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Fundações_Volume_2_Dirceu_de_Alencar_e_Francisco_de_Rezende
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Funda~6es Profundas
Dirceu de Alencar Vellasa
~rancisco de Rezende Lopes
,...,
FUNDA OES
Funda~6es Profundas
Dirceu de Alencar Velloso
D. Sc., Professor Emerito, Escola Politecnica e COPPE,
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Francisco de Rezende Lopes
Ph. D., Professor Titular, Escola Pol itecnica e COPPE,
Universidade Federal do Rio de Janeiro
© 2010 Oficina de Textos
Capa e projeto gratico MALU VALLIM
Diagramac;ao CASA EDITORIAL MALUHY & CO.
Preparac;ao de figuras DOUGLAS DA ROCHA YOSHIDA
Preparac;ao de textos RENA SIGNER
Revisao de textos CAROLINA MANGIONE e GERSON SILVA
Dados Internacionais de Catalogac;ao na Publicac;ao (C IP)
(camara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
Velloso, Dirceu de Alencar
Fundac;6es, volume 2 : fundac;6es profundas / Dirceu de Alencar Velloso,
Francisco de Rezende Lopes. - Nova Ed. - Sao Paulo: Oficina de Textos, 2010.
ISBN 978-85-86238-98-7
1. FundaC;6es (Engen haria) I. Lopes, Francisco de Rezende. II. Titulo.
III. Titulo : Fundac;6es profundas.
10-01321
fndices para catalogo sistematico:
1. Engenharia de fundaC;6es 624.15
2. FundaC;6es : Engenharia 624.15
Todos os direitos reservados a Oficina de Textos
Rua Cubatao, 959
CEP 04013-043 Sao Paulo-SP - Brasil
tel. (11) 3085 7933 fax (11) 3083 0849
site: www.ofitexto.com.br e-mail: ofitexto@ofitexto.com.br
CDD-624.15
1\. mem6ria de meus pais, Jose eDina Velloso,
Ao amor e compreensao de minha esposa, Olga,
e de minhas filhas, Beatriz, Fernanda eDina,
1\. alegria de meus netos, Eduardo, Ana Clara, Luiza e Jose Luiz;
(Dirceu)
1\. mem6ria de meus pais, Francisco de Paula M. Lopes e Zaira R. Lopes,
1\. minha esposa Roberta,
Aos meus filhos, Diogo, Gustavo e Marcos,
Ao apoio de minha familia;
(Francisco)
E a Deus, par tudo isso.
(Dirceu e Francisco)
PREFAclO
Animados pela generosidade com que nossos colegas acolheram 0 primeiro volume de
Funda~oes, estamos lan~ando 0 segundo volume, dedicado as funda~oes profundas. Sabemos
que tem deficiencias, como 0 pequeno numero de exercicios resolvidos. Estamos ja preparando
alguns e vamos disponibiliza-los na pagina da Internet <www.coc.ufrj.brl - flopes>.
Esperamos que este novo canal de comunica~ao seja usado pelos colegas para discutir
conceitos, teorias, aplica~oes praticas etc., alem do envio de criticas e sugestoes, que desde ja
agradecemos.
Queremos agradecer it Funda~ao Vniversitaria Jose Bonifacio pelo auxilio financeiro
para a elabora~ao das figuras e ao CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e
Tecnol6gico) pelas bolsas a n6s concedidas.
Novamente gostariamos de agradecer aos colegas da COPPE pelo estimulo continuo para
que esta empreitada se concretizasse. A Profa. Bernadete R. Danziger (antes na VFF, atualmente
na VERJj reviu 0 livro e fez sugestoes importantes.
Dirceu de Alencar Velloso
Francisco de Rezende Lopes
•
PREFAclO A SEGUNDA EDlf;Ao
Esgotada a primeira edic;iio, a Oficina de Textos esta lanc;ando esta nova edic;iio do volume
2 de Fundac;6es, com atualizac;iio da revisiio bibliografica e adaptac;6es Ii nova norma NBR 6122
de 2010.
Neste prefacio a segunda edic;iio, gostaria de destacar que, falecido em marc;o de 2005,
o Prof. Dirceu Velloso esta entre n6s de uma forma perene: por meio de seus ensinamentos e
de seu exemplo pessoal. Durante toda sua vida profissional, procurou adquirir novos conheci-
mentos e dividi-Ios com seus alunos e colegas. Tinha 0 habito de acordar muito cedo e estudar
artigos e livros recentemente publicados por pelo menos uma hora antes de sair para 0 trabalho.
Nesse processo, adquiriu uma biblioteca com cerca de dez mil volumes, hoje incorporada por
doac;iio 11 UFRJ. Vale acrescentar que a UFRJ, em reconhecimento pelos seus 50 anos de ensino
ininterrupto, concedeu ao Prof. Dirceu, em 2006, 0 titulo de Professor Emerito.
Espero que, ao estudarem com este livro, compartilhem dos sentimentos de gratidiio e
admirac;iio que tenho pelo Prof. Dirceu.
Francisco de Rezende Lopes
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SUMARIO
Capitulo 10 - I n trodu~ao as Funda~oes Profundas, 227
10.1 CONCEITOS E DEFINlt;OES ..... . ................................ ... .. . .••••. •.. .. .... .... 227
10.2 BREVE HIST6R1CO . .....................................•• . . • .. . ...... .. ••.•.••••• .... .. 228
10.3 PRINCIPAlS PROCESSOS DE EXECU<;:AO E SEUS EFEITOS . . . ......... . .......... .. ........... 230
REFERllNCIAS ..................... . ............................. . .. . ...........• . .• ... ••• .... 233
Capitulo 11 - Principais Tipos de Funda~oes Profundas, 235
11.1 ESTACAS DE MADEIRA .......... . . ... ...................................... .... . . . . ..... . 235
n .2 ESTACAS META.r.ICAS ...... .. ............. . . ... . ..... .. . . . . ..... . . . . . . .. ................. 238
11.3 ESTACAS PRE· MOLDADAS .... .. ................••••••••••••••• ••• • ••• • ••• •.. • . . . . . ..... .. 243
n-4 ESTACAS DE CONCRETO MOLDADAS NO SOW . . . . ... .•.••.. .... . . ........... .. • . • •• • • • • .... 250
11.5 ESTACAS ESCAVADAS ....... ....... .............•••••••••••••• •••• • • •• •• . . ........•••.. .. 258
n .6 ESTACAS-RAJZ ..... ........ ...... ..... . .. ..... . ....................................•. ... 270
11.7 MICROESTACAS - ESTACAS ESCAVADAS E INJETADAS ............... . . ... .. ..... • . • . •••••.... 27 1
n.B ESTACAS TIPO HELICE CONTiNUA .. ....... ..... . .......................................... 272
11.9 ESTACAS PRENSADAS ................ .. •••••••• . • •• .. . .•• .•• • • . . . . . ....... .......... .... . 277
n.1O TUBULOES. . . . . . . . . . . . . • • • • • . . . . . . . . • . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 278
REFERllNCIAS ................................................ .......... . ..... ..........• .. ... 283
Capitulo 12 - Capacidade de Carga Axial - Metodos Estaticos, 285
12.1 INTRODUt;AO .... .. ...................................... ....... . . . .. ............. ..... . 285
12.2 METODOS RACIONAIS OU TE6RICOS .......... . . . .. .••• • •••••••• •••••••••.......... ....... 286
12.3 METODOS SEMIEMPiRICOS QUE UTILIZAM 0 CPT .....••• •••••• ••••••••• •• •••............. . 303
12-4 METODOS SEMIEMPIRICOS QUE UTILIZAM 0 SPT .. ... .. .. ..... . ...... . ............. . •• .... 308
12.5 ESTACAS SUBMETIDAS A ESFORt;OS DE TRA<;:AO .......... .. . . ................... . . . . .. ... .. 320
12.6 CONSIDERAt;OES FINAlS .. . . . ...... ......... . .. .. • ••••• ..... • • • ••• ••• ••••• •• ••• • • • • . .... 322
REFERllNCIAS ....... ... ......... .. ............................ . ...................• • .. • • •.. . . 324
Capitulo 13 - A Crava~ao de Estacas e 05 Metodos Dinamicos, 329
13.1 A CRAVA<;:AO DE ESTACAS ... . . .......... . . .. .. .... ......... . . . ............. . . .. .. . ...... .. 329
13.2 METODOS DINAMICOS: AS F6RMULAS DINAMICAS .............................. .. . .. ... ... 334
13.3 A CRAVA<;:AO COMO UM FENOMENO DE PROPAGA<;:AO DE ONDAS DE TENSAO EM BARRAS ...... 342
13-4 ESTUDOS DE CRAVABILIDADE ... .. .......... .... .. ... ..... ... ... . ............. . . . ........ 354
REFERENCIAS ....... . .. . . ...... ....... .. .................. ........ . . .................... • .... 357
Capitulo 14 - Estimativa de Recalques sob Carga Axial, 359
14.1 MECANISMO DE TRANSFERENClA DE CARGA E RECALQUE .............. • • ••• ••.............. 359
14.2 METODOS BASEADOS NA TEORlA DA ELASTICIDADE .........•. • ....... ................. .... 362
14.3 METODOS NUMERICOS .................................................................. 372
PREVIsAO DA CURVA CARGA-RECALQUE . ......... ........................ ................... .... 375
14·5 INFLUENClA DAS TENSOES RESIDUAlS DE CRAVAc;:AO NO COMPORTAMENTO CARGA-RECALQUE . 376
REFERENClAS ... ........ ... .......... ................. .............. ......................... 376
