EXECUÇÃO DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS PARTE 2

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EXECUÇÃO DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS 
 
ESTACAS MOLDADAS "IN LOCO" 
 
ESTACAS TIPO HÉLICE CONTÍNUA 
 
INTRODUÇÃO 
 
A estaca Hélice-Continua é uma estaca de concreto moldada "in loco", 
executada por meio de trado contínuo e injeção de concreto, sob pressão 
controlada, através da haste central do trado simultaneamente a sua retirada 
do terreno. 
 
METODOLOGIA EXECUTIVA 
 
As fases de execução da estaca Hélice Continua são: perfuração, concretagem 
simultânea à extração da hélice do terreno e colocação da armação, conforme 
esquema apresentado na figura abaixo. 
 
Figura - Sequência executiva 
PERFURAÇÃO 
 
A perfuração consiste em cravar a hélice no terreno, até a profundidade 
determinada em projeto, por meio de uma mesa rotativa colocada no seu topo, 
que aplica um torque apropriado para vencer a resistência do terreno. 
A haste de perfuração é composta por uma hélice espiral desenvolvida em 
torno de um tubo central, equipada com dentes na extremidade inferior que 
possibilitam a sua penetração no terreno. Em terrenos mais resistentes esses 
dentes podem ser substituídos por pontas de vídia. 
A entrada de solo no tubo central durante a perfuração é impedida por uma 
tampa de proteção colocada na sua extremidade, geralmente recuperável, que 
é expulsa pelo concreto no início da concretagem. 
Na fase de perfuração, a única força vertical atuante é o peso próprio da hélice 
com o solo nela contido. O avanço é sempre inferior a um passo por volta e a 
relação entre o avanço e a rotação decresce ao aumentarem as características 
mecânicas do terreno. 
A perfuração é uma operação contínua, sem a retirada da hélice do terreno, 
para garantir a principal característica da estaca hélice contínua que é a de não 
permitir alívio significativo do terreno tomando possível a sua execução tanto 
em solos coesivos como arenosos, na presença ou não do lençol freático. 
A produtividade pode variar de 150 m a 400 m por dia dependendo do diâmetro 
da hélice, da profundidade da estaca, do tipo e resistência do terreno e do 
torque do equipamento utilizado. 
 
 
CONCRETAGEM 
 
Alcançada a profundidade desejada, o concreto é bombeado através do tubo 
central, preenchendo simultaneamente a cavidade deixada pela hélice que é 
extraída do terreno sem girar ou, no caso de terrenos arenosos, girando-se 
lentamente no mesmo sentido da perfuração. 
Na fase de concretagem, a velocidade de extração da hélice está diretamente 
relacionada com a pressão e o sobreconsumo de concreto, de forma que não 
haja vazios entre a retirada da hélice do terreno e o seu preenchimento com 
concreto, evitando-se possíveis estrangulamentos ou seccionamentos do fuste 
da estaca. 
Durante a extração da hélice, a limpeza do solo contido nas lâminas pode ser 
feita manualmente ou por limpador de acionamento hidráulico acoplado ao 
equipamento. O solo decorrente dessa limpeza é removido com auxilio de uma 
pá carregadeira. 
O concreto normalmente utilizado apresenta resistência característica fck 20 
MPa, é bombeável e composto de areia, pedrisco ou brita 1 e consumo de 
cimento de 350 a 450 kg/m³, sendo facultativa a utilização de aditivos. O 
abatimento ou "slumptest" é mantido entre 200 e 240 mm. 
O preenchimento da estaca com concreto é normalmente executado até a 
superfície de trabalho, sendo possível o seu arrasamento abaixo da superfície 
do terreno, guardadas as precauções quanto à estabilidade do furo no trecho 
não concretado e a colocação da armação. 
 
