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1 São Paulo, 16 de Dezembro de 2014 ÍNDICE GERAL Introdução........................................................................................................03 Brocas..............................................................................................................04 Estacas Straus................................................................................................06 Estaca Franki..................................................................................................08 Estaca Escavada.............................................................................................11 Estaca Barrete.................................................................................................12 Micro Estacas..................................................................................................14 Estaca Raiz.....................................................................................................14 Estaca Escavada............................................................................................17 Estaca Hélice Contínua..................................................................................19 Estaca de Concreto Armado e Protendido.....................................................20 Estaca de Madeira..........................................................................................24 Estaca de Aço..................................................................................................25 Estaca Pré-Moldada de Concreto....................................................................27 Estaca Mega....................................................................................................28 Tubulões..........................................................................................................30 Muro de Arrimo...............................................................................................36 Paredes diafragma.........................................................................................38 Contenção de taludes.....................................................................................39 Conclusão.......................................................................................................41 Bibliografia......................................................................................................42 2 Introdução A solidez de uma edificação depende, em primeiro lugar, de uma fundação bem dimensionada. Para isso, a engenharia já evoluiu a ponto de garantir que até as estruturas mais pesadas mantenham-se estáveis e, é claro, sem recalques consideráveis, mesmo em solo ruins. A variedade de sistemas, equipamentos e principalmente processos executivos é enorme, restando o desafio de identificar a maneira mais adequada de acordo com as peculiaridades da obra e do terreno. 3 1. Brocas As brocas são estacas moldadas “in loco” sem revestimento, executadas manualmente, de pequenas dimensões e com pequena capacidade de carga, de uso restrito, para pequenas obras. As brocas são executadas manualmente com o auxílio de um trato rotativo, acionado manualmente, também chamado de broca. Com esse trado, perfuramos o solo até a cota necessária para apoio da estaca, concretando-a em seguida. Normalmente não são armadas, pois dificulta a concretagem. Usa-se apenas uma armação adicional na parte superior da estaca, que fará a ligação da broca com superestrutura. Primeiramente, será feita a locação, sobre o terreno, dos pontos de execução das estacas. Através de gabarito de madeira serão marcados os eixos das estacas. Nos cruzamentos destes eixos estarão os pontos de locação. A perfuração será executada com o auxílio de um trado manual ou mecânico, sem o uso de revestimento. A escavação deverá prosseguir até a profundidade prevista no projeto. Devido às condições de execução, estas estacas só poderão ser utilizadas abaixo do nível de água se o furo puder ser esgotado antes da concretagem. As estacas tipo broca apresentam como vantagem o fato de não provocar vibrações 4 durante a sua execução, evitando desta forma, danos nas estruturas vizinhas, além de poder servir de cortinas de contenção para construção de subsolos, quando executadas de forma justapostas. Entretanto, as principais desvantagens referem-se às limitações de execução em profundidades abaixo do nível d’água, principalmente em solos arenosos, devendo-se também evitar a sua execução em argilas moles saturadas, a fim de evitar possíveis estrangulamentos no fuste da estaca. Comportamento estrutural: O comportamento estrutural das brocas é o que ocorre com todas as estacas, trabalhando por atrito lateral e efeito de ponta, ou seja, a estaca exerce resistência aos esforços pelo atrito de sua parede confinada ao solo e pelo apoio da ponta no solo. N= Nl + Np N= Capacidade de Carga Nl= Atrito Lateral Np= Efeito de Ponta 5 2. Estaca Strauss Estaca executada por perfuração através de piteira, com uso parcial ou total de revestimento recuperável e posterior concretagem in loco. A execução requer um equipamento constituído de um tripé de madeira ou de aço, um guincho acoplado a um motor (combustão ou elétrico), uma sonda de percussão munida de válvula em sua extremidade inferior, para a retirada de terra, um soquete com aproximadamente 300 kg, tubulação de aço com elementos de 2 a 3 metros de comprimento, rosqueáveis entre si, um guincho manual para retirada da tubulação, além de roldanas, cabos de aço e ferramentas. 