estacas pré-moldadas

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Trabalho de Mecânica dos Solos e Fundações
ESTACA
PRÉ-MOLDADA
DE CONCRETO
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São Paulo
24 de maio de 2017
O que são Estacas?
Estacas são importantes e comuns elementos de fundação utilizados para transmitir as cargas atuantes na superfície a uma certa profundidade do solo. São utilizadas em obras tanto de pequeno porte (onde temos as chamadas "brocas") como as de grande porte. São fundações profundas nas quais as cargas podem ser sustentadas pelo atrito lateral e pela base, só pelo atrito lateral ou só pela base. Alguns tipos de materiais usados são: madeira, aço e concreto.
O tipo de estaca que vamos abordar aqui é a estaca pré-moldada de concreto.
ESTACA PRÉ-MOLDADA DE CONCRETO
As estacas pré-moldadas de concreto podem ser constituídas de concreto armado maciço ou vazado e se caracterizam por serem cravadas no terreno por percussão, prensagem ou vibração e fazem parte do grupo denominado “Estacas de Deslocamento“. A escolha do equipamento deve ser feita de acordo com o tipo e dimensão da estaca, características do solo, condições de vizinhança, características de projeto e peculiaridades do local.
Dependendo do tipo de terreno, as estacas pré-moldadas podem ser constituídas por um único tipo de elemento estrutural ou associação de dois elementos (concreto e madeira; concreto e metálica; concreto e estaca tipo raiz).
O sistema de cravação deve estar sempre bem ajustado e com todas as suas partes constituintes, tanto estruturais quanto acessórias, em perfeito estado, a fim de evitar quaisquer danos às estacas durante a cravação, e deve ser dimensionado de modo a levar a estaca até a profundidade prevista sem danificá-la. Para essa finalidade, o uso de martelos mais pesados e com menor altura de queda é mais eficiente do que o uso de martelos mais leves e com grande altura de queda.
INDICAÇÃO E NÃO INDICAÇÃO PARA ESTACA PRÉ-MOLDADA
As Estacas pré-moldadas são indicadas para transpor camadas extensas de solo mole e em terrenos onde o plano de fundação está a uma profundidade homogênea, sem restrição ao seu uso abaixo do lençol freático
As estacas pré-moldadas de concreto armado são a opção mais indicada para terrenos com a presença de água e com possibilidade de desmoronamento. Sua capacidade de carga é dada pelo atrito lateral gerado pelo esforço de cravação e pela resistência de ponta, quando esta alcança solo compacto duro.
Se a capacidade de carga da estaca for proveniente somente de atrito lateral, então ela é chamada de estaca flutuante. Estas estacas têm cargas nominais entre 180 a 1150 kN.
As estacas podem quebrar durante a cravação, quando encontram uma camada de solo muito resistente, matacões ou rocha. 
TIPOLOGIAS:
1. Tipologias e características
As estacas pré-fabricadas de concreto armado têm diferentes tipologias, percebidas em seu corte transversal. Podem ser maciças ou vazadas e, em relação ao formato, podem ser quadradas, circulares, hexagonais, octogonais ou estrela. As mais comuns são as quadradas, as circulares e as hexagonais. As estacas devem ser armadas transversalmente (estribagem) ao longo de todo o seu comprimento, e nas duas extremidades devem ser feitos reforços da armação.
2. Especificação e dimensionamento 
Para o dimensionamento das estacas devem ser levantados primeiramente dados como comprimento, limite de fissuração, resistência do concreto à compressão e à tração, resistências características do aço para estacas armadas ou protendidas, entre outros. No cálculo, a carga estrutural admissível deve ser determinada aplicando-se o conceito de coeficientes parciais de segurança e as resistências do aço e do concreto minoradas. Deve ser aplicado à resistência característica do concreto (fck = 35 MPa) um fator redutor de 0,85. Com isso, leva-se em conta a diferença entre os resultados de ensaios rápidos de laboratório e a resistência sob a ação de cargas de longa duração.
3. Cravação 
A cravação das estacas é normalmente feita pelo processo de percussão, com martelos de queda livre. A relação entre o peso do pilão e o peso da estaca (Pp/Pe) deve ser a maior possível, com valor mínimo recomendável de 0,7. Entre o martelo e a cabeça das estacas é instalado um capacete metálico com um “cepo” de madeira dura. Na parte interna do capacete, deve haver um “coxim”, feito com uma chapa circular de madeira compensada com diâmetro igual ao da estaca a ser cravada. Na cravação em si, o bate-estacas é posicionado no piquete indicador do centro da estaca a ser cravada. A torre do equipamento é aprumada e, com um cabo auxiliar de manobras, a estaca é posicionada nessa torre, com a base assentada sobre o local adequado no solo. Em seguida, o martelo juntamente do capacete é descido até seu encaixe na cabeça da estaca. Por fim, é executada a cravação. Durante os golpes de cravação, é feito o controle da capacidade de carga das estacas cravadas por meio de sinas do deslocamento máximo (nega e repique elástico).