 
COLOCAÇÃO DA ARMAÇÃO 
 
O método de execução da estaca hélice-contínua exige a colocação da 
armação após a sua concretagem e, portanto com as dificuldades inerentes 
desse processo executivo. 
A armação, em forma de gaiola, é introduzida na estaca por gravidade ou com 
auxílio de um pilão de pequena carga ou vibrador. 
As "gaiolas" devem ser constituídas de barras grossas, estribo helicoidal 
soldado (ponteado) nas barras longitudinais e a extremidade inferior levemente 
afunilada, para facilitar e evitar sua deformação durante a introdução no 
concreto. 
As estacas submetidas a esforços de compressão normalmente não 
necessitam de armação conforme NBR 6122, ficando a critério do projetista a 
armação de ligação com o bloco. 
No caso de estacas submetidas a esforços transversais ou de tração e que 
exigem o uso de gaiolas longas, deve-se preferir o uso de espirais em 
substituição aos estribos e evitar emendas por transpasse. Essas gaiolas 
devem ser suficientemente rígidas para permitir a sua introdução no concreto, 
por gravidade para gaiolas até 12 m e pilão ou vibrador para gaiolas até 19 m. 
A armação é centralizada no furo por meio de espaçadores tipo pastilha ou 
roletes para garantir o recobrimento mínimo necessário. 
 
 
ELEMENTOS PARA PROJETO 
 
Atualmente os equipamentos disponíveis no mercado permitem executar 
estacas com comprimento máximo de 24 m e diâmetros de hélice variando 
de 275 mm a 1000 mm, conforme tabela abaixo. 
 
 
 
Na tabela a seguir encontram-se os diâmetros utilizados, o espaçamento 
sugerido entre eixos de estacas e a carga admissível estrutural conforme item 
7.8.6.4 da NBR 6122/96 (fck 20 MPa, gc = 1.8; gf = 1:4). 
Os comprimentos das estacas necessários para que essas cargas possam ser 
atingidas sob o ponto de vista de interação solo-estaca, podem ser obtidos 
através de métodos semi-empíricos de previsão de capacidade de carga de 
estacas a partir do resultado de sondagens à percussão, com parâmetros do 
solo comprovados por provas de carga estática ou dinâmica. 
A distância mínima de eixo de uma estaca à divisa (quando existe uma parede) 
depende do tipo do equipamento. Os equipamentos com torque de até 35 KNm 
permitem trabalhar com o centro da estaca a 35 cm da divisa e os 
equipamentos com maior torque de 100 a 120 cm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTACAS ESCAVADAS COM LAMA BENTONÍTICA 
 
INTRODUÇÃO 
 
Este item trata das estacas moldadas "in loco" executadas com emprego de 
lama bentonítica (para suporte das escavações) e concretagem submersa, 
abordando sua execução, equipamentos usualmente utilizados e problemas 
executivos. Trata também do dimensionamento e determinação da capacidade 
de carga deste tipo de estaca, isolada ou em grupo, e da sua utilização 
mostrando vantagens e limitações. Discute, por sua importância no processo 
executivo, as características e propriedades da lama bentonítica e sua 
influência na execução das estacas. Aborda os mecanismos e princípios 
envolvidos na concretagem submersa das estacas, pois na maioria das vezes, 
a origem dos problemas neste tipo de fundação está no insuficiente 
conhecimento dos fatores envolvidos nesta operação. 
O desenvolvimento de equipamentos que escavam o terreno como um todo 
deixando para a lama bentonítica, tão somente, a função de estabilizar as 
paredes das escavações, a boa qualidade das peças executadas por 
concretagem submersa, o melhor conhecimento da influência da lama 
bentonítica no atrito lateral e na aderência aço/concreto foram fatores 
determinantes do contínuo e notável desenvolvimento, nestes últimos 40 anos, 
deste tipo de fundação, principalmente quando cargas elevadas e condições 
adversas do subsolo tornam difícil e ou antieconômico o emprego das outros 
tipos de fundação. Existem basicamente dois tipos de estacas escavadas com 
lama bentonítica: 
a) Estacões, que são estacas circulares com diâmetro variando, usualmente, 
de 0,6 m até 2,0 m, perfuradas ou escavadas por rotação. 
b) "Barretes" ou estacas-diafragma, que são estacascom seção transversal 
retangular ou alongadas, escavadas com "clamshells". 
 
 
 
PROCESSO EXECUTIVO 
 
O processo executivo das estacas escavadas com lama bentonítica 
compreende as seguintes fases: 
a) Escavação e preenchimento simultâneo da estaca com lama bentonítica 
previamente preparada; 
b) Colocação dentro da escavação cheia de lama da armadura previamente 
montada; 
c) Lançamento do concreto, de baixo para cima, através de tubos de 
concretagem (tubos tremonha), que sendo mais denso expulsa a lama, que é 
bombeada de volta para depósitos. 
 
