Aula 05 – Fundações profundas

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Aula 05 – Fundações e Contenções 
Fundações Profundas 
 
1. Fundação Profunda 
 São elementos de fundação assentados a uma profundidade superior ao dobro de sua menor 
dimensão em planta, e no, mínimo, a 3 m de profundidade; 
 São aquelas em que a carga da estrutura da edificação é transmitida ao solo: 
a) Pela base, através da resistência de ponta, Rp; 
b) Pela superfície lateral através da resistência de fuste, Ra; 
c) Pela combinação das duas resistências, Rp +Ra; 
 São as estacas e os tubulões. 
 
Estacas 
 Elementos de fundação profunda, executados inteiramente por equipamentos ou ferramentas, 
sem a necessidade de descida de operário, em qualquer fase de sua execução; 
 São elementos bem mais esbeltos que os tubulões, caracterizados pelo grande comprimento e 
pequena secção transversal. 
 São implantadas no terreno por equipamento situado à superfície. 
 São em geral utilizadas em grupo, solidarizadas por um bloco rígido de concreto armado, 
chamado bloco de coroamento. 
 Podem feitas de: concreto pré-moldado, aço, madeira, concreto moldado in situ, ou mistas. 
 
Critérios para escolha da estaca mais adequada 
 Características geológicas do terreno; 
 Existência de lençol d'água; 
 Capacidade de carga do solo; 
 Valores das cargas da edificação; 
 Conhecimento das técnicas utilizadas na região da construção; 
 Os recursos financeiros disponíveis. 
 
Pontos importantes a serem observados no projeto de fundações profundas 
 O projeto de fundação deve ser realizado por um engenheiro geotécnico experiente; 
 O engenheiro geotécnico deve conhecer os valores das cargas sobre cada estaca e a locação 
de cada uma; 
 Realizar a sondagem do solo, para obter a descrição das características do terreno, a existência 
e a posição do lençol d'água e a capacidade de carga das diversas camadas do solo; 
 O projetista deve escolher uma estaca que atenda os aspectos técnicos e financeiros da obra. 
 
Tipos de Estacas 
1. Estacas cravadas por percussão 
 Chamam-se estacas de deslocamento, porque são introduzidas no solo por golpes de martelo; 
 São as estacas pré-moldadas, as estacas de aço e as estacas de madeira; 
 A cravação é feita por bate-estaca como equipamento de percussão; 
 Os bate-estacas podem ser: por gravidade ou queda livre; a vapor ou de efeito simples; a pilão 
ou de duplo efeito; a explosão; hidráulico 
 
Bate-estaca por gravidade 
 Consta, basicamente, de um peso que é levantado através de um guincho e que cai orientado 
por guias laterais; 
 A freqüência de queda do martelo é da ordem de 10 pancadas por minuto; 
 O peso do martelo varia entre 1,0 a 3,5 ton. 
 
Bate-estaca por gravidade sobre roletes de aço 
 
 
Bate-estaca a vapor de simples efeito 
 O levantamento do peso é feito através da pressão de vapor obtido por uma caldeira e a queda 
é por gravidade; 
 São muito mais rápidos que os de gravidade, com cerca de 40 pancadas por minuto; 
 O peso do martelo é de 4,0 ton. 
 
Bate-estaca a vapor de simples efeito 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bate-estaca a vapor de duplo efeito 
 A pressão do vapor provoca a subida do martelo e acelera sua descida, aumentando o número 
de pancadas para cerca de 250 por minuto. 
 
Bate-estaca a vapor de duplo efeito 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bate-estaca a explosão 
 O levantamento do peso é feito através da explosão de gases oriundos de motor a diesel; 
 Este tipo de bate-estaca está sofrendo grandes avanços tecnológicos. 
 
Bate-estaca a explosão 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bate-estaca hidráulico 
 O levantamento do peso é feito através de um dispositivo que levanta o martelo pela ação de 
um sistema hidráulico. 
 Pode conduzir estacas de concreto pré-moldado, estacas de tubo de aço, estacas retas e 
estacas de madeira; 
 O curso do martelo pode ser ajustado, para atender a ampla gama de projetos; 
 A taxa de martelamento é, também, ajustável; 
 O martelo hidráulico bate-estacas pode ser utilizado para operações no modo manual e no modo 
automático; 
 Apresenta pouco ruído de operação e baixa poluição atmosférica. 
 
Bate-estaca hidráulico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bate-estaca hidráulico 
 
 
 
1) Estaca pré-moldada 
 É cravada por percussão; 
 Pode ser de concreto armado ou protendido, vibrado ou centrifugado; 
 Pode ter qualquer forma geométrica na seção transversal; 
 Deve apresentar resistência para suportar as cargas de compressão e resistir aos esforços 
decorrentes do transporte, do manuseio, da cravação e de eventuais solos agressivos. 
 