6 A estaca tipo Strauss apresenta a vantagem de leveza e simplicidade do equipamento, o que possibilita a sua utilização em locais confinados, em terrenos acidentados ou ainda no interior de construções existentes, com o pé direito reduzido. Outra vantagem operacional é de o processo não causa vibrações que poderiam provocar danos nas edificações vizinhas ou instalações que se encontre em situação relativamente precária. Para situações em que se tenha a necessidade de se executar a escavação abaixo do nível d’água em solos arenosos, ou no caso de argilas moles saturadas, não é recomendável o emprego das estacas do tipo Strauss por causa do risco de estrangulamento do fuste durante a concretagem. Sua capacidade de carga depende do diâmetro como mostra o quadro abaixo: sua capacidade de carga é considerada de média a alta (20 a 80 tf). Ø (cm) 25 32 38 45 55 Capacidade (tf) 20 30 40 60 80 Max. Comp. (metro) 15 15 20 20 20 7 3. Estaca Franki É uma estaca de concreto moldada no solo, que usa um tubo de revestimento cravado dinamicamente com ponta fechada por meio de uma bucha e recuperada ao ser concretada a estaca. Aspectos: • a cravação com ponta fechada isola o tubo de revestimento da água do subsolo, o que não acontece com outros tipos de estaca executada com ponta aberta; • a base alargada dá maior resistência de ponta que todos os outros tipos de estaca; • o apiloamento da base compacta solos arenosos, bem como, aumenta o diâmetro da estaca em todas as direções, aumentando sua a resistência de ponta. Em solos argilosos o apiloamento da base expele a água da argila, que é absorvida pelo concreto seco da mesma, consolidando e reforçando seu contorno; • o apiloamento do concreto contra o solo para formar o fuste da estaca compacta o solo e aumentao atrito lateral; • o comprimento da estaca pode ser facilmente ajustado durante a cravação 8 Execução: Crava-se no solo um tubo de aço cuja ponta é obturada por uma bucha de concreto seco, areia e brita, estanque e fortemente comprimida contra a parede do tubo. Ao bater com o pilão na bucha, arrasta-se o tubo, impedindo a entrada de solo ou água. Atingida a profundidade desejada, o tubo é preso e a bucha é expulsa por golpes de pilão e fortemente socada contra o terreno, formando uma base alargada. Coloca-se a armadura, inicia-se a concretagem, extraindo-se o tubo simultaneamente. Indicações: Recomendadas quando a camada resistente localiza-se em camadas variadas. Também no caso de terrenos com pedregulhos ou pequenos matacões relativamente dispersos. A forma rugosa do fuste garante boa aderência ao solo (resistência por atrito). Pelas características do processo executivo, as estacas tipo Franki não são recomendadas para execução em terrenos com matacões, situações em que as construções vizinhas não possam suportar grandes vibrações, e terrenos com camadas de argila mole saturada, devido aos possíveis problemas de estrangulamento do fuste. A tabela abaixo apresenta as cargas de trabalho e os valores de carga máxima para as estacas do tipo Franki em função do diâmetro de fuste. Ø (cm) Tensão (Mpa) Carga Usual Carga Máxima 35 6,0 a 10,0 600 1000 40 750 1300 52 1300 2100 60 1700 2800 Limitações: Seus maiores inconvenientes dizem respeito à vibração do solo durante a execução. Demanda área para o bate-estaca. Há possibilidade de alterações do concreto do fuste por deficiência do controle. 9 Vantagens e Desvantagens Vantagens: • Grande área de base, conferindo grande resistência de ponta, • Superfície do fuste muito rugosa, fornecendo elevada resistência lateral; • Devido a sua forma de execução o terreno fica fortemente comprimido; • Pode ser executada em grandes profundidades; • Suporta elevada capacidade de carga. Desvantagens: • Grande vibração durante a execução; • Demora no tempo de execução; • Custo elevado da mão-de-obra; • Pode ocorrer estrangulamento do fuste na concretagem quando o solo for muito mole; • Pode ocorrer ruptura por tração do concreto ainda sem cura ou perda do contato da base com o solo de apoio devido ao levantamento da estaca já cravada, causada pela vibração durante a cravação de estacas vizinhas. 10 4. Estaca Escavada Essas estacas são executadas enchendo de concreto uma perfuração praticada por equipamento mecânico a partir da superfície do terreno. Quando a perfuração é feita acima do lençol freático, nenhuma proteção é usada contra eventuais desbarrancamentos. Quando for abaixo do lençol freático, utiliza-se tubo de revestimento protetor ou emprega-se lama de perfuração (lama bentonítica) que estabiliza as paredes do furo. Durante a concretagem o revestimento e recuperado. No caso do uso da lama bentonífica, a concretagem é feita submersa com o auxilio de um tubo de concretagem (“tremie Pipe”). Normalmente a estaca não é armada, tendo apenas uma ferragem adicional no topo, para ligação com a superestrutura. Os diâmetros dessas estacas mais frequentes estão compreendidos entre (0,6 a 1,5m), com comprimentos usuais de até 20 ml, podendo no entanto, alcançar 40 a 50 ml de profundidade, dependendo do equipamento empregado. As cargas de trabalho são fixadas de maneira a não ultrapassar uma tensão de cerca de 35 kgf/cm² no concreto. A capacidade de carga em função do concreto: Padm = 8,5.π.d² (d = diâmetro em cm) Ex: Ø60 cm = Padm = 96tf Ø150 cm = Padm = 600tf É um tipo de fundação que vem fundo um grande desenvolvimento, sendo seu emprego ideal para cidades, pois causam pouco ruído e não provocam vibrações. Entre nós ainda tem emprego restrito por falta de experiência de projeto e execução. Essas estacas tem um comportamento semelhante aos tubulões. 11 5. Estaca Barrete Na ocorrência de cargas elevadas, em obras de vulto o tipo de estaqueamento que também pode ser utilizado é o de estacas tipo Barrete. Sua utilização é, na maioria das vezes, associada a parede-diafragma e, segundo Urbano Alonso, elas vieram também ocupar o lugar dos tubulões a ar comprimido (como os estações). “O ar comprimido, que exige tempo de descompressão para o operário, sofre restrições do Ministério do Trabalho. Seu uso atualmente se restringe a obras de grande porte, onde o acesso para o equipamento das escavadas é difícil”, explica. Na opinião, o tubulão a céu aberto também perdeu posição no mercado por causa do aprofundamento dos subsolos e da ocorrência de lençol freático, com o qual é impossível executa-lo. Definição: É um tipo de fundação profunda executada por escavação mecânica, com uso ou não de lama bentonítica ou uso de revestimento total ou parcial, e posterior concretagem. 