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ENGENHARIA CIVIL APOSTILA DE FUNDAÇÕES – UNIDADE 1 TIPOS DE FUNDAÇÕES PROF.ª. DANIELA TAMWING ENGENHEIRA CIVIL RIO BRANCO, ACRE Esta apostila é compilação de diversos materiais, tais como, livros, revistas técnicas, artigos, sites e catálogos indicados nas referências. CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 1 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES SUMÁRIO 1.0 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 2 1.1 NBR 6122/2019 .................................................................................................................... 3 2.0 TIPOS DE FUNDAÇÕES ....................................................................................................... 4 3.0 FUNDAÇÕES RASAS ........................................................................................................... 7 3.1 BLOCOS E ALICERCES ....................................................................................................... 7 3.2 SAPATAS ............................................................................................................................. 11 3.3 RADIER ................................................................................................................................ 16 4.0 FUNDAÇÕES PROFUNDAS .............................................................................................. 18 4.1 TUBULÕES ............................................................................................................................ 18 4.2 ESTACAS CRAVADAS ...................................................................................................... 23 4.2.1 Estaca de madeira ...................................................................................................... 23 4.2.2 Estaca pré-moldadas de concreto ........................................................................ 25 4.2.3 Estaca metálica ........................................................................................................... 28 4.3 ESTACA FRANKI ................................................................................................................ 29 4.4 ESTACA STRAUSS .............................................................................................................. 32 4.5 ESTACA RAIZ ...................................................................................................................... 35 4.6 ESTACA MEGA .................................................................................................................. 37 4.7 BROCA ................................................................................................................................ 38 4.8 ESTACA ESCAVADA ........................................................................................................ 40 4.9 HÉLICE CONTÍNUA ........................................................................................................... 43 CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 2 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES 1.0 INTRODUÇÃO Fundações são os elementos estruturais cuja função é transmitir as cargas da estrutura ao terreno onde ela se apoia (AZEREDO, 1988). Assim, as fundações devem ter resistência adequada para suportar as tensões causadas pelos esforços solicitantes. Além disso, o solo necessita de resistência e rigidez apropriadas para não sofrer ruptura e não apresentar deformações exageradas ou diferenciais. (BARROS, 2003) A função da fundação é suportar com segurança as cargas provenientes do edifício. Convencionalmente, o projetista estrutural repassa ao projetista de fundação as cargas que serão transmitidas aos elementos de fundação. Confrontando essas informações com as características do solo onde será edificado, o projetista de fundações calcula o deslocamento desses elementos e compara com os recalques admissíveis da estrutura, ou seja, primeiro elabora- se o projeto estrutural e depois o projeto de fundação. (ABCP, 2019) Quando o projeto estrutural é elaborado em separado do projeto de fundação, considera-se, durante o dimensionamento das estruturas, que a fundação terá um comportamento rígido, indeslocável. Na realidade, tais apoios são deslocáveis e esse fator tem uma grande contribuição para uma redistribuição de esforços nos elementos da estrutura. Essa redistribuição ou nova configuração de esforços nos elementos estruturais, em especial nos pilares, provoca uma transferência das cargas dos pilares mais carregados para os pilares menos carregados. (ABCP, 2019) Geralmente, os pilares centrais são os mais carregados que os da periferia. Ao considerarmos a interação solo-estrutura no dimensionamento da fundação, os pilares que estão mais próximos do centro terão uma carga menor do que a calculada, havendo uma redistribuição das tensões. (ABCP, 2019) Dessa forma, é possível estimar os efeitos da redistribuição dos esforços na estrutura do edifício, bem como a intensidade e a forma dos recalques diferenciais. Consequentemente, teremos um projeto otimizado, podendo-se obter uma economia que pode chegar até 50% no custo de uma fundação. Torna-se clara a importância da união entre o projeto estrutural e o projeto de fundação em um único grande projeto, uma vez que os dois estão totalmente CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 3 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES interligados e mudanças em um provocam reações imediatas no outro. (BRITO, 1987) Para se escolher a fundação mais adequada, deve-se conhecer os esforços atuantes sobre a edificação, as características do solo e dos elementos estruturais que formam as fundações. Assim, analisa-se a possibilidade de utilizar os vários tipos de fundação, em ordem crescente de complexidade e custos (WOLLE, 1993). Fundações bem projetadas correspondem de 3% a 10% do custo total do edifício; porém, se forem mal concebidas e mal projetadas, podem atingir 5 a 10 vezes o custo da fundação mais apropriada para o caso. O custo da fundação aumenta também em casos em que as características de resistência do solo são incompatíveis com os esforços que serão a ele transferido, pois nestas situações, elementos de fundação mais complexos são exigidos, podendo-se ter, inclusive, a necessidade de troca de solo, com reaterro e compactação. Tudo isto levando a custos, muitas vezes, não previstos inicialmente. (BRITO, 1987) 1.1 NBR 6122/2019 A NBR 6122 – Projeto e execução de fundações, é uma das Normas mais importantes para a construção civil, e que deve estar sempre debaixo do braço de todo profissional. A NBR 6122 teve uma atualização bastante recente, ano de 2019, visando estabelecer critérios de projeto e de procedimentos de execução para dezessete tipos diferentes de fundações, além de definir também critérios para uma correta avaliação de seu desempenho. Com esta revisão a Norma substitui sua versão de 2010, que por si só já poderia ser considerada uma versão recente, ou seja, só aí já se é possível ver a importância desta NBR 6122 em específico. No próprio “Objetivo” da NBR 6122 ela já define a si mesma como: “Esta Norma fixa as condições básicas a serem