A cravação de estacas pré moldadas merece bastante atenção, pois as tensões de cravação 
devem ser sempre inferiores à tensão característica do concreto. Como as tensões de compressão 
na cabeça da estaca, no momento do impacto, são diretamente proporcionais à altura de queda do 
martelo, para evitar o esmagamento da cabeça da estaca, deve-se trabalhar com alturas de queda 
pequenas, em geral não maiores que 1m, e colocar amortecedores na cabeça das estacas. 
Quando a estaca precisa ser cravada a grande profundidade ou penetrar camadas mais 
resistentes, devem-se adotar martelos mais pesados. 
A possibilidade de emendas nesse tipo de estaca deve ser prevista. As emendas devem ser 
feitas, de modo que as seções emendadas possam resistir a todas as solicitações que nelas 
ocorram, durante a cravação e a utilização da estaca. Na maioria das estacas fabricadas no Brasil, 
a emenda é feita soldando-se luvas ou anéis metálicos incorporados ao concreto.” 
 
Vantagens das estacas pré-moldadas 
 Boa capacidade de carga e grande resistência às tensões de flexão e cisalhamento; 
 A boa qualidade do concreto, por serem produzidas em fábricas; 
 Os agentes agressivos, eventualmente encontrados no solo, não exercem nenhuma ação na 
pega e na cura do concreto. 
 
Desvantagens das estacas pré-moldadas 
 Grande peso próprio, limitando as dimensões das seções e dos comprimentos, em função do 
transporte; 
 Os cortes e as emendas são de difícil execução. 
 
Esquema de uma estaca, sendo cravada por bate-estaca com a plataforma apoiada sobre 
estrado de pranchões 
 
Estaca pré-moldada de seção retangular, cravada por bate-estaca de gravidade sobre roletes de 
aço 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estaca pré-moldada de seção circular oca, cravada por bate-estaca de gravidade sobre roletes de 
aço 
 
 
Estaca pré-moldada de seção retangular, cravada por bate-estaca sobre trator de esteira 
 
Estaca pré-moldada de seção retangular, cravada por bate-estaca sobre trator de esteira 
 
 
 
Emenda de estacas pré-moldadas de seção retangular 
 
 
 
2) Estacas Mega ou de Reação 
 São elementos especiais de concreto pré-moldado; 
 São constituídas por elementos pré-moldados e cravadas por prensagem no terreno por meio 
de um macaco hidráulico, usando a estrutura como reação e, inicialmente, idealizada para 
reforço de fundações; 
 São utilizadas como reforço de fundações ou para substituir fundações já existentes; 
 São fornecidas em segmentos de 50 cm de comprimento e que podem ser emendados; 
 Os segmentos são cravados por prensagem exercida por um macado hidráulico, utilizando a 
própria edificação como apoio para o macaco; 
 A cravação é interrompida, quando a carga aplicada ao macaco é igual à parcela de carga que 
a estaca deve suportar; 
 Para ligação da estaca Mega à fundação ouà edificação existente, utilizam-se blocos de 
concreto pré-moldado resistentes, em forma de cunha, fixados à fundação ou a uma viga-
baldrame da edificação; 
 A carga, a quantidade e o posicionamento das estacas são definidos pelas cargas atuantes e 
pelos pontos da fundação que devem ser reforçados. 
 
Vantagens das estacas Mega 
 São indicadas para recuperação de patologias em fundações, sem o uso de demolições. 
 
Desvantagens das estacas Mega 
 Têm alto custo; 
 Leva-se longo tempo para a cravação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estaca de Mega ou de Reação 
 
 
 
Estaca Mega, sendo utilizada como reforço de fundação 
 
 
 
 
 
Blocos de concreto pré-moldado resistentes, em cunha, colocado entre a estaca Mega e uma 
viga-baldrame existente 
 
 
3) Estacas metálicas 
 São estacas de perfiis metálicos laminados ou soldados; tubos de chapas de aço dobrados de 
seção circular, quadrada ou retangular; ou trilhos de trem; 
 As estacas metálicas de perfis em I ou em H possuem grande capacidade para cargas verticais, 
cargas horizontais e momento fletor; 
 
Podem ser utilizadas: 
 Com pranchas de madeira, para a contenção provisória do solo, durante a construção de 
subsolos de edifícios, podendo ser recuperadas; 
 Como suporte permanente de cortinas de arrimo, construídas de lajes de concreto armado, pré-
moldadas ou moldadas "in loco", podendo ser incorporadas à estrutura das cortinas de arrimo e 
servindo para transmitir as cargas verticais ao solo; 
 São utilizadas, principalmente, em situações em que as estacas de concreto não são adequadas; 
 
 
 
Vantagens das estacas metálicas 
 São facilmente emendadas por soldagem, possibilitando serem cravadas em pequenos 
segmentos; 
 Possuem elevada resistência à compressão e à tração; 
 Não fissuram; 
 Não trincam; 
 Não quebram; 
 Apresentam pouca vibração, durante a cravação; 
 Atravessam, com mais facilidade, camadas de solo que apresentam grande atrito. 
 
Desvantagens das estacas metálicas 
 Posuem alto custo, quando comparadas com outras estacas; 
 Existem poucos fornecedores; 
 Sofrem corrosão no interior do solo, pelo processo de eletrólise entre a estaca e o solo, pela 
perda de elétrons dos átomos de ferro para o solo. 
 