Capitulo 15 - Estacas e Tubuloes sob Esfor~os Transversais, 37915·1 INTRODU<;AO ......................................................... . ................. 379
15·2 A REAc;:AO DO SOLO ..................................................................... 379
15.3 SOLU<;OES PARA ESTACAS OU TUBULOES LONGOS BASEADAS NO COEFIClENTE DE REA<;AO
HORIZONTAL ........................................................................... 391
15-4 CALCULO DA CARGA DE RUPTURA ...............................................••....... 411
15.5 TRATAMENTO PELA TEORlA DE ELASTICIDADE . . ....................... .. ... ......... ...... 419
15.6 SOLU<;AO PARA ESTACAS OU TUBUWES CURTOS, BASEADA NO COEFICIENTE DE REAc;:AO
HORIZONTAL ........................................................................... 423
IS· 7 GRUPOS DE ESTACAS OU TUBULOES ...................................................... 424
REFERENClAS ................................................................................ 425
Capitulo 16 - Grupos de Estacas e Tubuloes, 427
16.1 GRUPO DE ESTACAS ...................... ............. . ...................... ... .. ...... 427
16.2 RECALQUE DE GRUPOS SOB CARGA VERTICAL ................ ......... .......... ........... 428
16.3 CAPACIDADE DE CARGA DE GRUPOS SOB CARGA VERTICAL .............................•.... 435
16-4 DISTRIBUIc;:AO DE ESFOR<;OS ENTRE ESTACAS OU TUBULOES DE UM GRUPO SOB UM
CARREGAMENTO QUALQUER ..................... ... .... ......................... ........ 437
REFERENCIAS ...............................................................•........... . .... 457
Capitulo 17 - Verifica~ao da Qualidade e do Desempenho, 459
17.1 MONITORAc;:AO DE ESTACAS NA CRAVAc;:AO .................................. . ..... ......... 459
17.2 VERIFICA<;AO DA INTEGRIDADE ............ . ............................................. 468
17.3 PROVAS DE CARGA ESTATICAS .................................. . ......................... 471
REFERENCIAS ................................................................................ 481
Capitulo 18 - Problemas Especiais em Funda~oes Profundas, 485
18.1 ATRITO NEGATIVO ....................................................................... 485
18.2 ESFOR<;OS DEVIDOS A SOBRECARGAS ASSIMETRICAS ("EFEITO TSCHEBOTARIOFF") ........... 514
18.3 FLAMBAGEM DE ESTACAS ...... ...... .......... .... .... ...... ........... ................. 536
18-4 PROBLEMAS CAUSADOS PELA CRAVAc;:AO DE ESTACAS ......................... ........... ... 544
REFERENClAS ................................................................................ 548
Apendice 7 - Teoria da Semelhan~a entre 0 Ensaio Cone Penetrometrico e a
Estaca, 553
REFERENCIAS ................................................................................ 556
Apendice 8 - Previsao da Resistencia de Ponta de Estacas a partir do CPT pelo
Metodo de De Beer, 557
REFERENClAS ............ ........... ............... .. ..... ................. ...... ............ 569
INTRODU(:Ao As FUNDA(:OES PROFUNDAS
Este capitulo apresenta algumas defini90es e c1assifica90es das funda90es profundas,
com urn breve hist6rico do desenvolvimento das funda90es em estacas.
10.1 CONCEITOS E DEFINIC;OES
Capitulo 10
Defini90es da Norma Brasileira
No Cap. 2, 0 conceito de funda9ao profunda ja foi estabelecido, conforme a norma NBR
6122: a funda9aO profunda transmite a carga ao terreno pela base (resistencia de ponta), por sua
superffcie lateral (resistencia de fuste) ou por uma combina9ao das duas, e esta assente em pro-
fundidade superior ao dobro de sua menor dimensao em planta e, no minimo, a 3 m. Nesse tipo
de funda9aO inc1uem-se as estacas, os tubul6es e os caixoes. Ainda segundo a norma, as estacas
distinguem-se dos tubuloes e caixoes pela execu9ao apenas por equipamentos ou ferramentas,
sem descida de openirio em seu interior em nenhuma fase. A diferen9a entre tubulao e caixao
esta na geometria: 0 primeiro e cilfndrico e 0 ultimo, prismatico.
A norma reconhece a execu9ao no Pais dos seguintes tipos de estacas: de madeira, de
concreto pre-moldado e de a90 cravadas (por percussao, prensagem ou vibra9ao), estaca tipo
Strauss, tipo Franki, estaca escavada (sem revestimento, com revestimento de a90 - provis6rio
ou perdido - e com escava9ao estabilizada por f1uido), estaca raiz, microestaca injetada e estaca
helice.
Classilica9ao das Estacas
As funda90es em estacas podem ser c1assificadas segundo diferentes criterios. De acordo
com 0 material, podem ser c1assificadas em estacas (i) de madeira, (ii) de concreto, (iii) de a90
e (iv) mistas. De acordo com 0 processo executivo, as estacas podem ser separadas segundo 0
efeito no solo (ou tipo de deslocamento) que provo cam ao serem executadas e sao c1assificadas
como:
a. "de deslocamento", onde estariam as estacas cravadas em gera!, uma vez que 0 solo no
espa90 que a estaca vai ocupar e deslocado (horizontalmente), e
b. "de substitui9ao", onde estariam as estacas escavadas em geral, uma vez que 0 solo no
espa90 que a estaca vai ocupar e removido, causando algum nfvel de redu9ao nas tensoes
horizontais geostaticas.
Em alguns processos de estacas escavadas, em que nao ha praticamente rem09ao de solo
e/ou, na ocasiao da concretagem, sao tomadas medidas para restabelecer as tensoes geostaticas
(ao menos parcialmente)' estas estacas podem ser c1assificadas numa categoria intermediaria,
que chamamos de "sem deslo cam en to".
Essa terminologia segue a norma inglesa de funda90es (Code of Practice CP 2004: 1972)
que c1assifica as estacas em dois grandes grupos: displacement piles e replacement piles.
Velloso eLopes
228
A Tab. 10.1 procura situar nas categorias acima os principais tipos de estaca executados
no Pais. As estacas helice continua estao classificadas em duas categorias, uma vez que, depen-
dendo de haver remo~ao ou nao de solo durante sua execu~ao, elas podem se aproxirnar de
uma estaca escavada ou de uma estaca cravada (quando sao chamadas de "estacas helice de
deslocamento").
Tipo de execu~ao
Grande
De deslocamento
Tab. 10.1 - Tipos de estacas
Estacas
(i) Madeira,
(ii) pre-moldadas de concreto,
(iii) tubas de ac;o de ponta fechada,
(iv) tipo Franki,
(v) microestacas injetadas
(i) Perfis de ac;o,
(ii) tubos de ac;o de ponta aberta (desde que nao haja embu-
Pequeno chamento na cravac;ao),
Sem deslocamento
De substituic;ao
(iii) estacas helice especiais ("estacas helice de desloca-
mento")
(i) Escavadas com revestimento metalico perdido que avanc;a
a frente da escavac;ao,
(ii) estacas raiz
(i) Escavadas sem revestimento ou com uso de lama,
(ii) tipo Strauss,
(iii) estacas helice continua em geral
Apresenta-se tambem a classifica~ao chissica de Terzaghi e Peck (1967) , segundo a qual
as estacas podem ser agrupadas em tres ripos:
• Estacas de atrito em solos granulares muito permeaveis: transferem a maior parte da
carga por atriro lateral. 0 processo de crava~ao dessas estacas, pr6xirnas entre si, em gru-
pos, reduz especial mente a porosidade e a compressibilidade do solo dentro e em torno
do grupo. Consequenremente, as estacas desta categoria sao, algumas vezes, chamadas
estacas de compactariio.
• Estacas de atrito em solos finos de baixa permeabilidade: tambem transferem ao solo as
cargas que Ihes sao aplicadas pelo atrito lateral, po rem nao produzern compacta~ao apre-
ciavel do solo. Funda~5es suportadas por estacas deste tipo sao comumente conhecidas
como fundaroes em estacas Jlutuantes.
• Estacas de ponta: transferem as cargas a uma camada de solo resistente situada a uma
profundidade consideravel abaixo da base da estrutura.
10.2 BREVE HIST6RICO
o emprego de funda~5es em estacas remonta it pre-hist6ria, com a constru~ao de pa-
lafitas. No livro de Straub (1964) sobre a hist6ria da Engenharia Civil, encontram-se algumas
passagens que ilustram a utiliza~ao das estacas no pass ado, transcritas a seguir.
I
10 Introdu~ao as Funda~oes Profundas
Na constru9ao de estradas, "em regioes pantanosasau em regi6es em que as materiais
rochosos eram escassos, as romanos recorriam a passadi90s de madeira apoiados em estacas".