observadas no projeto e execução de fundações de edifícios, pontes e demais estruturas.” CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 4 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES Ao todo a Norma possui 330 páginas, e é dividida em 9 tópicos, sendo eles: Objetivo - Já citado acima Documentos complementares - Todas as demais Normas necessárias para a realização e execução de um projeto de fundações Definições - Definição de todos os sistemas de fundações existentes e demais nomenclaturas utilizadas no escopo da Norma Investigações geotécnicas, geológicas e observações locais - Descrição detalhada das etapas do processo de análise do local da obra Cargas e segurançanas fundações - Coeficientes e tabelas para o auxílio correto dos cálculos por trás das fundações Fundações superficiais - Dimensionamento, informações e execução de fundações superficiais Fundações profundas - Dimensionamento, informações e execução de fundações profundas Escavações - Informações e diretrizes a serem tomadas com relação a escavações de terrenos Generalidades - Demais informações sobre a Norma 2.0 TIPOS DE FUNDAÇÕES As fundações podem ser classificadas de acordo com a sua profundidade: ▪ Fundações superficiais (“diretas” e rasas) ▪ Fundações profundas (diretas ou indiretas) As fundações se classificam em diretas e indiretas, de acordo com a forma de transferência de cargas da estrutura para o solo onde ela se apoia. Fundações diretas são aquelas que transferem as cargas para camadas de solos capazes de suportá-las, sem deformar-se exageradamente. Esta transmissão é feita através da base do elemento estrutural da fundação, considerando apenas o apoio da peça sobre a camada do solo, sendo CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 5 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES desprezada qualquer outra forma de transferência das cargas. As fundações diretas podem ser subdivididas em rasas e profundas. A fundação rasa se caracteriza quando a camada de suporte está próxima a superfície do solo (profundidade até 2,0 m), ou quando a cota de apoio é inferior à largura do elemento da fundação. A fundação é considerada profunda se suas dimensões ultrapassam todos os limites acima mencionados. (BARROS, 2003) Fundações indiretas são aquelas que transferem as cargas por efeito de atrito lateral do elemento do solo e por efeito de ponta. Estas, são sempre profundas, tem função da forma de transmissão de carga para o solo (atrito lateral) que exige grandes dimensões dos elementos de fundação. (BARROS, 2003) Abaixo, apresenta-se o quadro 1 com os principais tipos de fundações. Figura 1- Tipos de fundações Fonte: BARROS, 2003. A fundação direta é caracterizada pelo fato de a distribuição de carga do pilar para o solo ocorrer pela base do elemento de fundação, sendo que, a carga aproximadamente pontual que ocorre no pilar, é transformada em carga distribuída, num valor tal, que o solo seja capaz de suportá-la. Outra CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 6 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES característica da fundação direta é a necessidade da abertura da cava de fundação para a construção do elemento de fundação no fundo da cava. Figura 2 - Fundação rasa Fonte: Barros, 2011 A fundação profunda, a qual possui grande comprimento em relação a sua base, apresenta pouca capacidade de suporte pela base, porém grande capacidade de carga devido ao atrito lateral do corpo do elemento de fundação com o solo. A fundação profunda, normalmente, dispensa abertura da cava de fundação, constituindo-se, por exemplo, em um elemento cravado por meio de bate-estaca, conforme mostra figura abaixo. Figura 3 - Fundação profunda Fonte: Barros, 2011 CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 7 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES A NBR 6122 – Projeto e execução de fundações, conforme atualização de 2019, define fundação profunda e rasa de acordo recorte apresentado abaixo. Figura 4 - Recorte da NBR 6122/2019 3.0 FUNDAÇÕES RASAS Conforme apresentado anteriormente a fundação superficial pode ser definida como elemento de fundação em que a carga é transmitida ao terreno pelas tensões distribuídas sob a base da fundação, e a profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente da fundação é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação. A seguir apresenta-se as principais características dessas fundações. 3.1 BLOCOS E ALICERCES Este tipo de fundação é utilizado quando há atuação de pequenas cargas como por exemplo, um sobrado. Os blocos são elementos estruturais de grande rigidez, ligados por vigas denominados “baldrames”. Os eventuais esforços de tração são absorvidos pelo próprio material do bloco. Podem ser de concreto simples (não armado), alvenarias de tijolos comuns (Figura 5) ou mesmo de pedra de mão (argamassada ou não). Geralmente, usa-se blocos quando a profundidade da camada resistente do solo está entre 0,5 e 1,0 m de profundidade. Suportam predominantemente esforços de compressão simples provenientes das cargas dos pilares. (BRITO,1987). CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 8 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES Figura 5 - Blocos e Alicerces O que caracteriza a fundação em blocos é o fato de a distribuição de carga para o terreno ser aproximadamente pontual, ou seja, onde houver pilar existirá um bloco de fundação distribuindo a carga do pilar para o solo. Os blocos podem ser construídos de pedras, tijolos maciços, concreto simples ou de concreto armado. Quando um bloco é construído de concreto armado ele recebe o nome de sapata de fundação. (Barros, 2011) Figura 6 - Projeto de bloco CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 9 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES Os alicerces, também denominados de blocos corridos, são utilizados na construção de pequenas residências e suportam as cargas provenientes das paredes resistentes, podendo ser de concreto, alvenaria ou de pedra. (Barros, 2003). O alicerce é um tipo fundação para o caso de terrenos firmes e cargas pequenas, pode-se utilizar este tipo de fundação rasa e bem econômica que, nada mais é do que viga, calculada como viga sobre base elástica e construída em uma cava com muito pouco profundidade, destinada a suportar a carga de todas as paredes de uma construção, transferindo-a ao solo. (Barros, 2011). O processo de execução de um alicerce consiste em (Barros, 2003): 1. Escavação: executar a abertura da vala; Figura 7 - Valas para alicerces 2. Promover a compactação da camada do solo resistente, apiloando o fundo; 3. Colocação de um lastro de concreto magro (90 kgf/cm2 ) de 5 a 10 cm de espessura; 4. Execução do embasamento, que pode ser de concreto, alvenaria ou pedra; 5. Construir uma cinta de amarração que tem a finalidade de absorver esforços não previstos, suportar pequenos recalques, distribuir o carregamento e combater esforços horizontais. A cinta de amarração pode ser de concreto armado, mas muitas vezes, utiliza-se a própria alvenaria como fôrma lateral; 6. Camada impermeabilizante: sua função é evitar a subida da umidade por capilaridade para a alvenaria de elevação; sua execução deve evitar CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 10 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES descontinuidades que poderão comprometer seu funcionamento. São diversos os sistemas de impermeabilização empregados, sendo hoje muito comum o emprego de argamassas poliméricas ou mesmo emulsões asfálticas ou acrílicas. A impermeabilização deverá se estender pelo menos 10 cm para baixo do topo da alvenaria de embasamento. Figura 8 - Impermeabilização de viga baldrame Deve-se, ainda, observar com cuidado: - Se há ocorrência de formigueiros e raízes de árvore no momento da escavação da vala; – Compatibilização da carga da parede x largura do alicerce, observando: eventual distinção da largura dos alicerces para as diferentes paredes, e o uso adicional de brocas em pontos isolados, como reforço de fundação; – Se o terreno está em declive, deve-se fazer o alicerce em escada (Figura 3.3). Figura 9 - Execução de alicerce em declive CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 11 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES 3.2 SAPATAS Ao contrário dos blocos, as sapatas não trabalham à compressão simples, mas também a flexão, devendo, neste caso, serem executadas incluindo material resistente a tração. (Barros, 2003) • Sapata Isolada A sapata é definida na NBR 6122/2019 (item 3.38) como o “elemento de fundação rasa, de concreto armado, dimensionado de modo que as tensõesde tração nele resultantes sejam resistidas pelo emprego de armadura especialmente disposta para esse fim.” Na NBR 6118 (item 22.6.1), sapata é definida como as “estruturas de volume usadas para transmitir ao terreno as cargas de fundação, no caso de fundação direta.” Na superfície correspondente à base da sapata atua a máxima tensão de tração, que supera a resistência do concreto à tração, de modo que se torna necessário dispor uma armadura resistente, geralmente na forma de malha4 (Figura x). É recomendado e comum escolher a altura da sapata grande o suficiente para evitar a armadura transversal (vertical) resistente às forças cortantes, que também atuam na sapata, pois os estribos teriam alturas variáveis. Figura 10 - Sapata de fundação com armadura principal A sapata isolada é um elemento de concreto de forma piramidal (retangular) nos pontos que recebem as cargas dos pilares. Na realidade, as formas que a sapata isolada pode ter em planta são muito variadas, mas a retangular é a mais comum. Como ficam isoladas, essas sapatas são interligadas pelo baldrame. CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 12 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES Trata-se de um dos tipos de fundações superficiais mais simples e comuns na construção civil. Mesmo assim, é indicada para a composição de fundações assentadas em terrenos firmes. Figura 11 - Sapata Para construção de uma sapata isolada, são executadas as seguintes etapas (Barros, 2003): 1. fôrma para o rodapé, com folga de 5 cm para execução do concreto “magro”; 2. posicionamento das fôrmas, de acordo com a marcação executada no gabarito de locação; 3. preparo da superfície de apoio; 4. colocação da armadura; 5. posicionamento do pilar em relação à caixa com as armações; 6. colocação das guias de arame, para acompanhamento da declividade das superfícies do concreto; 7. concretagem: a base poderá ser vibrada normalmente, porém para o concreto inclinado deverá ser feita uma vibração manual, isto é, sem o uso do vibrador. Obs.: a etapa 3 compreende a limpeza do fundo da vala de materiais soltos, lama, o apiloamento com soquete ou sapo mecânico e a execução do concreto “magro”, que é um lastro de concreto com pouco cimento, com função de regularizar a superfície de apoio e não permitir a saída da água do concreto da sapata, além de isolar a armadura do solo. A vala deve ser CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 13 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES executada com pelo menos 10 cm de folga a mais da largura da sapata para permitir o trabalho dos operários dentro dela. • Sapata Corrida São elementos contínuos que acompanham a linha das paredes, as quais lhes transmitem a carga por metro linear (BRITO,1987). Para edificações cujas cargas não sejam muito grandes, como residências, pode-se utilizar alvenaria de tijolos (neste caso, confunde-se com o alicerce, anteriormente abordado). Caso contrário, ou ainda para profundidades maiores do que 1,0 m, torna-se mais adequado e econômico o uso do concreto armado (Figura 12). Figura 12 - Sapata Corrida Esse tipo de sapata é comum em construções de pequeno porte. Como exemplo, podem ser citadas casas e edificações de baixa altura, galpões, muros de divisa e de arrimo, paredes de reservatórios e piscinas, entre outros. Figura 13 - Sapata Corrida CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 14 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES Geralmente não há necessidade de usar máquinas especiais para a escavação. Assim como a anterior, é também indicada para a composição de fundações assentadas em terrenos firmes. Figura 14 - Execução de sapata corrida • Sapata Associada A sapata associada é também chamada de sapata combinada. É aquela comum a mais de um pilar. Ou seja, ela transmite ações de dois ou mais pilares, sendo utilizada como alternativa quando a distância entre duas ou mais sapatas é pequena. Um projeto econômico deve ser feito com o maior número possível de sapatas isoladas. No caso em que a proximidade entre dois ou mais pilares seja tal que as sapatas isoladas se superponham, deve-se executar uma sapata associada. A viga que une os dois pilares denomina-se viga de rigidez (Figura 3.6), e tem a função de permitir que a sapata trabalhe com tensão constante (BRITO,1987). Figura 15 - Sapata Associada CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 15 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES • Sapata Alavancada No caso de sapatas de pilares de divisa ou próximos a obstáculos onde não seja possível fazer com que o centro de gravidade da sapata coincida com o centro do pilar, cria-se uma viga alavancada ligada entre duas sapatas, de modo que um pilar absorva o momento resultante da excentricidade da posição do outro pilar. Basicamente, é o tipo de fundação utilizado quando a base da sapata não coincide com o centro de gravidade do pilar por estar próximo a alguma divisa ou outro obstáculo. Desse modo, é criada uma viga entre duas sapatas de maneira a suportar o momento fletor gerado pela excentricidade. Figura 16 - Sapata Alavancada CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 16 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES 3.3 RADIER A utilização de sapatas corridas é adequada economicamente enquanto sua área em relação à da edificação não ultrapasse 50%. Caso contrário, é mais vantajoso reunir todas as sapatas num só elemento de fundação denominado radier. Este é executado em concreto armado, uma vez que, além de esforços de compressão, devem resistir a momentos provenientes dos pilares diferencialmente carregados, e ocasionalmente a pressões do lençol freático (necessidade de armadura negativa). Figura 17 - Etapas de execução de Radier O fato do radier ser uma peça inteiriça pode lhe conferir uma