12 Carga Admissível: A carga admissível de uma estaca escavada com a ponta apoiada no solo deve atender simultaneamente as seguintes condições: a) – a resistência de atrito lateral do fuste não pode ser inferior a 80% da carga de trabalho da estaca; b) – a resistência total não pode ser inferior a duas vezes a carga de trabalho da estaca. Quando a estaca tiver a sua ponta embutida em rocha e, que se possa garantir o contato entre o concreto e a rocha, toda carga pode ser absorvida pela resistência de ponta, valendo neste caso um coeficiente de segurança não inferior a três. Aplicações: • Construções pesadas; • Estruturas com cargas concentradas muito elevadas. 13 6. Micro Estacas Geralmente estas possuem diâmetros inferiores a 160 mm e são injetadas em várias etapas através de um tubo de aço deixando em seu interior. Este tubo é preparado com válvulas espaçadas ao longo de seu comprimento, que permitem apenas a passagem da calda de cimento em uma única direção. Pode ser executada em locais de geologia complexa, por exemplo: regiões com presença de matacões, cascalhos, areias, argilas, entulhos ou mesmo rocha sã. É a fundação mais versátil que existe. É realizada por rotação ou roto-percussão no caso de presença de rocha, podendo ser vertical ou em qualquer outra direção, atravessando terrenos de quaisquer naturezas. A perfuração é realizada através da introdução de tubos de revestimentos dotados de uma ferramenta de corte na sua extremidade inferior (Sapata). Concomitantemente a rotação do revestimento, procedemos com a injeção de um fluído (água, ar, lama ou polímero), que retorna para a superfície pelo espaço anelar deixado entre o revestimento e o maciço. Concluída a perfuração, instalamos a armação de aço geralmente ao longo de toda a estaca e procedemos com a injeção ascendente de argamassa. Dependendo da geologia e das condições de perfuração pode-se aplicar golpes de ar comprimido para incrementar a aderência ao terreno. Os tubos de revestimento são provisórios e inicia-se o processo de remoção dos mesmos quando a argamassa injetada de forma ascendente sai na superfície livre de quaisquer impurezas. À medida que os revestimentos são removidos, geralmente em segmentos de 1,5 ou 3 metros, procedemos com a complementação da argamassa diretamente na “boca” da perfuração. Este procedimento visa apenas o preenchimento do espaço ocupado anteriormente pelo revestimento que acaba de ser removido. É exatamente nesta fase que podemos proceder com os golpes de ar comprimido, caso seja necessário.Suas principais características são: elevada capacidade de carga, alta taxa de armação, baixíssima vibração durante sua execução, compatível com praticamente qualquer terreno, pode ser executada em locais com limitações de altura, atua por atrito lateral, pode ser executada em qualquer direção. 7. Estaca Raiz: É uma estaca concretada “in-loco”, considerada de pequeno diâmetro, pois o mesmo varia entre 100 mm < Ø < 410mm, tendo elevada capacidade de carga baseada essencialmente na resistência por atrito lateral do terreno atravessado, seu diâmetro e comprimento. Evidentemente, se constatada a presença de rocha na ponta da mesma, ela pode ser empregada também como estaca com resistência de 14 ponta. Em ambos os casos, o cálculo de uma fundação em estacas raiz é semelhante ao método clássico utilizado em outros tipos de estacas e baseia-se na capacidade de carga da mesma isoladamente. Devido ao seu processo executivo a estaca raiz é uma estaca de argamassa armada, com fuste contínuo rugoso e armada ao longo de seu comprimento. Ela atende as especificações quanto à resistência da argamassa, interação ferro- argamassa, proteção e recobrimento da armadura, etc. As estacas raiz foram empregadas inicialmente no reforço de fundações e ao longo dos anos, com o aprimoramento de novas técnicas de perfuração e ampliação de novos conceitos e parâmetros da mecânica dos solos, seu uso disseminou-se permitindo resolver diversos problemas na área de fundações, de contenção de taludes ou escavações, de consolidação de terrenos e outros. Podem ser executadas na vertical ou inclinadas, com limitação de pé direito ou da área de trabalho, devido às dimensões reduzidas do equipamento de perfuração. Alinhando-se a isto, podemos salientar também: a alta produtividade obtida; a possibilidade de atravessar qualquer tipo de terreno inclusive rocha, matacão, concreto armado e alvenaria; a ausência de vibração; de descompressão do terreno e o baixo nível de poluição sonora. É efetuado pelo sistema rotativo ou roto-percussivo, utilizando um tubo de revestimento em cuja extremidade é acoplada uma coroa de perfuração adequada às características geológicas da obra. No caso de ser necessário atravessar camadas de concreto, matacões ou rocha, utiliza-se martelo de fundo com “bits” acoplado a hastes com diâmetro inferior ao diâmetro interno do tubo de revestimento. Caso seja necessário dar continuidade à perfuração com revestimento, utiliza-se sapata para efetuar o alargamento do furo no material impenetrável. O material proveniente da perfuração é eliminado continuamente pelo refluxo do fluído de perfuração através do interstício criado entre o tubo de revestimento e o solo, devido à diferença existente entre diâmetros (Ø coroa > Ø tubo), lubrificando ainda a coluna e facilitando a descida do tubo. 15 A perfuração pode-se dar também internamente a uma camisa metálica cravada até o impenetrável, tendo a finalidade de criar um elo de ligação dessa camisa com a rocha através de um pino