1a_aula_-_Defini__o_e_tipos_de_estacas

CURSOS ENGEDUCA www .cursos. engeduca.com.br PROJETO E EXECUÇÃO DE F UNDAÇÕES PROFUND AS EM ES T ACAS (Definição e ti pos mais co muns de es tacas e ntre nós) PROFESSOR Urbano Rodriguez Alonso MÊS DE 2016 DIREITOS AUTORAIS R ESERV ADOS contato@engeduca.co m.br 2 FUNDAÇ ÕES COM ESTACA S (DEFINIÇÃ O E TIPOS DE ESTACA S MA IS COMUNS ATUA LMENTE EM NOSSO MERCA DO – Métodos execut ivos) Urbano Rodriguez A lonso 1) Classificação das es tacas As estacas costumam ser classificadas sob div ersos aspectos: materiais constituintes (madeira, concreto, aço), tipo de instalação (prensadas, cravadas, vibradas e escavadas), custos e prazos ( análise de vantagens e desvantagens), etc. Todos esses aspectos fazem parte dos livros clássicos sobre fundaçõ es. Mas existe uma classificação pouco divul gada que se refere aos controles duran te a sua execução. Neste contexto podem-se dividi r as estacas em dois grupos: as que permitem um controle abrangente du rante sua ex ecução e as que esse co ntrole é pouco abran gente. No primeiro grupo estão as estacas prensadas, também denominadas “estacas MEGA” (cravadas com uso de macaco hidráulico, onde se mede a carga aplicada durante sua cravação) e as estacas cravada s com martelos de queda livre ou hidráulicos (pré-moldadas, metáli cas e Franki), estas on de se ob têm gr áficos de cravação, negas, repiques e, em caso s específicos, ensaios dinâmicos (ensa ios PDA – Pile Driving Analy ser). Já no caso das estacas com controle pouco abrangente não ex istem medidas de campo que permitam verificar, durante sua execução, a capacidade de carga das mesmas. Neste grupo incluem-se as estacas Strauss, as escavadas (com ou sem uso de fluido estabilizante) e as estacas hélice contí nua. Esta classificação é importante, pois as estaca s do segundo grupo necessitam de uma campanha de inv estigação geotécnica confiável, uma vez que o co mprimento das mesmas é definido em projeto e nã o se dispõe de medidas de campo que permitam confirmar a qualidade dessas investigações geotécnicas, na maioria das vez es apenas sondagens SPT. Isto tem sido a causa principal de alguns insucessos com este tipo de estacas, já q ue nos últimos anos j á não existem empresas de sondagens com a q ualidade que seria necessária, como já t ivemos oportunidade de expor, inclusive com relatos dos profs. Moacyr Schwab e Carlos Medeiros, publicados na revista Fundações e obras de Geotecnia em outubro de 2013 e maio de 2014, respectivamente. 2) Tipo de estacas atualmente mais frequen tes no mercado b rasileir o 2.1) Estacas prensadas (MEGA ) Estas e stacas são crav adas por prensa gem util izando-se macacos hidráulicos (Figura 1) e eram muito utiliz adas no passado como fundaçõe s, nos casos em que se queria evitar vibrações, barulhos e retirada de material escavado, prin cipalmente se o solo for contaminado. Quando se p retende usar estas estacas como fundação “normal” pode-se empregar uma plataforma com sobrecarga (“cargueira”), hoje em dia praticamente em desuso ( Figura 2), ou a própria estrutura. Neste caso exe cuta-se uma fund ação rasa dotada de f uros para a permitir a passagem das e stacas con forme se mo stra na Fi gura 3a e se executa parte da estrutu ra compatíve l com a capacidade de carga das fundações rasas. A pa rtir daí, usando a própri a estrutura como reação, cravam-se as estacas. Neste caso a cravação das estacas deve ser feita aos pares e simetricamente em relação ao eixo do pilar, enquanto as demais estacas permanece m incorporadas provi soriamente (Figura 3b). 3 Figura 1: Estacas ME GA sendo usadas com re forço de fundação Figura 2: Crav ação de estacas MEGA usando “cargueira” Figura 3: Estacas ME GA como fundação usando a próp ria estrutura como reação 4 Como a cravação das estacas é feita com macaco hi dráulico, a ca rga res istida pel a estaca , é conhecida durante a instalação. Por isso as estacas vão sendo testadas à medida que se ava nça o estaqueamento . Este p rocesso de instalação con fere a este tipo de estac as maior confiabilidade do ponto de vista de desempenho, pois permitem a realiz ação de provas de carga, geralmente realizadas em fins de se mana quando os serv iços de cravação es tão parados. Em decor rência disto, são as estacas que a presentam m enor dispersão de seus resultados, ou seja, o valor médio de