEITO TSCHEBOTARIOFF EFEITO TSCHEBOTARIOFF 09/09/2015 118 EFEITO TSCHEBOTARIOFF EFEITO TSCHEBOTARIOFF 09/09/2015 119 PATOLOGIAS EM ESTACAS Geomec (2011) Geomec (2011) PATOLOGIAS EM ESTACAS • PROBLEMAS DE INTEGRIDADE • O alargamento do fuste é gerado por uma alta pressão de injeção de concreto aliada a um solo de baixa resistência e baixa velocidade de retirada do trado, podendo inclusive ocorrer o rompimento do solo. Em geral o alargamento não proporciona nenhum problema estrutural à estaca além do econômico (alto consumo de concreto). 09/09/2015 120 PATOLOGIAS EM ESTACAS • PROBLEMAS DE INTEGRIDADE PATOLOGIAS EM ESTACAS • PROBLEMAS DE INTEGRIDADE Klingmüller e Kirsch (2004). 09/09/2015 121 PATOLOGIAS EM ESTACAS • PROBLEMAS DE INTEGRIDADE Klingmüller e Kirsch (2004) Estacas Cravadas Estacas Escavadas Estacas Hélice-Contínua e Ômega PATOLOGIAS EM ESTACAS • PROBLEMAS DE INTEGRIDADE • Milititsky et al. (2008) alerta ainda para o problema de execução de estacas próximas a outras recém-concretadas, pois, em solos instáveis e pouco resistentes, como os solos moles, poderá ocorrer alteração no fuste da estaca e afundamento no topo da mesma • Recomenda-se que somente seja executada uma estaca, depois que todas, a um raio mínimo de 5 diâmetros já tenham sido concretadas há pelo menos 12 horas (GEOFIX, 2012)
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