alta rigidez, o que muitas vezes evita grandes recalques diferenciais (BRITO,1987). Uma outra vantagem é que a sua execução cria uma plataforma de trabalho para os serviços posteriores; porém, em contrapartida, impõe a execução precoce de todos os serviços enterrados na área do radier (instalações sanitárias, etc.). CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 17 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES Figura 18 - Execução de Radier No radier com concreto armado a estrutura é composta por telas ou malhas de aço cobertas com concreto. Esta é a técnica é a mais utiliza e muito comum em construções pequenas. Temos também o radier com concreto protendido que é muito utilizado em áreas grandes, como salões de festas e estacionamentos. Esta técnica utiliza uma tela com cabos de aço coberta com concreto. Depois aplicado o concreto e antes da secagem completa (cura), os cabos de aço são esticados (tensionados) com um macaco hidráulico. CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 18 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES Deve-se ter o controle durante a execução desse tipo fundação: – Locação dos eixos dos pilares; – Cota do fundo da escavação; – Nivelamento do fundo da escavação; – Colocação dos componentes das instalações e passagens, enterrados. 4.0 FUNDAÇÕES PROFUNDAS Como descrito anteriormente, são fundações caracterizadas pelo comprimento preponderante em relação à seção transversal. São fundações cuja resistência é composta de duas parcelas. A primeira é baseada na superfície de sua extremidade que distribui o peso atuante, sobre ela, no solo (ponta). A segunda parcela é gerada pela força de atrito entre a sua superfície lateral da estaca e o solo. Podem ser cravadas ou escavadas no solo. 4.1 TUBULÕES De acordo a NBR 6122/2019, tubulão é definido como elemento de fundação profunda em que, pelo menos na etapa final da escavação do terreno, faz-se necessário o trabalho manual em profundidade para executar o alargamento de base ou pelo menos para a limpeza do fundo da escavação, uma vez que CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL19 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES neste tipo de fundação as cargas são resistidas preponderantemente pela ponta. Tubulões são elementos estruturais da fundação que transmitem a carga ao solo resistente por compressão, através da escavação de um fuste cilíndrico e uma base alargada tronco-cônica a uma profundidade igual ou maior do que três vezes o seu diâmetro (BRITO,1987). De acordo com o método de sua escavação, os tubulões se classificam em: • Tubulões a céu aberto Consiste em um poço aberto manualmente ou mecanicamente em solos coesivos, de modo que não haja desmoronamento durante a escavação, e acima do nível d’água (Figura 3.9). Quando há tendência de desmoronamento, reveste-se o furo com alvenaria de tijolo, tubo de concreto ou tubo de aço. O fuste é escavado até a cota desejada, a base é alargada e posteriormente enche-se de concreto (BRITO,1987). Figura 19 - Tubulão a céu aberto CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 20 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES O processo de execução da fundação deve seguir as seguintes etapas: 1. 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 70cm. 2. 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. Nestas 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. 3. Faz-se o alargamento da base de acordo com as dimensões do projeto. CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 21 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES 4. 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. 5. Colocação da armadura. 6. 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 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. • Tubulões com ar comprimido Este tipo de fundação é utilizado quando existe água, exige-se grandes profundidades e existe o perigo de desmoronamento das paredes. Neste caso, a injeção de ar comprimido nos tubulões impede a entrada de água, pois a pressão interna é maior que a pressão da água, sendo a pressão empregada no máximo de 3 atm, limitando a profundidade em 30m abaixo do nível d’água (Figura 3.10). Isso permite que seja executados normalmente os trabalhos de escavação, alargamento do fuste e concretagem. O equipamento utilizado compõe de uma câmara de equilíbrio e um compressor. Durante a compressão, o sangue dos homens absorve mais gases do que na pressão normal. Se a descompressão for feita muito rapidamente, o gás absorvido em excesso no sangue pode formar bolhas, que por sua vez podem provocar dores e até morte por embolia. Para evitar esse problema, antes de passar à pressão normal, os trabalhadores devem sofrer um processo de descompressão lenta (nunca inferior a 15 minutos) numa câmara de emergência (BRITO,1987). Estes tubulões são encamisados com camisas de concreto ou de aço. No caso de camisa de concreto, a cravação da camisa, abertura e concretagem da base é feita sob ar comprimido, pois o serviço é feito manualmente. Se a camisa CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 22 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES é de aço, a cravação é feita a céu aberto com auxílio de um bate estacas e a abertura e concretagem do tubulão são feitos a ar comprimido. Figura 20 - Tubulão de ar comprimido Deve-se ter o controle durante a execução desse tipo fundação: CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 23 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES – locação do centro do tubulão; – cota do fundo da base do tubulão; – verticalidade da escavação; – alargamento da base; – posicionamento da armadura, quando houver, e da armadura de ligação; – dimensões (diâmetro) do tubulão; – concretagem (não misturar o solo com o concreto e evitar que se formem vazios na base alargada; – tubulão a ar comprimido: pressão do ar no interior do tubulão, risco de acidentes. 4.2 ESTACAS CRAVADAS São constituídas de peças estruturais do tipo barra que, através de um sistema de percussão, são cravados no solo até que haja a “nega” da peça, ou seja: que esta não apresente mais penetração no solo ou que apresente penetração irrelevante. Esses elementos podem ser constituídos de madeira, aço ou mesmo concreto. A seguir apresenta-se algumas vantagens e desvantagens: 4.2.1 Estaca de madeira São troncos de árvores cravados com bate-estacas de pequenas dimensões e martelos leves. Antes da difusão da utilização do concreto, elas eram CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 24 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES empregadas quando a camada de apoio às fundações se encontrava em profundidades grandes. Figura 21 - Estaca de madeira Para sua utilização, é necessário que fiquem totalmente abaixo d’água. Utilizam-se estacas de madeira para execução de obras provisórias, principalmente em pontes e obras marítimas. Os tipos mais usados são eucalipto, aroeira, ipê e guarantã. (Barros, 2003) Em locais onde é fácil ter acesso à madeira de lei o custo deste tipo de estaca torna-se inferior às demais. Em muitas regiões do Brasil este tipo de fundação ainda é uma opção barata. Além do preço, as estacas de madeira são leves