 
Estaca metálica de seção de perfil I, cravada por bate-estaca sobre roletes de aço 
 
 
 
 
 
 
Estacas metálicas de perfil I 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estacas metálicas de trilhos de trem 
 
 
 
4) Estacas de madeira 
 
 As estacas de madeira, empregadas desde os primórdios da construção civil. 
 São troncos de árvores, os mais retos possíveis, cravados no maciço de solo. 
 No Brasil, a madeira mais empregada é o eucalipto, principalmente como fundação de obras 
provisórias. 
 Para obras definitivas usam-se as denominadas “madeiras de lei”, como, por exemplo, a 
Peroba, a Aroeira, a Maçaranduba, o Ipê, dentre outras. 
 A madeira tem duração praticamente ilimitada quando mantida permanentemente submersa. 
Entretanto, quando submetida à variação de nível d’água apodrece por ação de fungos 
aeróbios que se desenvolvem no ambiente água-ar. Por isso, a durabilidade das estacas de 
madeira está condicionada às condições do solo em que será utilizada. Como é praticamente 
impossível obter um solo completamente seco, o elemento que se deve eliminar é o ar. 
 Durante a reconstrução do campanário da Igreja de São Marcos, em Veneza, em 1902, 
verificou-se que as estacas de madeira cravadas havia cerca de mil anos ainda se 
encontravam em ótimo estado e capazes de voltar a suportar o peso do campanário. 
 Entre as atuais obras brasileiras com fundações em estacas de madeira pode-se citar o 
Teatro Municipal do Rio de Janeiro, construído em 1905. 
 Assim como as estacas metálicas e as pré-moldadas de concreto, as estacas de madeira 
enquadram-se na categoria das estacas de deslocamento. A cravação das estacas pode ser 
feita por percussão, prensagem ou vibração, e a escolha do equipamento deve ser feita de 
acordo com o tipo e dimensão da estaca, características do solo, condições da vizinhança, 
características do projeto. A cravação por percussão é o processo mais utilizado, utilizando-
se para tanto pilões de queda-livre como automáticos. 
 
Estaca de Eucalipto cravada, vendo-se a proteção de metal para impedir que o martelo danifique 
a cabeça da estaca 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estaca de Eucalipto cravada 
 
 
Estaca de Eucalipto com a cabeça danificada pelo martelo 
 
 
 
Estacas de madeira apontadas para facilitar a cravação 
 
 
Estacas de madeira utilizadas para a construção de moradias sobre palafitas 
 
 
 São utilizadas abaixo do nível d’água; 
 O topo da estaca de madeira deve ter diâmetro maior do que 25 cm e devem ser protegidos para 
não sofrerem danos durante a cravação; 
 A ponta da estaca de madeira deve ter diâmetro maior do que 15 cm e deve ser protegida com 
ponteira de aço, quando for necessário penetrar camadas resistentes do solo; 
 A cravação é geralmente executada com martelo de queda livre; 
Vantagens das estacas de madeira 
 Podem ser facilmente emendadas; 
 Têm duração prolongada, quando utilizadas abaixo do nível d’água. 
 
Desvantagens das estacas de madeira 
 É mais difícil de se encontrar; 
 Não podem ser utilizadas acima do nível d'água, porque sofrem ataque de microorganismos. 
 
Blocos de coroamento 
 São peças de concreto armado que servem de elemento intermediário para transmitir a carga do 
pilar para uma estaca, grupo de estacas ou tubulão; 
 Para fazer a ligação do bloco de coroamento com a estaca, grupo de estacas ou tubulão, deve-
se preparar a cabeça desses elementos, cortando o excessos acima da cota de arrasamento; 
 A cota de arrasamento é a cota determinada pelo projetista. 
 
Esquema de ligação de bloco de coroamento com estaca ou tubulão, mostrando a cota de 
arrasamento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cota de arrasamento de um tubulão e 
 
 
Demolição da cabeça do tubulão para obtenção da cota de arrasamento 
 
 
 
 
 
 
Esquema de um bloco de coroamento transmitindo a carga do pilar para 2 estacas 
 
 
 
Esquema de um bloco de coroamento transmitindo a carga do pilar para um tubulão 
 
 
Esquema de um bloco de coroamento transmitindo a carga do pilar para 3 estacas 
 
 
Armação de bloco de coroamento de seção quadrada sobre uma estaca 
 
 
 
 
 
 
Armação de bloco de coroamento de seção retangular sobre uma estaca 
 
 
 
 
 
Armação de bloco de coroamento de seção quadrada sobre uma estaca 
 
 
 
Forma e armação completa de bloco de coroamento de seção quadrada sobre 4 estacas 
 
 
Forma e armação incompleta de bloco de coroamento de seção retangular sobre 5 estacas 
 
Forma e armação incompleta de bloco de coroamento de seção triangular sobre 3 estacas 
 
 
Blocos de coroamento já concretados