Nas funda90es de pontes, can forme descri9ao de Vitruvius (De architecture libri decem):
Se a terrena firme nao puder ser encontrado e 0 terrena for pantanoso ou fofo, 0 local deve ser
escavado, limpo e estacas de amieiro, oliveira Oll carvalho, previamente chamuscadas, devem
ser cravadas com uma maquina, tao pr6ximas umas das outras quanta possfvel, e as vazios
entre estacas cheios com einzas. A fundac;ao mais pesada pade seI assentada em uma tal base.
Na Idade Media, a dominicano Fra Giocondo (1433-1515) sugere, na reconstru9ao da
Ponte della Pietra, Verona, a prote9ao da funda9ao de urn pilar no meio do rio par meio de
uma cortina de estacas-prancha. Esse mesmo construtor utiliza estacas na funda9ao da ponte
de Rialto, Veneza. Para Straub,
Embora a famasa ponte, familiar a rodos os visitantes de Veneza, naD tenha dimens5es extraor-
dinarias (vaa de 28,5 m e altura de 6,4 m), as detalhes tecnicos sao de interesse. Os encontros,
formando camadas inclinadas de alvenaria, sao adaptados a dire<;:ao do empuxo do area e
a estaqueamento e adequadamente disposto. Durante a exeew;ao das fundac;6es, 0 local fai
mantido mais ou menos livre da agua com 0 usa de muitas bombas (can usa di molte trombe).
Quando as fundac;6es estavam completamente terminadas, sua estabilidade foi posta em du·
vida pelos ceticos. Em particular, 0 mestre responsavel foi repreendido por ter usado estaeas
muito curtas ou estacas insuficientemente cravadas. Foi feita uma investigac;ao durante a qual
a mestre teve oportunidade de mostrar que as estacas estavarn corretamente cravadas. Uma
testemunha atestou que as estacas foram cravadas ate uma penetrac;ao nao maior que 2 dedos
para 24 golpes.
Em 1485, a italiano Leon Bathista Alberti publica urn tratado de constru9ao, De re aedifi-
cataria, com algumas especifica90es referentes as estacas: a largura do estaqueamento deve ser
igual ao dobro da largura da parede a ser suportada; a comprimento das estacas nao deve ser
menor de 118 da altura da parede e 0 diametro nao deve ser menor de 11 12 do comprimento das
estacas.
No final do SEkula XVIII a engenheiro frances Jean Rodolphe Perro net, responsavel pela
constru9ao das famosas pontes de Neuilly e da Concordia sabre a Sena, publicou urn ensaio "Sur
les pieux et sur les pilots au pilotis" no qual se encontram, a1em de regras pniticas sabre com-
prirnento, se9ao transversal, espa9amento e qualidade das estacas, algumas indica90es sabre a
resistencia a cravac;ao:
As estacas devem ser cravadas ate que a penetrac;ao para os ultimos 25 a 30 golpes nao seja
major que 1112 a 116 de polegada OU 112 polegada no caso das estacas menos carregadas. A
forc;a de cravaC;ao do martelo e proporcional a altura de queda, po rem nao se ignora como e
diffcil estabelecer matematicamente alguma relac;ao entre as forc;as mortas (forc;as estaticas) e
as forc;as vivas.
Percebia ja a ilustre engenheiro as dificuldades em estabelecer uma "formula dinamica".
Sabre a evolu9ao dos bate-estacas,
Robert Stephenson foi 0 primeiro a substituir 0 antigo martelo por urn martelo a vapor, du·
rante a execuc;ao das fundac;6es da grande ponte ferroviciria sobre 0 rio Tyne entre Newcastle
e Grateshead em 1846. Com 0 auxilio do martelo a vapor ele conseguiu cravar estacas de 10 m
de comprimento em 4 minutos, a que permitiu uma acelerac;ao consideravel nos trabalhos.
229
Vel/oso eLopes
Em Costet e Sanglerat (1969), encontramos a noticia de que as primeiras estacas de con-
creto armado foram utilizadas por Hennebique, em 1897, nas funda~iies das usinas Babcok-
-Wilcox.
Atualmente, a constru~ao das estruturas offshore para explora~ao de petr6leo trouxe urn
espetacular desenvolvimento as funda~iies em estacas. Por exemplo, na plataforma Congnac, no
Golfo do Mexico, foram utilizadas estacas tubulares de a~o com 2,13 m de diametro, pesando
cerca de 500 tf. A necessidade de utiliza~ao de estacas com essas dimensiies obrigou a um desen-
volvimento paralelo dos bate-estacas, dos meios de controle etc.
10.3 PRINCIPAlS PROCESSOS DE EXECUC;Ao E SEUS EFEITOS
Conforme visto no item 10.1, as estacas cravadas em geral, sejam pre-moldadas ou mol-
dadas in situ ap6s a crava~ao de um tuba de ponta fechada, sao classificadas como de grande
deslocamento. No outro extremo estariam as estacas escavadas, em que nao ha uma redu~ao nas
tensiies no solo e mesmo pequenos deslocamentos para 0 interior da escava~ao. Vamos discutir
os efeitos desses dois processos extremos no solo que circunda a estaca.
10.3.1 Estacas Cravadas
As estacas cravadas em solos granulares, pouco a medianamente compactos, causam
uma densifica~ao ou aumento na compacidade desses solos na medida em que 0 volume da
estaca, introduzido no terreno, acarreta uma redu~ao do indice de vazios (Fig. 1O.1a). Esse efeito
e benefico do ponto de vista do comportamento da estaca (obtem-se uma maior capacidade de
carga e menores recalques do que se 0 solo fosse mantido em seu estado original) ' . Se 0 solo
ja estiver muito compacto, a introdu~ao da estaca nao causara mais aumento de compacidade
Ca)
Zona de
compressao
lateral e de
cisalhante
residual
- Oistancia
j;ji!-'!":llcr,,scimo de tensao
i ~~:;~~~~~~:~ pelo ~ : do solo
1~" S"7; ",ns,ao cisalhante
Carga de
panta residual
residual
(b)
Zona de solo
amolgado e
de aumento de
poropressao
Excesso de
poropressao
Fig. 10.1 - Efeitos da crava,ao de estaca sobre 0 terreno: (a) em areia e (b) em argi/a saturada (Vesic, 7977)
1. Urn estudo dos efeitos da cravac;:ao de estacas em solos granulares pode ser vista em Alves (1998; tb. Alves eLopes, 2001).
230
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10 Introdur;ao as Fundar;oes Profundas
mas deslocamento do solo, 0 que podeni, eventualmente, ser danese para outras estacas ou
estruturas ja executadas. Como os solos granulares sao muito permeaveis, esses efeitos ocorrem
praticamente durante 0 processo de execu~ao; em areias finas ou solos arenosos siltosos ou argi-
los os, algum excesso de poropressao pode ocorrer durante 0 processo de crava~ao, e a dissipa~ao
desses excessos ocorrera ap6s a execu9ao da estaca, completando 0 processo de densifica9ao do
solo descrito.
Estacas cravadas em solos argilosos saturados, devido i\ baixa permeabiJidade desses so-
los, causam - num primeiro momento - urn deslocamento do solo praticamente igual ao volume
da estaca. Na regiao afetada M. urn aumento nas poropressoes (especialmente nas argilas normal-
mente adensadas ou pouco sobreadensadas) e urn amolgamento do solo (Fig. 1O.1b). Ap6s a exe-
cu~ao da estaca, os excessos de poropressao
dissipam-se num processo de adensamento
radial (fluxo de agua da estaca para 0 restante
da massa de solo ou, eventualmente, do solo
para a estaca se esta for de madeira ou con-
creto poroso) e ha uma recupera~ao parcial
da estrutura do solo chamada recupera,clO
tixotr6pica. Se 0 solo for pouco sensivel e,
portanto, sem uma perda considenivel de re-
sistencia pelo amolgamento, 0 adensamento
- que tern urn efeito benefico, pois causa uma
redu9ao no in dice de vazios e urn aumento
nas tensoes efetivas - po de compensar 0
efeito do amolgamento e tem-se, ao final do
processo, urn solo melhorado. Se 0 solo for
muito sensivel, pode-se ter, ao final desse
processo de dissipa9ao dos efeitos de instala-
~ao, urn solo enfraquecido e ate mesmo com
urn abatimento em torno da estaca. (Nao
se tern notfcia da ocorrencia desse casa ex~
tremo no Brasil, onde nao ocorrem argilas de
elevada sensibiJidade.) A Fig. 10.2 apresenta
graficos do indice de vazios versus res is ten cia
nao drenada de uma argila junto ao fuste de
uma estaca cravada. A Fig. 1O.2a mostra que,
durante 0 processo de crava~ao, a resistencia
pode se reduzir do ponto A (argila intacta)
para C (parcialmente amolgada), seguin do
uma horizontal, ja que esse processose da a
volume constante. Ap6s 0 termino da crava-
~ao havera urn adensamento, que levaria 0
indice de vazios e a resistencia para 0 ponto
0; entretanto, com a recupera9ao tixotr6-
pica, a resistencia final pode corresponder
ao ponto E. As Figs. 1O.2b e 1O.2c apresentam
graficos semelhantes para duas argilas, uma
s C A Su.o' (a)
\
\
• \t.