ou furo feito com martelo de fundo. Execução: Inicialmente, coloca-se o tubo de concretagem até o fundo da perfuração lançando a argamassa de baixo para cima, garantindo-se a troca do fluído de perfuração pela argamassa. Estando toda perfuração preenchida com argamassa, coloca-se um tampão no topo do revestimento precedendo-se a retirada do mesmo com o emprego de um extrator hidráulico e, concomitantemente executa-se a injeção de ar comprimido que é controlado para evitar deformações excessivas do terreno, garantindo a integridade do fuste e também a perfeita aderência da estaca com terreno. Essas operações são repetitivas, e deve-se adicionar argamassa para o complemento preenchimento do tubo visando o seu nível sempre acima da coroa de perfuração. A retirada do revestimento poderá ser executada também com o próprio equipamento de perfuração. Ressalva-se, que a pressão do ar aplicada é determinada pela absorção do terreno e deve também evitar a laminação da argamassa aplicada. Procedendo-se como acima, é permitido no dimensionamento estrutural da estaca considerar a resistência da argamassa, reduzindo sensivelmente a armadura necessária e obtendo um custo final menor. Nos casos de estacas metálicas perdidas, a concretagem segue o mesmo procedimento, não tendo a necessidade de compressão, pois o suporte e o contato são a própria camisa, não havendo deformação nenhuma Salienta-se, que para estacas com perfuração através de estruturas existentes, a solidarização, estaca/estrutura é imediata após a concretagem, praticamente não provocando esforços na estrutura enquanto se processa a transferências do carregamento, devido à baixa deformação necessária para a absorção da carga de trabalho pelas estacas. 16 8. Estaca Escavada As Estacas Escavadas mecanicamente caracterizam-se por serem moldadas no local após a escavação do solo. São executadas através de torres metálicas, apoiadas em chassis metálicos ou acopladas a caminhões. Em ambos os casos são empregados guinchos, conjunto de tração e haste de perfuração hidráulica, constituídas de trados em sua extremidade, procedendo-se o avanço através de prolongamento telescópico. O diâmetro das perfuratrizes varia de 0,30 a 1,80 metros, podendo-se executar desde estacas de pequena profundidade com equipamento de pequeno porte até grandes profundidades com equipamento de torre para 27 metros. A vantagem desta solução está na grande mobilidade e produção do equipamento, permitindo a amostragem do solo escavado, atingindo a profundidade determinada em projeto e a ausência de vibração, podendo ser executada próximo à divisa sem dano às construções vizinhas. Método Executivo a) Perfuração, colocação da armadura e concretagem 17 Uma vez instalado e nivelado o equipamento, posiciona-se a ponta do trado sobre o piquete de locação e inicia-se a perfuração. O trado é automaticamente esvaziado por força centrífuga. Esta operação é repetida várias vezes até se atingir a cota final estabelecida em projeto. Atingida a cota prevista em projeto e confirmada a característica do solo, em comparação com a sondagem mais próxima, procede-se com a colocação da armadura e posterior concretagem da estaca. b) Características do concreto O concreto deve satisfazer as seguinte exigências: a) Abatimento ou “slump test” = 20 ± 2 cm; b) fck = 20 MPa; c) Consumo de cimento não inferior a 300 kg/m³. Vantagens das Estacas Escavadas a) Conhecimento imediato e real de todas as camadas atravessadas e possibilidade de uma segura avaliação de capacidade de carga da estaca, mediante a coleta de amostra e seu eventual exame em laboratório; b) Ausência de vibração, pois a escavação se faz por rotação; c) Condições de resistir a cargas elevadas; d) Colocação direta dos arranques dos pilares, eliminando a confecção de blocos de capeamento, otimizando assim o cronograma geral da obra; e) Possibilidade de se executar estacas mesmo em presença de nível d’água, com uso de revestimento metálico. f) Possibilidade de se executar estacas inclinadas; g) Possibilidade da utilização das estacas para execução de estruturas de contenção (cortina de estacas justapostas). h) Custo inferior em relação a sapatas diretas em volume de concreto, escavação e material. 18 9. Estaca hélice contínua Tipo de fundação profunda constituída por concreto moldado 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. Dentre as principais vantagensdeste tipo de estaca destacam-se a elevada produtividade, promovida pela versatilidade de equipamento, que por sua vez leva à economia devido à redução dos cronogramas de obra, pode ser executada na maior parte dos maciços de solo, exceto quando ocorrem matacões e rochas, não produz distúrbios e vibrações típicos dos equipamentos a percussão, controle de qualidade dos serviços executados, além de não causar a descompressão do terreno durante a sua execução. As principais desvantagens estão relacionadas ao porte do equipamento, que necessita de áreas planas e de fácil movimentação, pela sua produtividade exige central de concreto no canteiro de obras, e pelo seu custo é necessário um número mínimo de estacas a se executar para compensar o custo com a mobilização do equipamento. 