e fáceis de transportar. Isso é uma grande vantagem para facilitar a execução da fundação. (DALDEGAN, 2017) Outra vantagem é a facilidade em fazer emendas neste tipo de estaca, proporcionando o alcance de uma boa profundidade sem comprometer o funcionamento estrutural da mesma. (DALDEGAN, 2017) Este tipo de estaca também possui um grande período de vida útil quando trabalham submersas. Em fundações antigas, na condição especificada, as estacas se apresentam quase que intactas após muitos anos de utilização. (DALDEGAN, 2017) CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 25 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES No entanto, este tipo de fundação também possui desvantagens, que podem até inviabilizar seu uso. A primeira desvantagem é que as estacas de madeira não devem ser utilizadas em ambientes com variação do nível do lençol freático. Ou seja, elas só devem ser utilizadas em ambientes submersos. Esta variação do nível de água favorece o apodrecimento da madeira com o surgimento de fungos aeróbicos. (DALDEGAN, 2017) É possível criar uma proteção na superfície da madeira contra o ataque de fungos, o que possibilita seu uso em ambientes onde ela não está submersa, mas isso pode inviabilizar seu uso. (DALDEGAN, 2017) Outra desvantagem é que este tipo de estaca é mais frágil durante o processo de cravação. Caso o executor não tenha a experiência e o cuidado necessário é possível estragar a cabeça da estaca durante a cravação. (DALDEGAN, 2017) Deve-se ter o controle durante a execução desse tipo fundação: –locação do centro das estacas; – profundidade de cravação; – proteção da cabeça das estacas (colocação do capacete metálico); 4.2.2 Estaca pré-moldadas de concreto Estas estacas podem ser de concreto armado ou protendido e, como decorrência do problema de transporte e equipamento, têm limitações de equipamentos, sendo fabricadas em segmentos, o que leva em geral à necessidade de grandes estoques e requerem armaduras especiais para içamento e transporte. Costumam ser fabricadas em firmas especializadas, com suas responsabilidades bem definidas, ou no próprio canteiro, sempre num processo sob controle rigoroso. (Barros, 2003) Na sua confecção, o concreto pode ser vibrado, centrifugado, ou ainda pode- se usar o processo de extrusão. Em relação à armadura pode ser de concreto armado ou de concreto protendido. Já a cravação da estaca pré- moldada pode ser feita por vibração, percussão e prensagem, dependendo do tipo e tamanho da estaca, tipo e resistência do solo, edificações vizinhas à CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 26 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES construção, projeto de fundação, características próprias de cada obra e seu custo, de acordo com a NBR 6122:2019. Figura 22 - Estaca pré-moldada de concreto Apesar de ser uma estaca de fácil execução, nem sempre é possível utilizá-la, em função das edificações presentes nas redondezas, isso porque a vibração que ocorre no solo quando é feita a cravação com o bate-estaca pode alcançar as construções próximas e ocasionar danos, como trincas e fissuras. Além do controle de qualidade, as estacas pré-moldadas de concreto são excelentes opções para execução de fundação em solos com lençol freático próximo ao nível do solo e colaboram com uma obra mais limpa, uma vez que não há escavação, eliminando custos de bota fora e limpeza da obra. O comprimento de cravação real às vezes difere do previsto pela sondagem, levando a duas situações: a necessidade de emendas ou de corte. No caso de emendas, geralmente constitui-se num ponto crítico, dependendo do tipo de emenda: luvas de simples encaixe, luvas soldadas, ou emenda com cola epóxi através de cinta metálica e pinos para encaixe, este último tipo mais eficiente (Figura 3.11). Quando o comprimento torna-se muito grande, há um limite para o qual não há comprometimento da linearidade da estaca, o que exige certo controle. Por outro lado, quando há sobra, o corte ou arrasamento deve ser feito de maneira adequada no sentido de evitar danos à estaca. Apresenta-se em várias seções (versatilidade): quadradas, circulares, circulares centrifugadas (SCAC), duplo “T”, etc. As vazadas podem permitir inspeção após a cravação. O processo de cravação mais utilizado é o de cravação dinâmica, CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 27 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES onde o bate-estacas 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 um 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. O objetivo de verificação da nega para as diferentes estacas é a unifomidade de comportamento das mesmas (LICHTENSTEIN,N.B.;GLAZER,N., s.d.). Figura 23 - Nega Deve-se ter cuidado com a altura de queda do martelo: a altura ideal está entre 1,5 a 2,0 m, para não causar danos à cabeça da estaca e fissuração da mesma, não 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 alto. Se a altura for inferior à ideal, poderá dar uma “falsa nega”. 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. O processo executivo de cravação emprega como equipamentos um dos três tipos de bate-estacas: – bate-estacas por gravidade: consta, basicamente, de um peso que é levantado através de um guincho e que cai orientado por guias laterais. A CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 28 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES freqüência das pancadas é da ordem de 10 por minuto e o peso do martelo varia entre 1,0 a 3,5 ton. – bate-estacas a vapor: 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 e o peso do martelo de 4,0 ton. Como variante deste tipo, temos o chamado bate- estacas de duplo efeito, onde a pressão do vapor acelera a descida do macaco, aumentando assim o número de pancadas para cerca de 250 por minuto . – bate-estacas a explosão: o levantamento do peso é feito através da explosão de gases (tipo diesel). Este tipo de bate-estacas está hoje sofrendo grande evolução (BRITO,1987). Deve-se ter o controle durante a execução desse tipo fundação: – locação das estacas; – profundidade de cravação; – ocorrência de fissuras; – verticalidade; – nega – altura de queda do pilão; – execução da emenda; – cota de arrasamento da cabeça da estaca; – proteção da cabeça da estaca. 