'* So' \
\
E
Adensamento
S C A Su.d (b)
e
E
Ganho
r-;S;---,C;;-----------:Ac'> So,o' (e)
e
A- nao amolgado
8- total mente amolgado
E
Perda
c- imediatamente ap6s cravac§o
D- longo prazo
Fig. 10.2 - Efeito da crava,ao de uma estaca em ar-
gila: (a) amolgamento parcial seguido de recupera,ao
tixotr6pica; (b) idem, para uma argila pouco sensivel;
(c) idem, para uma argila muito sensivel (Lopes, 1979)
231
Velloso eLopes
232
pouco sensivel e outra muito sensivel, mostrando que, ao final do processo de dissipa<;ao dos
efeitos de instala<;ao, pode-se ter urn solo meihorado ou prejudicado pela crava<;ao da estaca. A
questao dos efeitos de instala<;ao e posterior recupera<;ao da resistencia do solo junto 11 estaca
com 0 tempo esta no item 12.2.2.
10.3.2 Estacas Escavadas
Estacas escavadas podem causar uma descompressao do terreno, que sera maior ou me-
nor, dependendo do tipo de suporte. Num extrema estariam as estacas escavadas sem suporte (0
que s6 e possivel em solos com alguma porcentagem de finos e acima do nivel d'agua), em que a
descompressao e pronunciada. No outro extrema estariam as estacas escavadas com aUXIlio de
camisas metaJicas que avan<;am praticamente no mesmo nivel que a ferramenta de escava<;ao,
em que 0 alivio e muito reduzido. No meio destes extremos estariam as estacas escavadas com
auxilio de fluido ou lama estabilizante. Na Fig. 10.3a estao os efeitos da execu<;ao de estacas
escavada sobre 0 terreno, onde se observa uma regiao amolgada ou plastificada de pequena
espessura e uma regiilo maior, onde as tensoes sao reduzidas.
E interessante notar que 0 alivio nao se processa instantaneamente, pois todos os pro-
cessos que envolvem os solos incluem migra<;ao de agua e comportamento viscoso (creep) ; as-
sim, quanto menos tempo decorrer entre 0 terminG da escava<;ao e a concretagem da estaca,
men or a descompressao e, consequentemente, menor a deteriora<;ao das caracteristicas do solo.
Na Fig. 1O.3b esta a evolu<;ao das tensoes horizontais e da umidade - junto ao fuste - com 0
tempo, em estaca escavada com aUXIlio de lama. Na fase de escava<;ao, as tensoes horizontais sao
reduzidas ao empuxo da lama (y/ significando 0 peso especifico da lama) e, ap6s a concretagem,
sao devidas ao empuxo do concreto fresco (Ye significando 0 peso especifico do concreto fresco).
Com 0 tempo, as tensoes podem crescer ligeiramente. 0 graftco de umidade (Fig. 1O.3c) indica
que, quanta menos tempo a escava<;ao permanecer aberta, antes da concretagem, menor sera 0
aumento de umidade do solo.
(a) •. :.1: .
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(b) Go
Gh,o
Y, Z
Y,z
(c) w
r t ,
Escavaryao ) \ concretagem
Fig. 10.3 - a) Efeitos da execu.;ao de estacas escavada sobre 0 terreno e evolur;ao; (b) das tensoes
horizontais; (c) da umidade - junto ao fuste - com 0 tempo, em estaca escavada com lama
user
Highlight
10 IntrodUl;ao as Fundar;oes Profundas
REFERENCIAS
ALVES, A. M. 1. Contribuiq.Qo ao estudo de estacas de compacta9ii.o em solos granulaTes. 1998. Dissertac;:ao
(Mestrado) - COPPE-UFRJ, Rio de Janeiro, 1998.
ALVES, A. M. L.; LOPES, E R. A contribution to the study of compaction piles in granular soils. In: [CSMGE,
15.,2001, [stambul. Proceedings ... Istanbul, 2001. v. 2, p. 1683-1686.
COSTET, J.; SANGLERAT, G. Cours pratique de Mecanique des Sols. Paris: Dunod, 1969.
LOPES, E R. The undrained bearing capacity of piles and plates studied by the Finite Element Method. 1979.
PhD Thesis - University of London, London, 1979.
STRAUB, H. A history of Civil Engineering. Cambridge: The M.I.T. Press, 1964.
TERZAGHl, K.; PECK, R. B. Soil Mechanics in Engineering Practice. 2. ed. New York: John Wiley & Sons, 1967.
VESIC, A. S. Design of pile foundations. Synthesis of Highway Practice 42, Transportation Research Board,
National Research Council, Washington, 1977.
233
Capitulo 11
PRINCIPAlS TIPOS DE
FUNDA~6ESPROFUNDAS
Neste capftulo estao os principals processos de execu~ao de estacas e tubul6es emprega-
dos em nosso pais.
11.1 ESTACAS DE MADEIRA
As estacas de madeira sao constitufdas por troncos de arvores, razoavelmente retilfneos,
que tem uma prepara~ao das extremidades (topo e ponta) para crava~ao, limpeza da superfi-
cie lateral e, caso sejam utilizadas em obras
permanentes, um tratamento com produtos (al
preservativos (Fig.ll.1). 6"-------,0
No Brasil, as estacas de madeira sao
utilizadas, quase que exclusivamente, em
obras provis6rias. No passado, erarn uti-
lizadas em obras permanentes (0 Teatro
Municipal do Rio de Janeiro e um exemplo
(b)
<]
classico). Na Europa enos Estados Unidos Fig. 11.1 - Estacas de madeira (a) sem e (b) com
elas sao largamente ernpregadas em obras reforr;o da ponta (ponteira)
permanentes.
As estacas de madeira tern uma dura~ao ilimitada quando mantidas permanenternente
debaixo d'agua. Sujeitas a alternancias de secura e urnidade, quase todas as rnadeiras sao destruf-
das rapidamente (Costa, 1956; Tomlinson, 1994). Como vantagens, poderiarn ser rnencionadas a
facilidade de manuseio, de corte e a prepara~ao para a crava~ao e ap6s a crava~ao.
De acordo com Tomlinson (1994), a madeira, para ser utilizada em estacas deve conservar
o alburno, elemento que absorve bern 0 creosota e outros preservativos, mas a casca deve ser
removida.
Da preocupa~ao de se manter em bom estado as estacas de madeira decorre que elas
devem ser arrasadas, nas regi6es onde 0 nfvel do len~ol d'agua esta sujeito a varia~6es, sem-
pre abaixo do nfvel minimo. Deve-se chamar a aten~ao para 0 fata de que 0 rebaixamento do
len~ol d'agua para a execu~ao de funda~6es e infraestruturas em terrenos vizinhos, ainda que
temporario, pode comprometer a seguran~a de obras suportadas por estacas de madeira. Assim,
a Companhia do Metropolitano do Rio de Janeiro teve cuidados especiais ao executar 0 trecho
da galeria ao lado do Teatro Municipal.
Quanto it deteriora~ao e preserva~ao das estacas de madeira, Vargas (1955) ensina que
A deterioraltao das estacas de madeira e devida a tres causas principais: (a) ao apodrecimento
que e produzido pela presenc;a de vegetais, cogumelos ou fungos que vivem na madeira,
(b) menos frequentemente. aD ataque par termitas ou cupins, (e) por brocas marinhas entre
as quais se incluem varios crustaceos e moLuscos.
Velloso eLopes
236
Os fungos destruidores da madeira sao inlimeros, mas, entre as destruidores de esta-
cas se destaca a grupo que ordinariamente produz a chamada podridao branca, porque des-
tr6i, preferencialmente. a lignina, liberando a celulose. Numa estaca de madeira, a parte mais
sujeita ao apoctrecimento ~ 0 alburno, que constitui a camada extema da estaca. Apodrecido
o alburno, a sec;ao da estaca fica reduzida e, assim, diminufda sua capacidade de carga.
Entretanto, a apodrecimento nao cessa na camada do alburno e prossegue pelo cerne at~ a
inutilizac;ao completa da estaca. Dai a preferencia que se da as madeiras de maior resistencia
na parte do cerne. A durac;ao de uma estaca esta, portanto, condicionada a resistencia do cerne
da madeira.
o apoctrecimento, is to e, 0 processo de deteriorac;:ao da madeira pel a fungo s6 ocorre
na presenc;:a de ar, de umidade e de temperatura favoravel; a ausencia de ar, no caso das estacas
submersas, explica a durac;:ao indefinida das estacas cravadas abaixo do lenc;:ol d'agua.
Os termitas sao de dais tipos: as subterraneos e as aereos ou de madeiraseca. Os
subterraneos necessitam de umidade a quallhes e dada pelo solo e atacam as estacas na sua
parte enterrada, acima do nivel d'agua subterraneo; os cup ins aereos nao atacam as estacas.
Poucas especies de madeira sao imunes aos cupins. Felizmente, os ataques de cupins em
nosso pais nao constituem problema de importancia.