19 10. Estaca de concreto armado e protendido: São segmentos de concreto armado ou protendido com seção quadrada, ortogonal, circular vazada ou não, cravada no solo com o auxílio de bate estacas. Todas as estacas são protendidas fio por fio, permitindo uma distribuição de tensões rigorosamente uniforme em cada uma delas, possibilitando a excelência na qualidade da desforma à cravação. Os aços utilizados para a protensão são os RN- 150 e RN-175, entalhados e aliviados de tensões, com bitolas de 5, 6 e 8 mm, e limites de resistência superiores a 150 kgf/mm2 e 175 kgf/mm2. Todas as estacas são fabricadas com anel metálico, concretados juntamente com a peça. Tais anéis, além de proporcionarem a cravação das estacas em comprimentos ilimitados devido à possibilidade de emendas, garantem um bom desempenho das mesmas durante as cravações. As estacas de concreto são comercializadas com diferentes formatos geométricos. A capacidade de carga é bastante abrangente, podendo ser simplesmente armadas, protendidas, produzidas por vibração ou centrifugação. Para não onerar o custo de transporte das estacas, desde a fábrica até a obra, o seu comprimento é limitado a 12m. Por isso, quando se precisar de estacas com mais de 12m as peças devem ser emendadas. Essas emendas podem ser constituídas por anéis metálicos ou por luvas de encaixe tipo” macho e fêmea” quando as estacas não estiverem sujeitas a esforços detração tanto na cravação quanto na utilização ou em caso contrário, emendado tipo soldável, onde a altura (h) e a espessura (e) da chapa são função do diâmetro da armadura longitudinal e do diâmetro da estaca. 20 Cravação das estacas: Existem vários processos para cravação das estacas pré-moldadas, no entanto qualquer que seja o processo, utilizado em geral de modo a facilitar a passagem da estaca pelas diversas camadas do terreno, no final à estaca será sempre cravada por percussão. Para tanto, utiliza-se um tipo de guindaste especial chamado de bate-estaca que pode ser dotado de martelo (também chamado de pilão) de queda livre ou automático também denominado martelo diesel. Para amortecer os golpes do pilão e uniformizar as tensões por ele aplicadas à estaca, instala-se no topo desta um capacete dotado de “cepo” e “coxim”. O processo de cravação mais utilizado é o de cravação dinâmica, onde o bate- estaca utilizado é o de gravidade. Este tipo de cravação promove um elevado nível de vibração, que pode causar problemas a edificações próximas do local. O processo prossegue até que a estaca que esteja sendo cravada penetre no terreno, sob a ação de certo número de golpes, um comprimento pré-fixado em projeto: a “nega”, uma medida dinâmica e indireta da capacidade de carga da estaca. Em campo, “tira-se” a “nega” da estaca através da média de comprimentos cravados nos últimos 10 golpes do martelo. Sequencia executiva: - Posiciona-se o Bate Estaca; - Ergue-se a estaca pré-moldada; - Posiciona-se a Estaca; - Protege-se a Cabeça da Estaca; - Cravação Até a Nega; - Quebra e Preparo da Cabeça da Estaca; O objetivo de verificação da nega para as diferentes estacas é uniformidade de comportamento das mesmas; Deve-se ter cuidado com a altura de queda do martelo: a altura ideal está entre 1,5 a 2,0 metros, para não causar danos à cabeça da estaca e fissuração da mesma, não se esquecendo de usar também o coxim de madeira e o capacete metálico para proteger a cabeça da estaca contra o impacto do martelo, mesmo assim, estas estacas apresentam índice de quebra às vezes 21 alto. Se a altura for inferior à ideal, poderá dar uma “falsanega”. Estas estacas não resistem a esforços de tração e de flexão e não atravessam camadas resistentes. Outra vantagem destas estacas é que podem ser cravadas abaixo do nível d’água. Sua aplicação de rotina é em obras de pequeno a médio porte. Métodos usados para cravação das estacas: Caracterizadas por serem cravadas no terreno, utiliza-se os seguintes métodos: Percussão - é o método de cravação mais empregado, o qual utiliza- se pilões de queda livre ou automáticos. Um dos principais inconvenientes desse sistema é o barulho produzido. Prensagem - empregada onde há a necessidade de evitar barulhos e vibrações, utiliza macacos hidráulicos que reagem contra uma plataforma com sobrecarga ou contra a própria estrutura. Vibração - sistema que emprega um martelo dotado de garras (para fixar a estaca), com massas excêntricas que giram com alta rotação, produzindo uma vibração de alta frequência à estaca. Pode ser empregada tanto para cravação como para remoção de estacas, tendo o inconveniente de transmitir vibrações para os arredores. Vantagens e desvantagens Vantagens: 1. Permite uma boa fiscalização durante a concretagem; 2. Permite a moldagem de corpos-de-prova para verificação da resistência à compressão; 3. Permite a moldagem das estacas no local da obra; 4. Permite a emenda de peças. Desvantagens: 1. Tempo de cura normal do concreto de 21 dias; 2. A estaca não ultrapassa camada de solo resistente (N/30 > 15); 3. Dificuldades no transporte dentro da obra; 22 4. Durante a cravação, se o contato do martelo com o concreto não for realizado através de um material elástico, pode ocorrer a quebra a cabeçada estaca; 5. Grande vibração durante a cravação Comportamento estrutural: Além de resistir esforços verticais, as estacas de concreto também resistem a esforços horizontais pelo fato de elas serem armadas. A resistência aos esforços horizontais se dá no solo, e é como se a estaca estivesse engastada a uma certa profundidade, criando na estaca o movimento fletor e cisalhamento. 23 11. Estaca de madeira A estaca de madeira é o tipo mais antigo de estaca que se usou e o mais simples. Geralmente é utilizado no Brasil o eucalipto como estaca de madeira. Além de fundação, também é usada para cimbramento. As estacas são cravadas com bate-estacas de pequenas dimensões e martelos leves, e a relação entre o peso do martelo e o peso da estaca deve ser a maior possível, e no mínimo em torno de 1.0. Suas emendas usualmente são em sambladura, anel metálico ou talas de junção (aparafusadas). Permitem uma emenda fácil, como na imagem a seguir: As estacas de madeira devem ser utilizadas para pequenas cargas, e com as seguintes condições: · diâmetro mínimo de 15cm para a ponta e 25cm para o topo 24 · alinhamento entre os centros das seções do topo e ponta devem estar dentro da estaca · proteção do topo da estaca quanto a danos de cravação · arrasamento do topo da estaca deve estar abaixo do nível d'água a não ser que recebam um tratamento com eficácia comprovada. No caso deobras