4.2.3 Estaca metálica As estacas metálicas podem ser perfis laminados, perfis soldados, trilhos soldados ou estacas tubulares. Podem ser cravadas em quase todos os tipos de terreno: possuem facilidade de corte e emenda; podem atingir grande capacidade de carga; trabalham bem à flexão e se utilizadas em serviços provisórios, podem ser reaproveitadas várias vezes. (Barros, 2003) CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 29 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES Figura 24 - Estaca Metálica Seu emprego necessita com cuidados sobre a corrosão do material metálico. Sua maior desvantagem é o custo maior em relação as estacas pré-moldas de concreto, Strauss e Franki Produzidas industrialmente, são constituídas por peças de aço laminado ou soldado tais como perfis de seção I e H, chapas dobradas de seção circular (tubos), quadrada e retangular, bem como os trilhos, estes geralmente reaproveitados após sua remoção de linhas férreas, quando perdem sua utilização por desgaste. Tanto os perfis quanto os trilhos podem ser empregados como estacas em sua forma simples ou como composição paralela de vários elementos. Embora seja relativamente elevado o custo das estacas metálicas comparado com de outros tipos de estaca, em várias situações a utilização das mesmas se torna economicamente viável, pois podem atender a várias fases de construção da obra além de permitir uma cravação fácil, provida de baixa vibração, trabalhando bem à flexão e não tendo maiores problemas quanto à manipulação, transporte, emendas ou cortes. A cravação das estacas pode ser feita por percussão, prensagem ou vibração. A escolha do equipamento deve ser feita de acordo com o tipo, dimensão da estaca, características do solo, condições de vizinhança, características do projeto e peculiaridades do local. A cravação por percussão é o processo mais utilizado, utilizando-se para tanto pilões de queda-livre ou automáticos. 4.3 ESTACA FRANKI CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 30 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES As estacas tipo Franki apresentam grande capacidade de carga e podem ser executadas a grandes profundidades, não sendo limitadas pelo nível do lençol freático. Seus maiores inconvenientes dizem respeito à vibração do solo durante a execução, área necessária ao bate-estacas e possibilidadede alterações do concreto do fuste, por deficiência do controle. Sua execução é sempre feita por firma especializada (BRITO, 1987). Figura 25 - Estaca Franki Em situações especiais, sobretudo em zonas urbanas, pode-se atravessar camadas resistentes em que as vibrações poderiam causar problemas com construções vizinhas, por meio de perfuração prévia ou cravando-se numa primeira etapa o tubo com a ponta aberta e desagregando-se o material com a utilização de uma ferramenta apropriada e água (ALONSO, 1979). A execução deste tipo de estaca segue o seguinte procedimento (Barros, 2003): 1. 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 sobre as CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 31 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES paredes do tubo. Ao se bater com o pilão na bucha, o mesmo arrasta o tubo, impedindo a entrada de solo ou água; 2. Atingida a camada desejada, o tubo é preso e a bucha expulsa por golpes de pilão e fortemente socada contra o terreno, de maneira a formar uma base alargada; 3. Uma vez executada a base e colocada a armadura, inicia-se a concretagem do fuste, em camadas fortemente socadas, extraindo-se o tubo à medida da concretagem, tendo-se o cuidado de deixar no mesmo uma quantidade suficiente de concreto para impedir a entrada de água e de solo. Figura 26 - Execução estaca Franki No caso de existir uma camada espessa de argila orgânica mole saturada, a concretagem do fuste pode ser feita de duas maneiras: – crava-se o tubo até terreno firme, enche-se o mesmo com areia, arranca-se o tubo e torna-se a cravá-lo no mesmo lugar. Deste modo, forma-se uma camada de areia que aumentará a resistência da argila mole e protegerá o concreto fresco contra o efeito de estrangulamento; – após a cravação do tubo, execução da base e colocação da armação, enche-se inteiramente o mesmo com concreto plástico (slump de 8 a 12 cm) e em seguida o mesmo é retirado de uma só vez com auxílio de um equipamento CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 32 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES vibrador acoplado ao tubo. A este processo executivo dá-se o nome de estaca Franki com fuste vibrado (ALONSO, 1979). Deve-se ter o controle durante a execução desse tipo fundação: – locação do centro das estacas; – profundidade de cravação/escavação; – verticalidade do tubo e de sua retirada da camisa, para não haver estrangulamento do fuste; – velocidade de execução; – armação das estacas; – nega; – cota de arrasamento da cabeça da estaca; – altura de queda do pilão; – volume de concreto empregado na execução do bulbo. 4.4 ESTACA STRAUSS É uma fundação em concreto (simples ou armado), moldada in loco, executada com revestimento metálico recuperável. Para sua execução, são empregados os seguintes equipamentos: tripé de madeira ou aço, guincho acoplado a motor, sonda de percussão, soquete, tubos de aço, guincho manual, roldanas, cabos e ferramentas. (Barros, 2003) O processo executivo se inicia com a abertura de um furo no terreno, utilizando o soquete, até 1,0 a 2,0 m de profundidade, para colocação do primeiro tubo, dentado na extremidade inferior, chamado “coroa”. Em seguida, aprofunda-se o furo com golpes sucessivos da sonda de percussão, retirando-se o solo abaixo da coroa. De acordo com a descida do tubo metálico, quando necessário é rosqueado o tubo seguinte, e prossegue-se na escavação até a profundidade determinada (APEMOL, s.d.). CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 33 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES Figura 27 - Estaca Strauss Para concretagem, lança-se concreto no tubo até se obter uma coluna de 1,0 m e apiloa-se o material com o soquete, formando uma base alargada na ponta da estaca. Para formar o fuste, o concreto é lançado na tubulação e apiloado, enquanto que as camisas metálicas são retiradas com o guincho manual. A concretagem é feita até um pouco acima da cota de arrasamento da estaca. Após esta etapa, coloca-se barras de aço de espera para ligação com blocos e baldrames na extremidade superior da estaca. Figura 28 - Execução estaca Strauss CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 34 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES Finalmente, remove-se o concreto excedente acima da cota de arrasamento, quebrando-se a cabeça da estaca com ponteiros metálicos. A estaca Strauss pode ser empregada em locais confinados ou terrenos acidentados devido à simplicidade do equipamento utilizado. Sua execução não causa vibrações, evitando problemas com edificações vizinhas. Porém, em geral possui capacidade de carga menor que estacas Franki e pré-moldadas de concreto e possui limitação devido ao nível do lençol freático. A estaca Strauss veio com o intuito de substituir as pré-moldadas, tudo isso pelo fato delas não fornecerem vibrações ao solo ou apresentarem ruídos. E, devido ao fato de possuir um preço de mercado competitivo, isso faz desta fundação uma boa pedida, entretanto, ela é mais indicada para estruturas de pequeno e médio porte. Isso se dá ao fato de que a carga admissível por esta estaca é pequena. Uma de suas principais vantagens reside na sua facilidade de mobilização e na simplicidade de seus equipamentos, isso faz com que este tipo de estaca possua um ótimo custo-benefício. Além disso, quando bem executada, ela preenche todos os espaços vazios que hajam entre o solo e a estaca, e consequentemente isso faz com que o atrito lateral aumente. Para este tipo de estaca em específico, há alguns tipos de solos que são (e não são) ideias para seu uso. O processo se aplica em solos secos ou, submersos, de média a baixa permeabilidade e que apresentam alguma coesão, que necessitem, entretanto, de um revestimento para impedir o desmoronamento das paredes sob a ação do fluxo de água. Deve-se ter o controle durante a execução desse tipo fundação: – locação das estacas; – profundidade de escavação; – verticalidade da camisa metálica; – velocidade de retirada da camisa; – tipo de solo encontrado (retirada de amostras); – cota de arrasamento da cabeça das estacas; CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 35 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES – armadura, quando for o caso. – apiloamento do concreto para garantir continuidade do fuste, mantendo dentro da tubulação uma coluna de concreto suficiente para ocupar o espaço perfurado e eventuais vazios do subsolo. 