As brocas marinhas perfuram as madeiras tanto para seu alimento como para deposi-
c;:ao de larvas. Vma estaca de obra marinha atacada por brocas pode apresentar, exteriormente,
somente alguns furos do tamanho de alfinete e, interiormente, estar completamente perfu-
rada. Os anirnais marinhos que sao, alias, mais destrutivos que os outros, atacam a madeira
mesmo abaixo do nivel d'agua.
As estacas de madeira nao devem, em regra, seI utilizadas em obras terrestres sem
tratamento, quando ficam inteiramente au parcialmente acima do lenc;:ol d'agua subterraneo.
Estacas de eucalipto, em conctic;:6es favoraveis ao apodrecimento, tern uma vida media de,
aproximadamente, 5 anos. E, portanto, necessario 0 emprego de preservativos nessas condi-
c;:6es OU, entao, 0 uso de madeiras mais resistentes.
Em obras marinhas, as estacas de madeira nao devem ser utilizadas sem tratamento,
em nenhuma condic;:ao.
Ao projetar urn estaqueamento de madeira, em obra terrestre, sem tratamento pre-
servativo, deve-se, sempre, cortar as estacas abaixo do nivel d'agua subterraneo e levantar os
blocos de arnarrac;:ao a partir dessa cota. E sempre conveniente verificar a probabWdade do
abaixamento daquele nivel d'agua para que se tenha assegurada a imersao permanente das
estacas.
Para a preservac;:ao das estacas, numerosos sais t6x.icos de zinco, cohre, mercUric etc.,
tern sido empregados na impregnac;:ao das madeiras. Todos, porem, sao facilmente dissolvidos
e arrastados pela agua subterranea, ou pela agua do mar, em suas flutuac;:6es de nive!.
o creosoto tern side 0 material de melhores resultados nessa protec;:ao. Para estacas a
serem usadas no mar, a impregnac;:ao deve ser de cerca de 30 kg de creosoto por m3 de madeira.
Para estacas usadas em terra, basta a metade dessa quantidade.
As estacas devem ser secas ao ar antes do tratamento, que consiste em coloca-Ias
em urn grande cilindro onde sao injetadas pelo preservativo com ajuda de urn vacuo inicial,
seguido de pressaa que pode ir ate 10 atm. 0 processa de impregnac;:6es em autoclave pode
levar de 3 a 5 horas. Se se empregam preservativos salinos, 0 processa pade ser inteiramente a
frio; no caso do creosoto, e necessaria a aquecimento do liquido ate 90°C.
Outros detalhes sobre estacas de madeira podem ser encontrados na obra de Chellis
(1961), na qual, alem de extenso capitulo sabre deteriora~ao e preserva~aa, sao reproduzidas as
especifica~6es american as mais importantes:
a. Standard Specifications for Round Timber Piles of the American Society for Testing
Materials (0-25-37) and of the American Standards Association (ASA 06-1939).
11 Principais Tipos de Funda~oes Profundas
b. Specifications for Driving Wood Piles of the American Railway Engineering Association,
1940.
c. Standard for the Purchase and Preservation of Forest Products Specification Ml of the
American Wood-Preservers Association, 1954.
d. Standard for Preservative Treatment of Piles by Pressure Processes - All Timber Products -
Specification of the American Wood-Preservers Association, 1960.
e. Standard for the Preservative Treatment of Piles by Pressure Processes - Specification C3
of the American Wood-Preservers Association, 1960.
f. Standard for Creosoted-Wood Foundation Piles - Specification C12 oftheAmerican Wood
Preservers Association, 1954.
g. Standard for Pressure Treated Piles and Timber in Marine Construction - Specification
CIS of the American Wood-Preservers Association, 1959.
Ha as seguintes prescri~5es para estacas de madeira na narma brasileira NBR 6122:
• A ponta e 0 topo devem ter diametros maiores que 15 e 25 cm respectivamente, e urn
segrnento de reta ligando os centros das se~5es de ponta e topo deve estar integralmente
no interior da estaca.
• Os topos das estacas devem ser protegidos par amortecedores adequados para minimizar
danos durante a crava~ao. Durante a crava~ao, se ocorrer algum dana na cabe~a da estaca,
a parte afetada deve ser cortada. Quando se tiver de penetrar ou atravessar camadas
resistentes, as pontas devem ser protegidas par ponte ira de a~o.
A norma ale rna DIN 4026 (Rammp/ahle:
Herstellung, Bemessung und zulassige Belastung) ,
de 1975, fornece as seguintes especifica~5es:
(a) Flecha maxima: 1/300 do comprimento; (b) a
redu~ao de se~ao transversal entre a ponta e
o topo deve ser uniforme com uma varia~ao
maxima de diametro entre 1 e 1,5 cm por metro;
(c) 0 diametro medio (medido no meio do com-
primento da estaca) deve satisfazer as condi~5es
daTab.ll.l.
Tab. 11.1 - Rela~ao entre eomprimento
e diametro de estaeas de madeira
(DIN 4026)
Comprimento
L da estaea (m)
<6
~ 6
Diametro
medioem em
(tolerancia ± 2 em)
25
20 + L; Lem m
Apareihamento da estaca - tada a corti~a deve ser retirada, deixando-se 0 alburno. A
ponta da estaca deve ser cortada em forma conic a, com uma altura de 1,2 vezes 0 diametro (caso
de terrenos resistentes) a 2 vezes 0 diametro (caso de terrenos fracos). Sapatas de prote~ao (ou
ponteiras) s6 serao utilizadas em casos especiais e devem ser solidamente fixadas a estaca. A
cabe~a da estaca deve ser protegida por urn capacete ou simples ane!. Em condi~6es de dificil
crava~ao, a cabe~a da estaca pode ser danificada e ter-se-a de preparar uma nova. Uma estaca
rachada e impr6pria para a absor~ao de esfor~os.
Durabilidade - quando se exige uma longa dura~ao da funda~ao, as estacas de madeira
s6 podem ser empregadas desde que fiquem abaixo do limite de apodrecimento e nao sejam
atacadas par agentes agressivos a madeira. Estacas de madeira acima e na zona de varia~ao do
len~ol d'agua tern pequena dura~ao, que pode ser aumentada quando as estacas sao adequada-
mente protegidas e, assim, man tid as. Para essa prote~ao, devem-se utilizar apenas metod os que
proporcionem uma prote~ao profunda.
237
Vel/oso eLopes
238
Tab. 11.2 - Cargas e penetra~6es de estacas de madeira e pre-moldadas (DIN 4026)
Carga admissivel (kN)
Penetra~ao na camada Diametro da ponta (em)
Madeira resistente (m) 15 20 25 30 35
3 100 150 200 300 400
4 150 200 300 400 500
5 300 400 500 600
Penetra~ao na camada Lado da se~ao (em)
resistente (m) 20 25 30 35 40
Pre-mold ada
3 200 250 350 450 550
de concreto
4 250 350 450 600 700
5 400 550 700 850
6 650 800 1000
Cargas admissfveis em estacas de madeira: como ordem de grandeza de cargas admissi-
veis, para orienta~ao na elabora~ao de estudos e projetos, recomendam-se os valores da Tab. 11.2,
v:ilidos para estacas com um comprimento cravado minimo de 5 m e desde que a camada re-
sistente na qual esteja implantada a estaca seja areia compacta ou argila rija ao longo de uma
espessura suficiente.
A norma NBR 6122 recomenda, para a defini~ao da carga estrutural admissivel, que seja
considerada sempre a se~ao transversal minima e adotada uma ten sao admissfvel compativel
com 0 tipo e a qualidade da madeira, conforme a NBR 7190.
11.2 ESTACAS METALICAS
As estacas metalicas ou estacas de a~o
sao encontradas em diversas form as, desde
perfis (Iaminados ou sold ados) a tubos (de
chapa calandrada e soldada ou sem costura) '.
Entre os perfis laminados estao os trilhos, uti-
Iizados, em geral, depois de retirados das fer-
ravias (trilhos usados). Os perfis podem ser
usados isolados ou associados (duplos ou tri-
plos). A Fig. 11.2 mostra algumas das estacas
mais utilizadas. Os tipos de a~o mais utiliza-
dos seguem os padroes ASTM A36 (tensao de
escoamento 250 MPa) e A572 Grau 50 (ten-
sao de escoamento 345 MPa). Pode-se adicio-
nar em sua composi~ao uma percentagem de
cobre, 0 que confere resistencia a corrosao
(a) (b) (e)
IUD
Solda __ ---'t
Fig. 11.2 - Estacasde a,o (se,oes transversa is):
(a) perfil de chapas soldadas; (b) perfis I lamina-
dos, associados (duplo); (c) perfis tipo cantoneira,
idem; (d) tubos; (e) trilhos associados (duplo); (f) idem
(triplo)
1. No caso de perfis e tubos, devem·se preferir elementos feitos com chapas de espessura minima de 10 mm, em func;:ao da
perda de sec;:ao por corrosao.