carga admissível é praticamente atingido por todas as estaca s (baixíssi mos desvios padrão e coe ficiente de correlação). Em situações específicas podem ser utilizadas para permitir executar subsolos em obras já existentes, conforme se mostra na Figura 4. Neste caso as estacas podem ser construí das por perfis metálicos emendados à m edida que são cravados (menos comum) ou tubos rosqueados (mais frequente) face à sua velo cidade de emenda, ao contrário de perfis solda dos. Figura 4: Estacas ME GA usadas para criar su bsolos em obras ex istentes Paras au mentar a capa cidade de carga dessas estacas, foi de senvolv ido um “plus” nas mesmas onde após sua cravação se in jeta calda de cimento sob a ponta das mesmas (Figura 5). Figura 5: Estaca ME GA com injeção de calda de cimento sob a ponta 5 As cargas normalmente utiliz adas neste tio de estacas bem como a carga de cravação (1,5 vezes a carga de trabalh o) estão apresen tadas na Tabela 1. Tabela 1: Cargas de trabalho normalmente utilizadas nas estacas MEGA Tipo Diâmetro Especificação Cargas (tf) cravação trabalho Tubo metálico com rosca 3 1 / 2 ” (10 cm) Aço 1070 38 25 5” ’ (13 cm) Aço 1070 83 55 Concreto 10 ” (25 cm) f ck = 40 MPa 50 33 12” (30 cm) f ck = 40 PMa 90 60 2.2) Estacas escav adas com auxí lio de fluido estabi lizante (lama bent onítica ou políme ro) a) Generalidades O processo executivo deste tipo de estacas é mostrado na Figura 6. Essas estacas tanto podem ser confeccionadas co m caçambas o que lhes con fere uma forma circular (Figura 7), neste caso denomin adas “ estacões” ou usando cla m-shell q ue lhes confere uma forma retangula r, nest e caso denominadas “ba rretes” (Figura 8). Figura 6: Fases execu tivas de uma es taca escav ada com auxílio de fluido es tabilizante O controle de ca mpo, neste t ipo de estaca s, se restringe a u ma análise táctil visual do material escavado para compará-lo co m a sonda gem mais p róxima à estaca e também ao controle das características exigidas para o f luido estabilizante (pH, viscosidade, teor de areia), conforme Tabela 2 be m co mo a manter uma diferença de nív el entre o fluido estabili zante e o lençol freático superior a 1,5 m (quanto maior for esse desnível, m elhores são as condições de escavação e de concretagem). Por esta razão, normalmente se executa um dique à volta da estaca para garantir um desnív el superior a 1,5 m (Figura 9). 6 Tabela 2: Caracter ísticas do fluido es tabilizante Propriedades Valores Eq to ensaio Lama bentonítica Polímero Densidade (g/cm 3 ) 1,025 a 1,10 1,005 a 1,05 Densí metro Viscosidade (s) 30 a 90 35 a 120 Funil Marsh pH 7 a 11 8 a 12 Papel tornassol Teor de areia (%) ≤ 3 ≤ 3 Baroid sand Cake (mm) (*) 1 a 2 não forma “cake) (*) este ensaio não é mais feito na obra , mas deve ser cobrado do fornecedor da bentonita Figura 7: Equipamen to para executar es tacas circulares (“estacõ es”) Figura 8: Equipamen to para se executar estacas de seção re tangular (“barretes”) Camisa guia 7 Figura 9: Detalhe t ípico do “dique” usa do para garantir desnív el superior a1,5 m de entre o fluido estabilizante e o NA do lençol freático b) Aparelhos para con trole das carac terísticas do fluido estabilizan tes Para se realizarem os ensaios de campo do fluido estabiliza nte devem ser retiradas amostras coletadas no fundo da escava ção utilizando-se um recipiente coletor, similar ao mostrado na Figura 10a. Essas amost ras são l evadas até o local do ensaio onde se encontram os aparelhos a utiliz ar (Figura 10b). Foto 10: Recipiente para retirada de amost ra de lama e rea lização do ensaio b.1) Verificação da qua lidade da bentoni ta atrav és do “cake” Conforme já informamos acima o “cake” não é mai s medido na obra. Porém o mesmo deve ser soli citado oficialmen te ao fornecedor a cada partida de ben tonita re cebid a na ob ra. A medição desta propriedade, no passado, era real izada, na obra, utilizando-se o “filt er press” (Figura 11 ). Nota: No polí mero não há formação de “ca ke”. O ensaio é realiz ado colocando-se um v olume padrão de lama den tro de um cili ndro e submetendo-o a uma pressão constante de 7 kg/cm 2 durante 30 min. Nessas condições a água passa por um papel de f iltro colocado no f undo do recipiente escoando pelo or ifício sendo recolhida em um recipiente graduado. A l ama cria, então, sobre o f iltro, uma película (“cake”) que deve