4.5 ESTACA RAIZ É uma estaca de pequeno diâmetro concretada “in loco”, cuja perfuração é realizada por rotação ou rotopercussão, em direção vertical ou inclinada. Essa perfuração se processa com um tubo de revestimento e o material escavado é eliminado continuamente, por uma corrente fluida (água, lama bentonítica ou ar) que introduzida através do tubo refluí pelo espaço entre o tubo e o terreno. Completada a perfuração, coloca-se a armadura ao longo da estaca, concretando-se à medida em que o tubo de perfuração é retirado. A argamassa é constituída de areia peneirada e cimento, acrescida de aditivos fluidificantes adequados para cada caso (BRITO,1987). Figura 29 - Estaca Raiz CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 36 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES Figura 30 - Equipamento estaca Raiz A concretagem é feita através de um tubo introduzido até o fundo da estaca, por onde é injetada a argamassa, dosada com 500 a 600 kg de cimento por metro cúbico de areia peneirada, com relação água/cimento de 0,4 a 0,6. Durante o processo de concretagem o furo permanece revestido. Quando o tubo de perfuração está preenchido é montado um tampão em sua extremidade superior e se extrai a coluna de perfuração aplicando-se ao mesmo tempo ar comprimido (BRITO,1987). Assim, a composição e a consistência do aglomerado que é utilizado na fabricação da argamassa, a armação longitudinal, o processode perfuração e o emprego de ar comprimido na concretagem, em conjunto, concorrem para conferir à estaca uma adequada resistência estrutural e ótima aderência ao terreno, o que garante uma elevada capacidade de carga (NACIONAL, s.d.). A estaca raiz pode ser utilizada nos seguintes casos: CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 37 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES – em áreas de dimensões reduzidas; – em locais de difícil acesso; – em solos com presença de matacões, rocha ou concreto; – em solos onde existem “cavernas” ou “vazios”; – em reforços de fundações; – para contenção lateral de escavações; – em locais onde haja necessidade de ausência de ruídos ou de vibrações; – quando são expressivos os esforços horizontais transmitidos pela estrutura às estacas de fundação (muros de arrimo, pontes, carga de vento, etc.); – quando existe esforço de tração a solicitar o topo das estacas (ancoragem de lajes de subpressão, pontes rolantes, torres de linha de transmissão, etc.). 4.6 ESTACA MEGA É constituída de elementos justapostos (de concreto armado, protendido ou de aço) ligados uns aos outros por emenda especial e cravados sucessivamente por meio de macacos hidráulicos. Estes buscarão reação ou sobre a estrutura existente ou na estrutura que esteja sendo construída ou em cargueiras especialmente construídas para tanto (cravação estática). A solidarização da estaca com a estrutura é feita sob tensão: executa-se um bloco sobre a extremidade da estaca; com o macaco hidráulico comprime-se a estaca calçando a estaca sob a estrutura; retira-se o macaco e concreta-se o conjunto (ALONSO, 1979). Costumam ser utilizadas para reforço de fundações, mas às vezes também são empregadas como solução direta, permitindo em alguns casos até a execução da estrutura antes da fundação. CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 38 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES Figura 31 - Reforço estrutural com Estaca Mega Características da estaca mega: - Possibilidade de substituição das fundações existentes simultâneas ao uso da edificação. - Acréscimo da capacidade suporte das fundações existentes. Modificação parcial de fundações existentes em virtude de uma eventual deficiência localizada (recalques diferenciais). - Execução em locais pequenos e de difícil acesso a pessoas e equipamentos. - Isenção de vibrações durante a cravação, reduzindo os riscos de uma eventual instabilidade que por ventura venha a ocorrer, devido à precariedade de fundações existentes. - Aumento imediato da segurança da obra após a cravação sucessiva de cada estaca Mega. Limpeza da obra durante a execução, sem adição de água ou formação de lama. 4.7 BROCA CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 39 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES São estacas executadas “in loco” sem molde, por perfuração no terreno com o auxílio de um trado (∅15 a 30 cm), sendo o furo posteriormente preenchido com o concreto apiloado (FABIANI, s.d.). O trado utilizado é composto de 04 facas, formando um recipiente acoplado a tubos de aço galvanizado. Os tubos são divididos em partes de 1,20 m de comprimento e à medida que se prossegue a escavação eles vão sendo sucessivamente emendados. A perfuração é feita por rotação/compressão do tubo, seguindo-se da retirada da terra que se armazena dentro deste. (Barros, 2003) Figura 32 - Broca Além da resistência de ponta que não é muito significativa, a superfície concretada da broca provoca um atrito lateral contra o solo dificultando sua penetração. Sendo uma peça estrutural de uso prático, usamos a experiência para dimensioná-la e quando desconfiamos do terreno adotamos duas ou três peças, dependendo da carga nelas depositadas. Normalmente os critérios adotados se resumem numa peça por pilar, quando for edificação térrea e duas peças se assobradada. CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 40 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES Porém, várias restrições podem ser feitas a este tipo de estaca (Barros, 2003): – baixa capacidade de carga, geralmente entre 4 e 5 tf; – há perigo de introdução de solo no concreto, quando do enchimento; – há perigo, também, de estrangulamento do fuste; – não existe garantia da verticalidade; – só pode ser executada acima do lençol freático; – comprimento máximo de aproximadamente 6,0 m (normalmente entre 3,0 e 4,0 m); – trabalha apenas à compressão, sendo que às vezes é utilizada uma armadura apenas para fazer a ligação com os outros elementos da construção. 