11 Principais Tipos de Funda{oes Profundas
Tab. 11.3 - Estacas de perfis de a~o mais utilizadas
Tipo de Estaca Tipo I Dimensao peso/metro (kgf/m) Carga max.(kN)
Trilhos usados TR 25 24,6 200
a ~ 80MPa TR 32 32,0 250
TR 37 37,1 300
TR 45 44,6 350
(verificar grau de desgaste e TR 50 50,3 400
alinhamento) 2 TR 32 64,0 500
2 TR 37 74,2 600
3 TR 32 96,0 750
3 TR 37 111,3 900
Perfis I e H - A~o A36 18" (203 mm) 27,3 300
I 10" (254 mm) 37,7 400
Descontados 1,5 mm para 112" (305 mm) 60,6 600
corrosao e aplicada 2 I 10" 75,4 800
a = 120MPa 2 I 12" 121,2 1200
H 6" (152 mm) 37,1 400
Perfis H - A~o A572 H 200mm 46,1 700
H 200mm 59,0 1000
Descontados 1,5 mm e aplicada H 250mm 73,0 1200
a=175MPa H 310mm 93,0 1500
H 310mm 117,0 2000
a = tenseD de trabalho (adotada como 0.5 fyk para pec;as novas)
atmosferica (a90 tipo SAC ou "CORTEN"). A Tab. 11.3 apresenta cargas de servi90 usuais para as
perfis laminados mais utilizados (isolados e associados), considerando as dais tipos de ac;o (A36
eA572).
Vantagens e Desvantagens
As estacas metaJicas ou estacas de ac;o apresentam vantagens importantes sobre as de-
mais (Cornfield, 1974; British Steel Corporation, 1976), a saber:
a. Sao fabricadas com sec;6es transversais de varias formas e dimens6es, 0 que permite uma
adaptac;ao bern ajustada a cada caso.
b. Devido ao peso relativamente pequeno e 11 elevada resistencia na compressao, na tra9aO
e na flexao, sao faceis de transportar e de manipular.
C. Pela elevada resistencia do ac;o, saO mais faceis de cravar do que as estacas de madeira ou
de concreto pre-moldado, podendo passar por camadas compactas ou permitir 0 embu-
timento nesses materiais.
d. Pela facilidade com que podem ser cortadas com mac;arico ou emendadas por solda, nao
of ere cern dificuldade aos ajustes de comprimento no canteiro. AJem disso, os pedac;os
cortados pod em ser aproveitados no prolongamento de outras estacas.
e. Podem-se utilizar, em casos especiais, ac;os resistentes 11 corrosao, tipo SAC.
239
Velloso eLopes
240
Como desvantagens podem-se citar:
a. Em nosso pais, 0 custo elevado. Niio obstante, pode-se afirmar que, nos ultimos anos,
as estacas de a~o, especialmente do tipo A572, tern mostrado condi~6es de concorrencia
com as estacas de concreto. E evidente que, nessa analise, deve-se considerar 0 custo
global da funda~iio: estaca (custos do material e de crava~iio), equipamento (mobiliza~iio
etc.), tempo de execu~iio e blocos de coroamento.
b. Corrosiio: modernamente, os efeitos da corrosiio sobre 0 tempo de vida das estacas de
a~o, gra~as aos inumeros estudos realizados, tern tido sua importiincia devidamente
limitada (Romanoff, 1962; Cornfield, 1974; Tomlinson, 1994). 0 primeiro autor teve a
oportunidade de examinar estacas metmicas de funda~6es de ediffcios no Rio de Janeiro,
junto it Lagoa Rodrigo de Freitas e na orla maritima, assim como uma ponte sobre 0
rio Tamanduatef (SP), que, ap6s dez a vinte anos, mostravam-se sem sinal de corrosiio.
Deve-se esclarecer que se tratava de estacas total e permanentemente enterradas.
Corrosao
Quanto a corrosiio, Romanoff (1962) comenta:
Estacas de ac.;:o que estiveram em servi<;o em varias estruturas enterradas pOI perfoctos de 7
a 40 anas foram inspecionadas peJa retirada de estacas em 8 locaHdades e poe escavacyoes
que tornaram visfveis as estacas em 11 local ida des. As condic;6es locais variavam largamente
como indicado pelos tipos de solos, desde areias bern drenadas ate argilas impermeaveis,
resistividades do solo desde 300 Ohm-em ate 50.200 Ohm-em e valores pH desde 2,3 ate 8,6.'
Os dados mostraram que 0 tipo e a quantidade de corrosao observada nas estacas
de acyo cravadas em solo natural nao perturbado, independentemente das caracteristicas e
propriedades do solo, nao e suficiente para afetar significativamente a resistencia au a vida
util das estacas como elementos de suporte de cargas.
Corrosao moderada ocorreu em varias estacas era vadas em aterros, acima au na zona
do len«;ol d'agua. Nesses nfveis, as trechos de estacas sao acessfveis no caso de uma prote«;ao
se mostrar necessaria.
Foi observado que solos intensamente corrosivos ao ferro e ao a«;o enterrados em
trincheiras escavadas (solo perturbado), nao sao corrosivos a estacas de a«;o cravadas no solo
nao perturb ado. A diferem;a em corrosao e atribuJda a diferen~a em concentra~ao de oxigenio.
Os dados indicam que os solos nao perturbados sao tao pobres em oxigenio a poucos pes de
profundidade au abaixo do len«;ol d'agua, que as estacas de a«;o nao sao apreciavelmente afeta-
das pela corrosao, independentemente do tipo au propriedades do solo. Propriedades do solo,
tais como tipo, drenagem, resistividade, pH au composi«;ao qufmica nao tern valor pratico na
determina«;ao do seu poder corrosivo sabre estacas de a«;o nele cravadas. Essa constata~ao e
contraria aquila que ja se publicou quanto ao comportamento do a«;o sob condi«;oes de solo
perturb ado.
Entao, pode-se concluir que os dados do National Bureau of Standards publieados
quanto a objetos (nao estacas) colocados em solos perturbados nao se aplicarn a estacas de
a«;o cravadas em solos nao perturbados.
Essas conclus6es de Romanoff, de 1962, foram confirmadas por ele em urn segundo rela-
torio publicado em 1969 (Cornfield, 1974).
2. Existem indica/yoes da industria do petr6leo, para avaIia9ao da corrosao de pe/yas de a90 emerractas, de que a corrosao e
mais intensa em solos de resistividade baixa, alta concentra9ao de fons de cloro e baixo pH.
11 Principais Tipos de Funda{oes Profundas
Em resumo: a corrosao causada pelo solo em estacas de a~o e, em geral, muito pequena e
po de ser desprezada quando 0 a~o esta em contato com solo natural (nao perturbado), de forma
que qualquer proter,;ao ou pintura pode ser dispensada.
No caso de obras maritimas, deve-se considerar separadamente a corrosao no solo, na
agua e na atmosfera (Cornfield, 1974):
a. Quanta ao so/a, valem as considera~6es feitas para obras em terra.
b. Quanta it dgua, em estacas de a~o que sao totalmente imersas em agua, a corrosao deve
ser avaliada. Taxas de corrosao de ate 0,08 mm por ana sao observadas na agua do mar, e
de ate 0,05 mm por ano, em agua doce.
A providencia a tomar depende de cada caso, havendo tres possibilidades:
b.1 Nenhuma medida de prote~ao e tom ada, aceitando-se a redu~ao de espessura de
metal. Pode-se verificar a tensao no a~o no final da vida da obra, adotando-se para
a taxa de corrosao os valores acima indicados.
b.2 Aplica-se uma pintura de prote~ao na parte da estaca acima da superficie do ter-
reno. Deve-se, entretanto, observar que, como nao e viavel fazer-se a manuten~ao
dessa pintura, a vida util da estaca s6 pode ser prolongada por urn periodo de
tempo igual ao da vida da pintura, em geral, de 5 a 10 anos. Uma pintura efetiva
requer uma limpeza previa com jato de areia e 0 custo total pode representar 20
a 30% (ou mesmo mais) do custo da parte protegida. Deve-se, portanto, verificar
se esse acrescimo de custo e justificado pelo que se ganha em tempo de vida da
estaca.
b.3 Adota-se uma espessura de a~o majorada para aumentar 0 tempo de vida reque-
rido, se esse tempo calculado de acordo com 0 item b.1) nao for considerado
adequado. Frequentemente, essa e a forma rna is econ6mica de se conseguir urn
tempo de vida adicional, quando necessario.
Os comentarios acima referem-se ao a~o que esta total e permanentemente
imerso.
A taxa de corrosao na zona de varia~ao do nivel d'agua pode ser bern mais elevada.
As considera~6es feitas nos tres itens acima podem ser aplicadas conforme0 caso. A ma-
nuten~ao de pintura, teoricamente, e possfvel entre mares, mas essa zona nunca estara
completamente seca e ficara submersa em mares sucessivas. A preparar,;ao da superficie
eo tempo de secagem apresentarao dificuldades e, na escolha do tipo de pintura, esses
fatores devem ser considerados.
c. Quanta it corrosito atmos/erica, ela pode variar muito de caso para caso. No trecho ao
ar livre, a proter,;ao por pintura nilo oferece dificuldades. A adir,;ilo de urn pequeno teor
de cobre (0,25 a 0,35%) ao ar,;o aumenta a resistencia a corrosilo atmosferica do a~o nilo
pintado, porem nenhum beneficio traz contra a corrosilo no solo ou na agua. Embora a
pintura parer,;a a melbor solur,;ilo, as considerar,;6es feitas nos tres itens acima silo ainda
aplicaveis.