 
 
Figura - Processo executivo de estacas escavadas com lama bentonítica 
 
Apesar do sistema pouco ortodoxo de concretagem, as peças de concreto 
obtidas com este procedimento se comportam de maneira igual àquelas 
executadas pelos métodos convencionais podendo, portanto, fazer parte 
integrante de estruturas permanentes. 
 
 
 
DIMENSIONAMENTO PRELIMINAR 
 
O dimensionamento das estacas escavadas é feito por aproximações 
sucessivas, uma vez que o estabelecimento da carga de trabalho depende de 
como esta será transferida ao solo pela estaca repartida entre atrito e ponta. 
Costuma-se iniciar o dimensionamento adotando-se tensões médias no 
concreto da ordem de 4 MPa a 5 MPa e verificar qual a profundidade 
necessária para que as recomendações da Norma sejam atendidas. 
Para determinação da profundidade das estacas e carga de trabalho das 
mesmas é usual, entre nós, a utilização de métodos semi-empíricos (Décourt e 
Quaresma, 1978 e Aoki e Veloso 1975) baseados em correlações com o SPT 
obtido nas sondagens de simples reconhecimento. Os coeficientes de 
segurança a serem adotados, nestes casos, são os recomendados pelos 
autores, conforme prescreve a Norma Brasileira. 
Na tabela abaixo são apresentadas as dimensões mais usuais de estacas 
escavadas (estacões e "barretes") e as cargas estruturais para diversas 
tensões médias no concreto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTACAS INJETADAS 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
Sob a denominação de estacas escavadas injetadas englobam-se vários tipos 
de estacas, perfuradas e moldadas 'in loco", com técnicas diferentes a seguir 
descritas: 
a) Estacas-raiz: são aquelas em que se aplicam injeções de ar comprimido 
imediatamente após a moldagem do fuste e no topo do mesmo, 
concomitantemente com a remoção do revestimento. Usam-se baixas pressões 
(inferiores a 0,5 MPa), que visam apenas garantir a integridade da estaca. 
b) Microestacas: são aquelas que se executam com tecnologia de tirantes 
injetados em múltiplos estágios (uso de válvulas múltiplas denominadas 
“manchetes"), utilizando-se, em cada estágio, pressão que garanta a abertura 
das "manchetes" e posterior injeção. Ao contrário das estacas-raiz, usam-se 
altas pressões de injeção. 
 
Figura - Fases de execução das estacas-raiz 
 
 
As estacas escavadas injetadas diferenciam-se das demais pelo menos por 
três razões: 
a) podem ser executadas com maiores inclinações (0 a 90º); 
b) geralmente possuem uma densidade de armadura superior às estacas de 
concreto armado, pois o processo de perfuração permite atingir grandes 
profundidades e terrenos de alta resistência (inclusive rocha), o que lhes 
confere maior nível de carga transmitida ao solo por atrito lateral, em 
comparação com outras estacas de mesmo diâmetro; 
 
Figura - Fases de execução de microestacas 
 
(1) Perfuração com auxílio de circulação d'água 
(2) Instalação do tubo "manchete" 
(3) Execução da bainha 
(4) Injeção de calda de cimento, válvula por válvula, com altas pressões. 
(5) Vedação do tubo-manchete com eventual complemento de armadura 
c) como sua carga admissível resulta fundamentalmente da parcela de atrito 
lateral, podem ser usadas com a mesma carga de trabalho à tração e à 
compressão, desde que o fuste seja convenientemente armado. 
 
As estacas-raiz são geralmente armadas com barras de aço. Ao contrário, as 
microestacas são armadas com tubo metálico que possui dupla finalidade: o de 
armar a estaca e o de dispor de válvulas "manchete" para a injeção. 
Eventualmente pode-se dispor de armadura complementar constituída por 
barras ou fios de aço. 
Para baratear o custo das microestacas, pode-se substituir o tubo de aço por 
PVC rígido, mas neste caso é obrigatório o uso de armadura, pois o PVC não 
tem função estrutural. 
Tanto nas estacas raiz quanto nas microestacas, a armadura é envolvida por 
argamassa ou por calda de cimento, mas nunca por concreto. 
 