4.8 ESTACA ESCAVADA Estacas escavadas são elementos estruturais moldados in loco, executados por perfuratrizes de grande porte, geralmente com o emprego de lama bentonitica e com concretagem submersa. Embora relativamente recente (seu desenvolvimento ocorreu no final da década de 60), o processo impactou a técnica de escavações e fundações. A sua utilização tem vantagens como a multiplicidade de suas aplicações; o desenvolvimento de equipamentos de escavações e de centrais de processamento de lama; a disponibilidade de bentonita para emprego na Construção Civil. As estacas escavadas, por poderem ser perfuradas em grandes diâmetros e profundidades, possuem grande capacidade de suporte e pequena deformabilidade, o que as coloca como a solução mais indicada para suporte de escavações. Para estaca escavada, o equipamento de escavação consta essencialmente de uma mesa rotativa que aciona uma haste telescópica ("kelly-bar") que tem acoplada em sua extremidade inferior a ferramenta de perfuração, cujo tipo CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 41 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES varia em função da natureza do terreno a perfurar: trado, caçamba ou coroa (Figura 33). À medida que penetra no solo por rotação, a ferramenta se enche gradualmente e, quando cheia, a haste é levantada e a ferramenta automaticamente esvaziada por força centrífuga (trado) ou por abertura do fundo (caçamba). Figura 33 - Dispositivos de escavação A mesa rotativa ou perfuratriz, normalmente instalada em um guindaste de esteiras, é acionada por um motor diesel e transmite, por meio de um redutor, o movimento rotatório à haste telescópica. A mesa também é dotada de uma central hidráulica que comanda o "pull down" da haste telescópica para dar maior penetração à ferramenta de perfuração. As manobras da mesa são controladas pelo operador do guindaste que aciona um cabo de aço para descida e subida da haste telescópica. Como geralmente existe possibilidade de desmoronamento das paredes da vala e a escavação atinge horizontes abaixo do lençol freático, a perfuração é executada em presença de lama bentonítica. Terminada a perfuração inicia- se a colocação da armadura, com guindaste auxiliar ou com o próprio guindaste utilizado na abertura da escavação. CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 42 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES A armadura deve ser dotada de roletes distanciadores para garantir o necessário cobrimento (aproximadamente 5 cm). O sistema de concretagem é o submerso, aquele executado de baixo para cima de modo uniforme. Tal processo consiste na aplicação de concreto por gravidade através de um tubo ("tremie"), central ao furo, munido de uma tremonha de alimentação (funil) cuja extremidade, durante a concretagem, deve estar convenientemente imersa no concreto. A fim de evitar que a lama se misture com o concreto lançado, coloca-se um obturador no interior do tubo, que funcionando como êmbolo, expulsa a lama pelo peso próprio da coluna de concreto. Prossegue-se a concretagem em um fluxo constante e regular de baixo para cima (não é possível interromper a concretagem uma vez iniciada). Abaixo as principais fases bem definidas que devemos saber: • Locação e posicionamento • Preparo da lama bentonítica • Escavação • Colocação da armadura • Desarenação ou troca da lamabentonitica • Concretagem • Locação e posicionamento CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 43 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES Figura 34 - Estaca Escavada 4.9 HÉLICE CONTÍNUA Estaca hélice continua é uma estaca de concreto moldada "in loco", executada por meio de uma hélice espiral desenvolvida em torno de uma haste tubular, que é introduzida no terreno por rotação e extraída simultaneamente a injeção de concreto pela haste tubular. A armadura em forma de gaiola é sempre colocada após a concretagem CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 44 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES Figura 35 - Hélice contínua Por ser uma estaca escavada, não causa vibrações nos terrenos adjacentes evitando problemas que possam incomodar a vizinhança. Este tipo de estaca apresenta ainda grande velocidade de execução e uma menor geração de ruídos e sujeiras no canteiro de obras. Abaixo as principais fases bem definidas que devemos saber: Perfuração: A escavação da estaca hélice contínua é feita por meio da rotação da hélice pela aplicação de torque até a profundidade estabelecida em projeto. A hélice não deve ser retirada do solo em momento algum até que se atinja a profundidade desejada. Isso garante a estabilidade do furo até a concretagem tanto em solos coesivos como arenosos, na presença ou não de lençol freático. Concretagem: A concretagem ocorre antes da colocação da armadura e deve ser iniciada após ser atingida a profundidade de projeto. O concreto deve ser bombeado pela haste central do trado ao mesmo tempo em que se é retirado o solo escavado. Neste momento, não deve haver rotação do trado. https://www.escolaengenharia.com.br/tipos-de-estacas-para-fundacao/ https://www.escolaengenharia.com.br/tipos-de-estacas-para-fundacao/ https://www.escolaengenharia.com.br/canteiro-de-obras/ CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 45 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES De acordo com a NBR 6122/2019, o concreto deve apresentar resistência característica (fck) de 20 MPa. Colocação da armadura: Na execução da estaca hélice contínua, a armadura só pode ser colocada após a realização da concretagem. Deve ser introduzida por gravidade ou com o auxílio de um pilão de pequena carga. As principais vantagens da Estaca Hélice Contínua são: • Alta produtividade comparada a outros tipos de estacas de fundação. • Alta capacidade de carga das estacas. • Não gera vibrações no terreno. Mesmo assim, recomenda-se a realização de um laudo técnico nas edificações vizinhas para evitar futuros problemas. • Conta com monitoramento eletrônico em toda a sua execução, controlando a profundidade, a inclinação e verticalização do trado helicoidal, velocidade de rotação e e avanço do trado, dentro outros. • Podem ser executadas estacas de grande profundidade, até 38 metros aproximadamente. • Podem ser executadas acima ou abaixo do lençol freático. • Penetra camadas resistentes do solo. As principais desvantagens da Estaca Hélice Contínua são: • É um equipamento grande e por isso necessita-se de uma área ampla na obra e de terreno plano ou pouco inclinado para a sua instalação. • Não podem ser executadas em terrenos com presença de rochas e matacões. • Custo relativamente alto se comparado a outros métodos de execução de fundações devido a mobilização dos equipamentos https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=79281 CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINORTE – ENGENHARIA CIVIL 46 UNIDADE 1 - FUNDAÇÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Yazigi, Walid. A técnica de edificar/ Walid Yazigi-10 ed. Ver e atual – São Paulo: Pini: SindusCon, 2009. Vários autores. Fundações: teoria e prática. 2. Ed. São Paulo: Pini, 1998. ABCP, Associação Brasileira de Cimento Portland. Manual de Estruturas. 2019 Barros, Mercia. Apostila de Fundações. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. 2003 Barros, Carolina. Apostila de Fundações. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia. 2011 BRITO, J. L. W. De. (1987). Fundações do Edifício. São Paulo, EPUSP. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. NBR 6118, ABNT, 2014 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto e execução de fundações. NBR 6122, ABNT, 2019 DALDEGAN, Eduardo. Artigo: Estacas de madeira: Vantagens, desvantagens e principais cuidados, 13 de outubro de 2017. https://engenhariaconcreta.com/estacas-de-madeira/
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