apresentar uma espessu ra de 1 a 2 mm. 8 Figura 11: Medida do “cake” b.2) Teor de areia Utiliza-se o frasco fabricado pela Baroi d. O ensaio é feito colocando-s e no frasco uma quantidade de lama até a marca “ Mud to Here” e completando- se com água até a marca “W ater to Here”. A seguir tampa-se, com o polegar, a boca do frasco e agita-s e a mistura que a seguir é derramada no recipiente que contém a peneira para reter as partícul as de arei a. Lav a-se, a seguir, o frasco e o recipiente que conté m a arei a fazendo passar pela penei ra a á gua de modo a carrear toda a l ama e deix ar ape nas a areia. A seguir é colocad o o funil no f rasco e virado sobre o me smo o recipiente q ue contém a areia fazendo passar por ela água que carreará a areia para o frasco. A areia decantada no fundo do frasco fornece, de maneira direta, a % de areia (Figura 12). Figura 12: Medida do teor de areia b.3) Ensaios da v iscosidade e da densidade A vi scosidade correspon de ao tempo nece ssário para que o vo lume col ocado n o cone (com a ponta fechada co m o polegar) escoa pelo frasco de v iscosidade (Figura 13 a). Para se determinar densidade utiliza-se a balança de densidade (Figura 13b) equil ibrando- se o volume de lama colocado no seu recipiente. A densidade é obtida diretamente na escala da balança. 9 (a) v iscosidade (d) densi dade Foto 13: Medidas da de nsidade e da v iscosidade b.4) Medida do pH É m edido com uma tira de papel de tornassol que ser á mergulhado na bentonita e se compara a cor por essa tira mostrada co m a tabela de cor pad rão. c) Aspe ctos relevantes das fases execu tivas das estacas escavadas com flu ido estab ilizante c.1) Instalação da ca misa-guia (no caso de estacões) ou mureta-guia (no caso de barretes) Para evitar desbarrancamentos do solo j unto à superfíci e, a perfuração é protegida com a camisa-guia m etálica com comprimento mínimo de 1,5 m e com diâmetro interno 10 cm superior ao di âmetro da es taca (Figura 7). Esta camisa ser á re cuperada após a execução da es taca e será reutilizada em novas estacas. No caso de barretes a camisa é substituída pela mur eta-guia (Fig ura 8b). Neste caso, co mo a mureta é de co ncreto armado, a mesma é perdid a. c.2) Perfuração Após a instalação da camisa-guia ( ou execução da m ureta- guia no caso das estacas barrete) inicia-se a perfuração com caçamba (estacões) ou clam-shell (barretes) adicionando o f luido estabiliz ante (lama bentoní tica ou polímero) e mantendo -se, sempre, u m desnív el entre o topo do fluido e o lençol freático (natural ou rebaixa do) mínimo de 1,5 m. Es ta diferença de ní vel é muito importante (e quanto maior f or esse desníve l m elhores serão as condições de execução da estaca). Para tal pode -se executar um dique como mos trado na Figura 9 . Após se at ingir a cota de ponta prevista para a estaca deve ser feita a desarenação ou até a troca de lama contaminada por nova. O máximo de areia permitido para poder descer a armadura e realiz ar a co ncretagem é 3%, além das de mais ca racterísticas co nforme se most ra na Tabela 4. No caso de rochas brandas a perfuração pode ser realizada tr ocando a caçamba por trado helicoidal com “wídia” nas bordas (Figura 14 ). 10 Figura 14: Troca da caçamba por trado com “wídia” para escav ar em rocha Também é possível escavar estacões em r ocha mais resistente do que a q ue aquela que a “widia” perf ura utiliz ando-se perfuração com “ circulação reversa” conforme se mostra na Figura 15. Neste caso a ca misa metálica é crav ada até a rocha co m martelo vibra tório ou por per cussão, faz-se a limpeza interna da camisa com benoto (ou at é caçamba) e a seguir instala-se o sistema de perfuração com circulação r eversa. Neste caso a camisa metálica poderá ser perdida (mais frequente) ou recuperad a, com o uso do mar telo vi bratório quando este for usado na cravação. Figura 15: Execução de estacão em rocha com c irculação reversa O sistema de per furação com circulação reversa tam bém pode ser substituí do por mart elo de fundo similar ao q ue se utiliza em estacas r aiz com perfuração em rocha, conforme se mostra na Figura 16. No caso de estacas barrete escav ados em rocha, usa-se a “fresa” conforme Figura 17. Neste caso não se recomend a o uso de polí mero pois o mesmo “en tope” a bomba de recalque.

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