A erosilo ou abrasilo do ar,;o em decorrencia do movimento de areia e pedregulhos
no fundo do mar e urn efeito independente que deve ser considerado nas fundar,;6es em
aguas rasas.
Podem ocorrer aumentos significativos nas taxas de corrosilo em condir,;6es excepcionais,
por exemplo, em algumas localidades tropicais, ou em decorrencia de agentes qufmicos agressi-
vos do solo ou da agua. A experiencia local deve ser sempre levada em considerar,;ilo. A proter,;ao
241
Velloso eLopes
242
cat6dica e uma providencia adequada em condi~6es excepcionais, po rem ela s6 e valida para os
trechos submersos da estaca, ou abaixo do len~ol d'agua quando em terra. Em gera!, a prote~ao
cat6dica nao e economicamente justificavel em condi~6es normais.
Ate aqui, foram transcritos comentarios de Cornfield (1974). 0 procedimento seguido
pelos autores pode ser resumido em dois itens:
• Estacas metaJicas inteira e permanentemente enterradas, salvo em casos excepcionais,
dispensam qualquer prote~ao contra a corrosao. Em calculos de capacidade de carga es-
trutural, admite-se que a corrosao inutilize apenas uma espessura de sacrificio, de acordo
com a norma.
• Estacas metalicas com trecho desenterrado, no ar ou na agua, exigem uma prote~ao. Por
seguran~a, faz-se a prote~ao desde a cota de erosao ate 0 bloco de coroamento. Nos casos
usuais tem-se procedido como indicado na Fig. 11.3. Quando a estaca e constitufda por
urn perfis I, H, ou trUhos, faz-se urn encamisamento com concreto, preferencialmente,
arm ado; quando a estaca e tubular, arma-se 0 trecho acima da cota de erosao, para os
esfor~os previstos, desprezando-se, total mente, 0 tubo de a~o (que funcionara apenas
como forma).
A Norma Brasileira
Em relac;ao a corrosao, a norma brasileira NBR 6122 prescreve que estacas de ac;o total e
permanentemente enterradas, independentemente da situac;ao do len~ol d'agua, pod em dispen-
sar tratamento especial desde que seja descontada uma espessura de sacrificio, como indicado
na tabela a seguir.
Bloco ---1
· .. ..
· .. . ' ..
.. , . .. . P ,
0 ... . •
~=+ .. ... .
... ", .. .
NA NA
· ... . . · .. ... .
-.
Corte
'. ~ ...... : . : .~ Estaca
". . . .. : ----- Concreto
. ' · .. ... .
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... ....... .
Cota de erosao
Secao
Transversal (@:H·>· ' .. ".' . ", ..
" .. :
Estaca
Il<:::'* --Concreto
Armadura
G'· . ~ ... ~ . .. .. .
Fig. 11.3 - Estacas meta ficas: protel;ao contra a corrosao
11 Principais Tipos de Funda~oes Profundas
A parte superior da es-
taca que ficar desenterrada deve
ser obrigatoriamente protegida
com encamisamento de con-
creto ou outro recurso de pro-
te<;ao do a<;o especificado em
projeto.
Classe do solo Espessura de sacrificio (mm)
As estacas devem ser
dimensionadas de acordo com
Solos naturais e aterros control ados
Argila organica
Solos turfosos
Aterros nao controlados
Solos contaminados'
*Solos agressivos deverao ser estudados especi/iearnente
1,0
1,5
3,0
2,0
3,2
a NBR 8800, considerando-se a se<;ao reduzida (pela espessura de sacrificio) da estaca. Os
desenhos de projeto devem especificar 0 tipo de a<;o da estaca.
Nas pe<;as reutilizadas (perfis e trilhos usados), deve-se verificar a se<;ao real minima da
pe<;a, aceitando-se uma perda de massa por desgaste mecanico ou corrosao maxima de 20% do
valor nominal da pe<;a nova. A tensao caracteristica deve-se limitar a 0,3[yk quando atuarem
apenas esfor<;os axiais. Para verifica<;oes de f1exocompressao e f1exotra<;ao, devem ser utilizados
os coeficientes y, = 2,0 e Yf = 1,4. No caso de trilhos, devem-se empregar elementos cuja com-
posi<;ao quimica seja de a<;o carbona com urn, e evitar a<;os especiais, duros, pela dificuldade de
emendas (se esse tipo de trilho for empregado, 0 projeto deve especificar os procedimentos de
soldagem).
As emendas das estacas de a<;o, realizadas por meio de talas soldadas ou parafusadas, de-
vern resistir as solicita<;oes que possam ocorrer durante 0 manuseio, it crava<;ao e ao trabalho do
componente estrutural. Os procedimentos para as emendas deverao ser detalhados em projeto.
Nas emendas com sold a, 0 eletrodo a ser utilizado deve ser especificado em projeto,
compativel com 0 material da estaca, e de classe nao inferior ao tipo AWS E 7018 para os a<;os
ASTM A36, A572 e a<;os-carbono comuns. Quando a composi<;ao quimica do a<;o exigir eletrodos
e procedimentos de solda especiais, eles deverao ser especificados em projeto.
Quanto it tolerancia, a norma prescreve que
• as estacas de a<;o devem ser retilineas, assim consideradas aquelas que apresentam f1echa
maxima de 0,2% do comprimento de qualquer segmento nela contido;
• nas dimensoes extern as, haja varia<;oes mflximas de 5 mm em rela<;ao aos valores nomi-
nais (altura e largura) e, nas espessuras, varia<;oes maximas de 0,5 mm em rela<;ao aos
valores nominais.
Em rela<;ao it crava<;ao, a norma prescreve (i) que a rela<;ao entre 0 peso do martelo de
queda livre e 0 da estaca nao pode ser menor que 0,5, e (ii) um peso de martelo mlnimo de lOkN.
Na experiencia dos autores, embora urn peso de martelo elevado seja vantajoso, no caso
de perfis metaIicos, 0 uso de martelos de peso e/ou altura de queda grandes, sem a observancia
de uma nega adequada, pode levar a crava<;ao excess iva.
11.3 ESTACAS PRE-MOLDADAS
De todos os materiais de constru<;ao, 0 concreto e aquele que melhor se presta a con-
fec<;ao de estacas, gra<;as a sua resistencia aos agentes agressivos, e suporta muito bern as alter-
nancias de secagem e umedecimento. Por outro lado, com 0 concreto podem-se executar tanto
estacas de pequena quanta de grande capacidade de carga.
Das estacas de concreto, serao consideradas separadamente as estacas pre-moldadas e os
diversos tipos das moldadas no terreno. As estacas pre-moldadas sao moldadas em canteiro ou
243
Velloso eLopes
244
usina e podem ser c1assificadas, quanta a forma de confecvao, em: (a) concreto vibrado, (b) con-
creto centrifugado; (c) extrusao, e, quanta a armadura, em: (i) concreto armado e (ij) concreto
protendido. A Fig. 11.4 apresenta algumas sevoes tipicas. Na sevao longitudinal em que a arma-
dura e representada (Fig. ll.4e) , as duas extremidades da estaca apresentarn urn reforvo da ar-
mavao transversal necessario por conta das tensoes que ali surgem durante a cravavao ("tensoes
dinfunicas") .
["0 "'[9]
~J
(I)
Fig. 11.4 - Estacas pre-moldadas de concreto: (a) a (d) ser;6es transversa is tipicas; (e) ser;ao longitudinal
com armadura tipica; (f) estaca com furo central e anel de emenda (apenas 0 concreto representado)
Vanta gens e Desvantagens
A grande vantagem das estacas pre-moldadas sobre as moldadas no terreno esta na boa
qualidade do concreto que se pode obter e no fate de que os agentes agressivos, eventualmente
encontrados no solo, nao terao nenhuma avao na pega e cura do concreto. Outra vantagem e a
seguranva que of ere cern na passagem atraves de camadas muito moles, onde a concretagem in
loco pode apresentarproblemas. Como desvantagem principal das estacas pre-moldadas pode-
-se apontar a dificuldade de adaptavao as variavoes do terreno. Se a camada resistente apresentar
grandes variavoes na sua profundidade, e se a previsao de comprimento nao for feita cuidadosa-
mente, ter-se-a de enfrentar 0 problema do corte ou emenda de estacas, com prejulzos para a
economia da obra.
Estacas de Concreto Protendido
Para grandes cargas e grandes comprimentos tem-se utilizado estacas de concreto pro-
tendido, as quais atribuem-se as seguintes vantagens:
• elevada resistencia na compressao, na flexao composta, na tral'ao decorrente da cravavao,
na flexao transit6ria (dal, projeto mais econ6mico para uma dada carga axial e urn dado
momento fletor);
• maior capacidade na manipulal'ao e craval'ao, e menor fissural'ao (dai, maior durabiJi-
dade);
• capacidade de suportar forvas de tral'ao elevadas (como ancoragens, para suportar sub-
pressao, p. ex., ou em dolfins portuarios, protevao de pilares de pontes etc.);
11 Principais Tipos de Funda~6es Profundas
• facilidade de serem moldadas com qualquer contigurayao de seyao transversal, maciya
ou oca, para atender a exigencias de projeto;
• possibilidade de serem executadas com seyoes transversais de grandes dimensoes e gran-
des comprimentos. Foram executadas estacas cilfndricas de concreto protendido com
ate 4 m de diametro, como na ponte de Oesterchelde (Holanda), e com ate 70 m de com-
primento, como as utilizadas em plataformas de petr61eo no Golfo de Maracaibo, na
Venezuela;
• emprego vantajoso de protensao excentrica a tim de aumentar a resistencia a f1exao,
quando usadas como estacas-prancha em ensecadeiras, estruturas de arrimo, muros de
cais etc.