 
PROCEDIMENTOS EXECUTIVOS 
 
ESTACAS-RAIZ 
 
A execução de uma estaca-raiz compreende fundamentalmente quatro fases 
consecutivas: 
• perfuração auxiliada por circulação de água 
• instalação da armadura 
• preenchimento com argamassa 
• remoção do revestimento e aplicação de golpes de ar comprimido 
 
 
PERFURAÇÃO 
 
A perfuração em solo é realizada por rotação de tubos com auxílio de 
circulação de água, que é injetada pelo interior deles e retorna à superfície pela 
face externa. Esses tubos vão sendo emendados (por rosca) à medida que a 
perfuração avança, sendo posteriormente recuperados após a instalação da 
armadura e preenchimento do furo com argamassa. 
O revestimento deve ser instalado preferencialmente em toda a extensão da 
perfuração. Entretanto, caso as características do terreno o permitam, pode ser 
parcial, mas com comprimento que permita aplicar, com garantia de não ser 
arrancado, golpes de ar comprimido após o preenchimento do furo com 
argamassa. Neste caso a perfuração abaixo da cota dos tubos é feita também 
por rotação, com auxílio de circulação d’água, utilizando-se uma ferramenta 
cortante denominada "tricone". 
Quando o revestimento é parcial, a armadura deverá dispor de roletes que 
garantam sua centralização no furo, para evitar que ela bata nas paredes da 
perfuração, o que poderia acarretar a remoção de solo, que ao se misturar com 
a argamassa comprometeria a qualidade da estaca além de prejudicar a 
aderência da armadura com a argamassa. 
Embora a NBR 6122 permita, nos casos de revestimento parcial utilizar lama 
estabilizante durante a perfuração, frisa que ela pode afetar a aderência entre a 
estaca e o solo, recomendando que antes do preenchimento da argamassa a 
lama seja trocada utilizando-se lavagem com água pura e mesmo assim, que 
seja verificado o resultado final do seu uso através de prova de carga, a menos 
que haja experiência no solo da região com esse tipo de estaca e com esse 
processo de perfuração. 
 
Foto - Detalhe da fase de perfuração e equipamentos auxiliares 
Para diminuir, durante a perfuração, o atrito entre o revestimento e o solo é 
disposto na pane inferior do revestimento uma ferramenta (sapata de 
perfuração), com diâmetro ligeiramente maior. Os detritos resultantes da 
perfuração são carreados para a superfície pela água de perfuração, que é 
obrigada a retornar através do interstício anular que se forma entre o 
revestimento e o terreno. Portanto, o diâmetro acabado da estaca é sempre 
maior que o diâmetro externo do revestimento. 
 
Tabela - Tubos de revestimento usados em estacas-raiz e diâmetro de 
martelos de fundo 
 
Para promover a rotação do revestimento utilizam-se sistemas que operam 
mecânica ou hidraulicamente, havendo para tanto uma gama ampla de tipos e 
porte de equipamentos, desde os menores que podem trabalhar em locais com 
pé-direito reduzido (da ordem de 3 m) e espaços limitados até equipamentos 
mais robustos, geralmente sobre esteiras, equipadoscom motores diesel de 30 
a 40 HP e lança operada hidraulicamente permitindo realizar perfurações 
verticais e inclinadas. 
Para possibilitar a perfuração dos mais diversos materiais (alvenaria, concreto 
ou rocha) podem-se utilizar sapatas de perfuração com pastilhas de "vídia" ou 
de diamante ou então realizar a perfuração por rotopercussão com martelos de 
fundo, acionados por ar comprimido. 
As dimensões externas do tricone ou do martelo de fundo são limitadas pelo 
diâmetro interno do revestimento, pois os mesmos trabalham no seu interior. 
Na tabela acima apresentou-se as características principais dos tubos de 
revestimento e os diâmetros máximos dos martelos de fundo (e dos tricones) 
em relação ao diâmetro final das estacas. 
 
 
 
INSTALAÇÃO DA ARMADURA 
 
Após a perfuração atingir a cota de projeto, continua-se a injetar água, sem 
avançar a perfuração, para promover a limpeza do furo. A seguir instala-se a 
armadura (constante ou variável ao longo fuste), geralmente constituída por 
barras de aço montadas em gaiola. No caso de estacas de menor diâmetro 
(abaixo de 160 mm) costuma-se juntar as barras num feixe dotado de 
espaçadores. 
Nas estacas trabalhando à compressão as emendas das barras podem ser 
feitas por simples transpasse (devidamente fretado), porém nas estacas 
trabalhando à tração as emendas devem ser feitas por solda, luvas rosqueadas 
ou luvas prensadas. 
 