4. Emendas
A execução de fundações profundas pode requerer emendas nas estacas, as quais devem ter desempenho igual ou superior aos segmentos emendados. A norma de execução em vigor (NBR 6122) cita dois tipos de solução: emenda com luva de encaixe e emenda através de solda – segundo a norma, a solda é preferível. Existem, porém, outros tipos de emenda pouco usadas no Brasil, como a mecânica e as de cunha ou pino de encaixe.
As Fundações em Estacas Pré-moldadas de Concreto, de larga utilização na Construção Civil são, no entanto, sub-aproveitadas, devido às limitações na interação estaca-solo, fruto da difícil cravabilidade. Tem prevalecido a reação do terreno sem atingir-se o limite de carga do elemento estrutural, não obstante o desenvolvimento de tecnologias de preparo do concreto que permitem alcançar-se resistências, cada vez mais, significativamente maiores.
Frente a este desafio, e na tentativa de aproveitamento máximo do material, partiu-se do seguinte fato geométrico: Dado um quadrado (seção comum das estacas) e a partir dos seus quatro vértices extrair quadrados menores, a área da figura é reduzida, porém o seu perímetro é mantido
Este raciocínio traz a otimização da relação perímetro X área da seção, obtendo acréscimo na reação por atrito do solo e economicidade, bem como sensível melhora na citada cravabilidade da estaca, pelo fato do perfil resultante, penetrante, deslocar menores volumes de solo na sua instalação, do que elementos de mesmo diâmetro circunscrito.
A Estacas Pré-moldadas em formato Estrela representa uma resposta técnica à necessidade de melhorar-se a performance dos pré-fabricados de concreto na engenharia de fundações.
DIMENSÕES UTILIZADAS:
As estacas de concreto podem ser confeccionadas com concreto adensado por centrifugação, ou vibração. Os perfis se apresentam nas mais variadas configurações, e podem ter as dimensões desde 15×15 cm até 42×42cm, de 3 a 12 metros de comprimento.
CAPACIDADE DE CARGA:
Propriedades de concreto: 
fck – 40 MPa
fctk,inf – 2,2 MPa
γc = 1,3
γf = 1,4
Observações
As Cargas indicadas referem-se às dos elementos estruturais calculadas de acordo com a NBR 6118 – Projeto de estruturas de concreto – Procedimento – e com a NBR 9062 – Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado, da ABNT, sendo que a capacidade de carga do elemento de fundação deverá ser verificada à luz do item 9.2.2 da NBR 6122 – Projeto e execução de fundações.
Estacas com cargas admissíveis maiores que as especificadas são fabricadas sob encomenda.
Comprimentos de 04 a 10m nas medidas pares. Demais sob consulta.
CUSTOS:
Ainda segundo os procedimentos do DER-SP, as estacas são pagas conforme os preços unitários contratuais (incluindo transporte, materiais, perdas, mão de obra com encargos sociais, BDI e equipamentos necessários aos serviços, além de outros recursos utilizados na execução dos serviços). Os blocos de coroamento devem ser medidos e pagos à parte das estacas.
FABRICADAS NO CANTEIRO DEOBRA:
 Diminuição dos custos de transportes e impostos
 Eliminação das trincas provenientes do transporte
 Controle de Qualidade feito no próprio local da cravação 
FABRICADAS SOB ENCOMENDA:
 Transporte e impostos mais caros. 
 Armações especificas para momentos fletores e esforços horizontais de projeto
 Comprimentos exatamente de acordo com as características geométricas da obra, evitando sobras acima da cota de arrasamento prevista. 
VANTAGENS / DESVANTAGENS:
Vantagens: 
Têm boa capacidade de carga e boa resistência de esforços de flexão e cisalhamento. 
Por serem produzidas em fábricas apropriadas tem uma boa qualidade do concreto e é controlada e fiscalizada por laboratórios
Facilidade de execução em terrenos que apresentam elevado nível de lençol freático.
Melhor desempenho na execução ao se atravessar camadas de solos moles, com baixa resistência, suscetíveis ao desmoronamento das paredes do furo (no caso das estacas escavadas)
Proporcionam ao final da execução do serviço, uma obra limpa, ou seja, sem resíduos provenientes de escavações, movimentação de grandes equipamentos, etc.
Perímetro e atrito maiores
Desvantagens: 
Alto peso próprio, por serem de concreto armado ou protendido.
Seção de comprimento limitada (por causa do peso, o que dificulta o transporte)
Cortes e Emendas são de difíceis execuções.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Inter Estruturas – Estacas pré fabricadas de concreto. Disponível em: <http://www.interestruturas.com.br/artigo/estacas-pre-fabricadas-de-concreto> Acesso em 19/05/2017.
Foá – Engenharia e pré-fabricados. – Estacas Pré-moldadas. Disponível em: <http://foa.com.br/produtos/estacas-pre-moldadas/> Acesso em 19/05/2017.
Blog Construir – Tipos de Fundação: Estaca pré-moldada de concreto. Disponível em: <http://blog.construir.arq.br/estacas-pre-moldadas-concreto/> Acesso em 19/05/2017.