provisórias, esta exigência é dispensada. · em terrenos muito resistentes, a ponta deve ser protegida por ponteira de aço. 12. Estaca de aço Estacas de aço são geralmente utilizadas em fundações e contenções, e especialmente quando se deseja atingir profundidades muito elevadas. Por serem de aço devem ser retilíneas e uma vez cravadas em terreno natural dispensam tratamento especial, independentemente do nível d'água. No caso de trechos com materiais agressivos ao aço, é obrigatória a proteção, encamisamento de concreto, pintura epoxy, proteção catódica, etc.... As estacas podem ser de perfis laminados, perfis soldados, simples ou múltiplos, 25 tubos de aço, de chapa dobrada, e trilhos metálicos. As emendas podem ser soldadas, talas de junção ou talas aparafusadas. Geralmente, é usual cortar o seu topo danificado após o término da cravação. No caso de estacas submetidas a tração, deve-se soldar uma armadura de forma a transmitir os esforços à estaca. Em casos de penetrações elevadas, dada a pequena seção das estacas metálicas, ou ainda comportamentos não previstos pelas sondagens, interromper a cravação e após alguns dias verificar o efeito de "recuperação", ou se necessário executar provas de carga. Para estacas de aço, a relação entre o peso do martelo e o peso da estaca deve ser a maior possível, e no mínimo em torno de 1.0. Quando a cota de arrasamento estiver abaixo do plano de cravação, pode-se utilizar o suplemento (prolonga, noiva, etc..), que funciona como "guia" e é sacado após o término da cravação. O suplemento absorve parte razoável da energia de cravação, e são maiores as possibilidades de a estaca ser deslocada de sua posição. O seu uso deve ser restrito até 2,50 m, caso não sejam previstos recursos especiais. A utilização do suplemento deve ser prevista no cálculo da estaca, que no caso de terrenos variáveis, em que a estaca não atingir terreno satisfatório, pode ocorrer a perda da estaca. Algumas vantagens do uso de estacas metálicas : a) Eliminar vigas alavancas b) Utilizar estacas como contenção, incorporada nos muros de arrimo. c) Utilização como estrutura provisória. d) Produzem menos vibração que as estacas pré-moldadas. 26 13. 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 à 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. A folga do martelo e do capacete não deve ser superior a 3,0cm em relação às guias do equipamento. O formato do capacete deve ser adequado à seção da estaca e possuir superfície de contato plana, com encaixes com folga inferior a 3,0 cm, sendo periodicamente verificadas e corrigidas eventuais irregularidades. Suas dimensões externas devem ser compatíveis com as do martelo, de forma que a carga transmitida seja centrada. Estacas pré-moldadas de concreto armado: 27 Os procedimentos executivos devem ser de acordo com a NBR 6122/2010. No caso de estacas com concreto danificado abaixo da cota de arrasamento, deve- se fazer a demolição do trecho comprometido e recompô-lo até esta cota. Estacas cujo topo resulte abaixo da cota de arrasamento prevista devem ser emendadas fazendo-se o transpasse da armadura. O material a ser utilizado na recomposição deve apresentar resistência não inferior à do concreto da estaca. O topo da estaca, acima da cota de arrasamento, deve ser demolido. A seção resultante deve ser plana e perpendicular ao eixo da estaca e a operação de demolição deve ser executada de modo a não causar danos. 14. Estaca Mega As estacas são pré-moldadas, ou seja, seus elementos já foram concretados e curados, no caso de concreto, ou preparados, serrados e aplainados, no caso se forem de aço. As estacas são seguimentadas: uma estaca é formada por um ou mais seguimentos que são elementos pré-moldados com 50 cm de altura e diâmetro variável. Durante a execução após a cravação completa de um elemento outro elemento é colocado por sobre o primeiro e assim consecutivamente até o término da estaca. 28 As estacas são cravadas com equipamento hidráulico adequado, de acordo com as normas técnicas atuais. São usadas as vigas, paredes e lajes da estrutura do imóvel, nos locais de cravação, como ponto de apoio e reação para o avanço da cravação das estacas. Poderá, então, ocorrer o renivelamento ou erguimento da estrutura de forma parcial ou total, sendo esses, efeitos inerentes à cravação. A carga atingida pelas estacas e sua profundidade é valor dependente da possibilidade de reação da estrutura, podendo atingir a carga nominal das estacas, que é o desejável, ou uma carga menor, sendo cravada até a máxima possível. A energia de cravação, obtida da estrutura, é transferida para o solo na lateral da estaca (atrito lateral) e para a camada de solo imediatamente abaixo da ponta inferior da estaca (resistência de ponta), sendo a soma das duas forças a carga total. Para o término da estaca é feito o calçamento: é colocado um elemento horizontal especial sobre a parte de cima da estaca e o macaco de calçamento é acionado. Após isso são batidas as cunhas. Depois da retirada deste macaco de calçamento a estaca estará forçando a estrutura resistente (ponto a ser reforçado) com uma determinada carga através das cunhas. Esta carga permanece presente na estaca após a execução da mesma. Isto minimiza, ao máximo, a possibilidade de novos recalques nos locais de cravação. 