 
Barra simples com espaçador 
 
 
 
 
Barras montadas em gaiolas 
 
 
PREENCHIMENTO COM ARGAMASSA 
 
Uma vez instalada a armadura, é introduzido o tubo de injeção (geralmente de 
PVC com diâmetro de 1 ½” ou de 1 ¼” até o final da perfuração para proceder 
à injeção, de baixo para cima, até que a argamassa extravase pela boca do 
tubo de revestimento, garantindo-se assim que a água ou a lama de perfuração 
seja substituída pela argamassa. Esta é confeccionada em misturador de alta 
turbulência, geralmente acionado por motobomba, para garantir a 
homogeneidade da mistura. 
Para atender ao consumo mínimo de cimento estipulado pela NBR 6122, ou 
seja, 600 kg/m³, o traço normalmente utilizado contém 80 litros de areia para 1 
saco de 50 kgf de cimento e 20 a 25 litros de água, o que confere à argamassa 
uma resistência característica elevada, superior a 20 MPa. 
Completado o preenchimento da argamassa, é rosqueado na extremidade 
superior do revestimento um tampão metálico ligado a um compressor para 
permitir aplicar golpes de ar comprimido durante a extração do revestimento, 
operação que é auxiliada por macacos hidráulicos. À medida que os tubos vão 
sendo extraídos, o nível da argamassa vai abaixando necessitando ser 
completada antes da aplicação de novo golpe de ar comprimido. Esta operação 
é repetida várias vezes no curso da retirada do revestimento. 
 
Detalhe da extração do tubo de revestimento 
DADOS GEOMÉTRICOS PARA PROJETO 
 
Embora a NBR 6122 não fixe espaçamento mínimo entre estacas, é comum 
nas estacas-raiz adotar as distâncias indicadas na tabela abaixo. Nessa tabela 
também se indicam várias outras informações relevantes. 
 
 
 
Os blocos padrão mais comumente usados estão apresentados na figura a 
seguir e na tabela também a seguir. 
 
Blocos padrões típicos 
 
Dimensões de bloco padrão 
 
Na tabela abaixo apresenta-se a área desses blocos que permite calcular o 
volume de concreto desde que se lixe a altura dos mesmas. 
 
 
 
Tabela – Área em planta dos blocos padrão em m² 
 
 
 
 
 
ALGUMAS APLICAÇÕES NA SOLUÇÃO DE PROBLEMAS 
GEOTÉCNICOS 
 
ESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS COM RETICULADO DE ESTACAS 
 
O conceito de estrutura reticular tridimensional de estacas escavadas injetadas 
é baseado no princípio do concreto armado, em que as estacas suprem a 
deficiência do solo no que diz respeito a sua resistência à tração. Assim, numa 
comparação simplista com o concreto armado, na estrutura reticular o 
equivalente ao concreto é o terreno e as estacas correspondem à armadura. 
No caso de taludes em terrenos soltos as estacas são distribuídas em uma ou 
mais paredes de interceptação, destinadas a fracionar a massa em movimento 
descendente contendo-as analogamente ao trabalho de muros de arrimo, que 
resistem aos empuxos de montante, porém sem interceptar o livre fluxo 
descendente das águas. Se o terreno é constituído por rocha alterada, a 
tendência ao deslizamento ocorre por efeito de estratificação no sentido 
desfavorável do fraturamento. Neste caso as estacas são distribuídas nessa 
massa com densidade conveniente, criando uma camada de espessura 
considerável constituindo-se numa espécie de muro de gravidade, apoiado 
sobre os estratos subjacentes. Não há necessidade de se alcançar horizontes 
profundos para ancorar as estacas, sendo suficiente que a espessura do 
maciço a conter seja de tal ordem que passa ser considerado autoportante. 
A ligação da cabeça das estacas é feita por vigas de concreto armado em filas 
ou em malhas completando-se a obra com um recobrimento de tela de arame 
galvanizado. 
 
BIBLIOGRAFIA 
CAPUTO, H. P. Mecânica dos Solos e suas Aplicações. Vol. 1, 2, 3. Editora 
LTC, Rio de Janeiro, 4ª/6ª ed. 2012/2013/2014. 
HACHICH, W ; FALCONI, F F ; SAES, J L . Fundações - Teoria e Prática, 
2a Edição, Editora PINI, São Paulo, 2012. 
VELLOSO, D.; LOPES, F.R. Fundações: Fundações Profundas. Volumes 2, 
Editora Oficina Texto/COPPE-UFRJ, Rio de Janeiro, 2004.