29 15. Tipos de tubulões: Os tubulões dividem-se em dois tipos básicos: a céu aberto (normalmente sem revestimento) e a ar comprimido (ou pneumático), estes sempre revestidos com camisa de concreto armado ou camisa de aço (metálica). -tabela para o cálculo de resistência do solo SOLO Nº DE GOLPES (N) COMPACIDADE RESISTÊNCIA(kgf/cm²) AREIA E SILTE 0 - 4 Muito fofa 0 – 1 5 – 8 Fofa ou pouco compacta 1 - 2 9 – 18 Medianamente compacta 2 – 3 19 - 30 Compacta 3 – 4 31 - 50 Medianamente compacta 4 - 6 ROCHA SÃ - Impenetrável 100 kgf/cm² 30 SOLO Nº DE GOLPES (N) COMPACIDADE RESISTÊNCIA(kgf/cm²) ARGILA 0 - 2 Muito mole 0 – 0,25 3 – 5 Mole 0,5 - 1 6 – 10 Média 1,5 – 3 11 - 19Rija 3 – 4 20 - 30 Muito rija 4 – 5 31 - 40 Dura 5 - 8 Tensão admissível é igual a resistência em (kgf/cm²). Escolha dos tipos de tubulões: A escolha do tipo de tubulão é feita em função do tipo de terreno a ser penetrado, da posição do nível da água, do custo e do prazo disponível para execução do mesmo. Tubulão a céu aberto: Tubulões a céu aberto são elementos estruturais de fundações profundas, de grande porte, com seção circular, que apresentam, em geral, a base alargada e que são executados, como o nome sugere, a céu aberto. a) Sem Contenção Lateral - Esses tubulões, também chamados de pocinhos, têm seu fuste aberto por escavação manual, ou mecânica, sendo que a base é, em geral, escavada manualmente. Não utilizam nenhum escoramento lateral e, portanto o fuste, e em especial a base, somente podem ser executados em solos que apresentem um mínimo de coesão capaz de garantir a estabilidade da escavação. Nestes casos o diâmetro final resulta sempre maior do que o previsto em projeto (de 5 a 10%), e o atrito lateral ao longo do fuste são reduzidos. b) Com Contenção Lateral Parcial - Estas contenções parciais têm aproximadamente 2m e o solo é escoreado antes de prosseguir a escavação. c) Com Contenção Lateral Contínua - Um exemplo deste é o Gow, que emprega revestimentos metálicos telescópicos, os quais são recuperados à medida que o concreto é lançado para o interior da escavação. Alguns tipos de equipamentos cravam uma camisa metálica, desde a superfície; ao mesmo tempo em que realizam mecanicamente a escavação, como por exemplo, o tubulão tipo Benotto. Normalmente estes tubulões a céu aberto são executados acima do lençol freático pois a escavação manual da base, ou mesmo do fuste, não pode ser executada 31 abaixo do nível da água. Nada impede, entretanto, que se estenda a escavação utilizando-se de rebaixamento do lençol. Quando se emprega um sistema de rebaixamento, dois problemas podem ocorrer: • Volume de água a esgotar, que é função da permeabilidade do solo e do desnível de água; • Forças de percolação prejudiciais à estabilidade das paredes laterais do tubulão, e em especial, do alargamento da base. O rebaixamento do lençol freático pode ser executado por qualquer processo, até mesmo pela instalação de bombas no interior dos próprios tubulões, ou então em poços destinados a essa operação Metodologia executiva: • A partir do gabarito, faz-se a marcação do eixo da peça utilizando um piquete de madeira. Depois, com um arame e um prego, marca-se no terreno a circunferência que delimita o tubulão, cujo diâmetro mínimo é de 70 cm. • Inicia-se a escavação do poço até a cota especificada em projeto. No caso de escavação manual usa-se vanga, balde e um sarrilho para a retirada de terra. Nas obras com perfuração mecânica o aparelho rotativo acoplado a um caminhão retira a terra. Na fase de escavação pode ocorrer a presença de água. Nestes casos, a execução da perfuração manual se fará com um bombeamento simultâneo da água acumulada no poço. Poderá ocorrer, ainda, que alguma camada do solo não resista à perfuração e desmorone (no caso de solos arenosos). Então, será necessário o encamisamento da peça ao longo dessas camadas. Isto poderá ser feito através de tubos de concreto com o diâmetro interno igual ao diâmetro do fuste do tubulão. • Faz-se o alargamento da base de acordo com as dimensões do projeto. • Verificação das dimensões do poço, como: profundidade, alargamento da base, e ainda o tipo de solo na base. Certifica-se, também, se os poços estão limpos. • Colocação da armadura. • A concretagem é feita lançando-se o concreto da superfície (diretamente do caminhão betoneira, em caso de utilização do concreto usinado) através de um funil (tremonha), com o comprimento da ordem de 5 vezes seu 32 • Diâmetro, de modo a evitar que o concreto bata nas paredes do tubulão e se misture com a terra, prejudicando a concretagem (ALONSO,1979). O concreto se espalhará pela base pelo próprio impacto de sua descarga, porém, durante a concretagem, é conveniente sua interrupção de vez em quando e descer para espalhá-lo, de modo a evitar que fiquem vazios na massa de concreto. Tubulão a ar comprimido: Para tornar possível a escavação abaixo do lençol freático, ou seja, em solos onde haja água e não seja possível esgotá-la para evitar o desmoronamento das paredes do fuste, empregam-se os tubulões a ar comprimido com pressão equivalente à pressão de água intersticial. É importante ressaltar que no caso de utilização de ar comprimido, em qualquer etapa de execução dos tubulões, deve-se observar que o equipamento deve permitir que se atendam rigorosamente os tempos de compressão e descompressão prescritos pela legislação em vigor. Para trabalhar nestas condições, devem ser tomadas as seguintes providências: • Equipe permanente de socorro médico à disposição da obra; • Câmara de descompressão equipada disponível na obra; • Compressores e reservatórios de ar comprimido de reserva; • Renovação de ar garantida, sendo o ar injetado em condições para o trabalho humano. Comportamento estrutural dos tubulões: Os tubulões por meio de regras não são armados, salvo os a ar comprimido, onde a camisa se constitui na armação do tubulão. Na presença de esforços horizontais aplicados aos tubulões (pontes, viadutos) esse precisa ser armados. No caso dos tubulões não armados, coloca-se apenas uma armação de topo de ligação. O fuste dos tubulões trabalha como pilar confinado no solo. A base trabalha como bloco de fundação, submetido a esforços essencialmente de compressão. Para tanto, Observa-se o ângulo de inclinação da base de (60°) 33 Em tubulão, não é levado em conta o atrito lateral entre o fuste e o solo, para a determinação da capacidade de carga. Supõe-se que este atrito lateral existente, resista ao peso próprio do tubulão. Por este motivo, no dimensionamento de tubulões não é computado seu peso próprio. A base é responsável pela resistência de toda carga aplicada ao tubulão pela superestrutura. Na presença de esforços horizontais (H), serão absorvidos pelo solo que confina o fuste do tubulão, reagindo como um apoio elástico ao longo do fuste do tubulão. Utilização: Tubulões são utilizados em grandes cargas, por exemplos (pontes, viadutos, edifícios elevados e sempre que as camadas de solo resistente estiverem a grandes profundidades). (acima de 3,0 metros) Se for comparar o custo, esse tipo de fundação concorre com as estacas FRANKI O assentamento da base deve estar em solos firme, com a taxa de tensão admissível é igual ou superior a (4kgf/cm²) Em casos que o solo acima do nível de assentamento da base não apresentar agua, o tubulão pode ser executado totalmente a céu aberto, manualmente por operário chamados de poceiros. 34 Quando o nível de assentamento da base estiver abaixo do nível d’agua, será necessário executar o tubulão a ar comprimido, a partir do momento que se atinge o nível d’agua. Devem ser tomadas precauções na execução de tubulão a ar comprimido, devido a pressão aplicada. A pressão máxima de ar comprimido aplicado é de 2,5 atm, podendo chegar em situações excepcionais a 3 atm. (2,5 a 3,0 kgf/cm²), razão pela qual os tubulões pneumáticos terem sua profundidade limitada a (25 a 30m) abaixo do nível d’agua. O maior problema vem durante a descompressão. Pode provocar embolia, que é fatal para os seres humanos. A campânula de ar comprimido apresenta divisões, Uma delas serve como antecâmara de descompressão, onde o operáriopermanece antes e depois do seu trabalho, para que possa adaptar-se a variação de pressão. 35 16. Muro de arrimo São estruturas necessárias para conter o empuxo da terra, quando se quer criar um desnível vertical. Formas de muros de arrimo a) Muros de gravidade: São aqueles em que seu peso próprio garante a estabilidade contra o tombamento e deslizamento 36 b) Muros a flexão: São muros esbeltos em que seu peso próprio não é o suficiente para garantir a estabilidade, necessitando de outros elementos estabilizadores. Devido sua forma, esses muros são fletidos, devendo ser armados a flexão convenientemente. 37 17. Paredes diafragma A parede diafragma consiste em se realizar, no subsolo, um muro vertical de profundidades e espessuras variáveis, constituídos de painéis elementares alternados ou sucessivos, e aptos a absorver cargas axiais, empuxos horizontais e momentos fletores. A parede poderá ter função estática ou de interceptação hidráulica, podendo ser constituída de concreto simples ou armado, pré-moldada ou de coulis, conforme o escopo a que se destinar. Utilizada inicialmente na construção de “cut-off” de barragens para interceptação de fluxos de infiltração, passou a ser aplicada na solução de grande número de problemas. Parede diafragma pré-moldada As paredes diafragma pré-moldadas são constituídas por uma série de elementos em concreto armado, preparados em usina ou no próprio canteiro. Esses painéis são dimensionados e armados para responder às solicitações a que serão submetidos. Parede diafragma plástica A parede diafragma plástica é uma barreira vertical escavada com a utilização de “coulis” (mistura de cimento, bentonita e água), com o objetivo de reduzir a percolação horizontal da água. Para melhorar sua eficiência, a parede deve penetrar na camada de solo impermeável subjacente. 38 18. Contenção de taludes Existem dois tipos de Taludes que são a Talude natural que é a talude (terreno inclinado) formado naturalmente através da ação de ventos, chuva, sol entre outras forças da Natureza. O talude artificial é aquela construída pelo o homem, as taludes artificiais são aquelas que encontramos em minas a céu aberto, barragens, laterais de estradas, ruas, reservatórios de água, escavações para valas de assentamentos de tubos de água e no fundo de casas construídas perto de declives e aclives. Tabela - Ângulo de talude natural para diferentes tipos de solos Tipo de terreno Angulo do talude natural das terras em relação a um plano horizontal Terreno seco Terreno submerso Rocha dura 80º a 90º 80º Rocha mole (podre) 55º 55º Escombros rochosos, pedras 45º 40º Terra vegetal 45º 30º Terra forte (misto de areia e argila) 45º 30º Argila 40º 20º Pedregulho 35º 30º Areia fina 30º 20º Fonte: Rousselet. Existem diversos meios de criar uma contenção de Taludes como descrito abaixo: Contenção de Taludes com Lona Plástica; Contenção de Taludes através de Óleo Queimado; Contenção de Taludes utilizando Grama; 39 Contenção de Taludes utilizando Pneus usados; Contenção de Taludes através de Sacaria; Contenção de Taludes através de Solo Crampeado; Contenção de Taludes com Estaca Raiz; Contenção de Taludes através de Enrigecimento; Contenção de Taludes através de Drenagem; Contenção de Taludes através de Cortina Drenante; Contenção de Taludes através de Pedra de Mão; Contenção de Taludes através de Bloco de Concreto; Contenção de Taludes através de Concreto com Gigantes; Contenção de Taludes através de Concreto com Contrafortes; Contenção de Taludes através de Concreto Atirantado; Contenção de Taludes através de Estaca Prancha; 40 Conclusão O melhor tipo de fundação é aquela que suporta as cargas da estrutura com segurança e se adequa aos fatores topográficos, maciço de solos, aspectos técnicos e econômicos, sem afetar a integridade das construções vizinhas. É importante a união entre os projetos estrutural e o projeto de fundações num grande e único projeto, uma vez que mudanças em um provocam reações imediatas no outro, resultando obras mais seguras e otimizadas. 41 Bibliografia www.brasfond.com.br www.geosonda.com.br www.blogconstruir.arq.br www.estacasforte.com.br www.infrasoloengenharia.com.br
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