Orientayoes e detalhes de projeto e execuyao de estacas protendidas podem servistos em
Li e Liu (1970), Gerwick (1971) e Hunt (1979).
Manipulayao e Estocagem de Estacas
As estacas pre-moldadas precisam ser di-
mensionadas para resistir aos esfofyos que so-
frerao par ayao da estrutura (compressao, tra-
yao, foryas horizontals e momentos aplicados),
e aos esforyos de manipulayao e cravayao. as es-
foryos de cravayao sao abordados no Cap. 13. as
esforyos de manipulayao sao calculados a partir
dos modos (a) de levantamento (ou suspensao)
para carga, descarga e estocagem e (b) de iya-
menta para cravayao, previstos para a estaca. as
modos de suspensao e iyarnento mais comuns
estao na Fig. 11.5.
as cuidados na manipulayao e estoca-
gem sao:
1 Descarga
Em geral, as estacas sao descarregadas
de duas maneiras: (a) manualmente, com a uti-
lizayao de pranchas especiais e cordas e (b) com
guindastes.
1.1 Descarga manual
L
L
i
~Ll5~
As estacas sao descarregadas da carreta,
impulsiona-se uma a uma, das mais proximas
.. . . Fig. 11.5 - Estocagem, suspensao (pe/os quintos)
de uma das lateralS it mrus afastada, utilizando- e i,amento (pe/o ter,o) de estacas pre-mo/dadas
-se alavancas. Assim, cada uma das estacas vai descer, rolando com apoio nas pranchas incli-
nadas, e controla-se a descida com cordas que envolvem a estaca, com uma das extremidades
fixada no chassi da carreta e a outra manuseada pelos ajudantes. A corda, deslizando pelo rolete
com a qual a carreta esta equip ada, permite a descida suave das estacas.
1.2 Descarga com guindaste
As estacas sao removidas das carretas com a cabo de suspensao do guindaste, prendendo
cada estaca em dois pontos, con forme item 3.
245
Velloso eLopes
246
2 Estacagem
Tanto no caso da descarga manual como no caso de uso de guindastes, as estacas deverao
ser estocadas sobre terreno firme e plano. Em terreno perfeitarnente plano, as estacas sao depo-
sitadas diretarnente no chao. Neste caso, nao deverao ser empilhadas umas sobre as outras. As
estacas deverao tocar 0 solo de forma suave, sem impactos.
E importante verificar que nao haja nenhuma lomb ada ou depressao no terreno. Se a
superffcie do terreno nao estiver perfeitamente aplainada, as estacas deverao ser estacadas, apoi-
ando-se sobre dois caibros, como ilustrado na Fig. 11.5. Neste caso, empilham-se as estacas no
maximo em duas camadas, sempre que for utilizado guindaste.
3 Pontos de suspensao e de apoio
As estacas deverao ser suspensas, sempre que for utilizado guindaste, em dois pontos
equidistantes das extremidades de liS L (Fig. 11.5) .
Da mesma forma, quando estacadas sobre caibros, estes deverao se situar aIlS L
(Fig. 11.5). No caso de empilhamento, deve-se tamar 0 maximo cuidado para que os caibros
da segunda camada estejarn perfeitamente na prumada dos caibros inferiores.
4 I~amento das estacas
o bate-estaca, por meio de cabo de a~o adequado, levan tara cada estaca para ser cravada,
dando-se uma la~ada bern apertada perto da extremidade que devera ser a superior, e a uma
distancia de 3/10 L (Fig. 11.5). Essa opera~ao e bastante delicada, e deve-se tomar urn especial
cuidado para evitar, durante essa fase do servi<;o, que a estaca sofra danos pelo choque com ou-
tras estacas ou objetos existentes em seu percurso, ou com 0 proprio equiparnenta de crava~ao.
Dimensoes e Cargas Admissfveis
Cabe distinguir algumas possibilidades: num primeiro grupo estao as estacas pre-mol-
dadas de concreto arm ado vibrado executadas nos proprios canteiros de obras. Em geral, tem
se<;ao transversal quadrada, desde 20 cm x 20 cm ate 40 cm x 40 cm e comprimento de 4 a 8 m.
Num segundo grupo estao as estacas produzidas em fabricas de pre-moldados, num processo
praticamente industrial, para cargas de trabalho maiores e com comprimentos maiores.
As tens6es de trabalho das estacas pre-moldadas (a serem aplicadas a se<;ao transversal
de concreto) dependem nao s6 da armadura e da qualidade do concreto, como tambem dos
controles de fabriea~ao e crava~ao, e ainda do usa de protensao. Assim, as tensoes variam desde
6 MPa, aplicada as estacas de concreto armado com con troles usuais de fabrica<;ao e sem con-
trole de crava~ao por ensaios estaticos ou dinamicos, ate 14 MPa, apJicada as estacas de concreta
protendido com controles rigorosos de fabrica~ao e com controle de crava~ao por ensaios esta-
tieos ou dinamicos. Na Tab. 11.4 estao alguns tipos comuns de estacas pre-moldadas com suas
cargas tipicas. Essa tabela serve apenas para uma pre-sele~ao do tipo de estaca ou para efeito
de anteprojeto; para projeto, devem-se consultar firmas executoras de funda~oes e na~ somente
firmas fabricantes de estacas pre-moldadas 3.
3. Oeve-se observar que firmas fornecedoras de estacas pre-moldadas indicam em seus cataJogos cargas admissiveis do
ponto de vista estrutural. daf resultando cargas elevadas (frequentemente baseadas em tensoes de trabalho de ate
14 MPa). Para determinados terrenos e equipamentos de cravayao, essas cargas naa sao possfveis, e a tentativa de cravar
estacas para as cargas de cataIogo pade resultar em sua quebra.
11 Principais Tipos de Fundar;oes Profundas
Tab. 11.4 - Tipos usuais de estaeas e suas eargas de trabalho (do ponto de vista estrutural)
Tipo de Estaea Dimens6es Carga Carga Obs.
(em) Usual (kN) Max. (kN)
Pre-moldada vibrada, de concreto armado, 20 x 20 250 ' 400 Disponiveis ate 8 m.
quadrada maci~a 25 x 25 400' 600
a~ 6 a 10MPa 30 x 30 550' 900
35 x 35 750' 1200
Pre-mold ada vibrada, de concreto armado, 022 300 400 Disponiveis ate 10m.
circular com furo central 025 450 550 Furo central a partir do
a ~ 9 a 12 MPa 029 600 750 o 29cm.
033 700 800
Pre-moldada vibrada, de concreto 020 300 350 Disponiveis ate 12 m.
protendido 025 500 600 Podem ter furo central.
a~ 10 a 14MPa 033 800 900
Pre-moldada centrifugada, de concreto 020 250 300 Disponiveis ate 12 m.
armado 026 400 500 Com furo central (ocas)
a~ 10 a 14MPa 033 600 750 e paredes de 6 a 12 cm.
042 900 1150
o 50 1300 1600
060 1700 2100
Notas: u ~ tensilo de trabalho no concreto; *obras sem contrale de cravac;ao par ensaios estaticos au dinamicos
Para as estacas pre-moldadas podem
ser fabricadas pontas especiais, que facilitama crava~ao (passagem por camadas mais
compactas e/ou embutimento em materiais
compactos), mostradas na Fig. 11.6.
A Norma BrasiJeira
A norma sugere tratar as estacas pre-
-fabricadas como pe~as pre-moldadas estru-
turais pelo conceito da NBR 9062. Quanto ao
(a) (b) r rv- r (c)
v
Fig. 11.6 - Pontas para estacas pre-moldadas
dimensionamento estrutural, deve-se observar 0 disposto na Tab. 1l.S. A ado~ao de uma carga
de trabalho baseada nesse dimensionamento e valida se for feita a verifica~ao da capacidade de
carga na obra, por prova de carga estatica (NBR 12.l31) ou ensaio de carregamento dinamico
(NBR l3.208). Caso nao seja feita essa verifica~ao, a tensao media atuante na se~ao de concreto
deve-se limitar a 7 MPa (para efeito da se~ao de concreto, consideram -se as se90es vazadas como
maci~as, limitando-se a se~ao vazada a 40% da total).
A Norma Alema
A Norma alema DIN 4026 recomenda, para estacas pre-moldadas de concreto armado e
protendido (se~ao quadrada), as cargas admissiveis da Tab. 11.2.
247
Vel/oso eLopes
Tab. 11.5 - Criterios para 0 dimensionamento estrutural de estacas e tubul6es de concreto
comprimidos (adapta~ao da NBR 6122)
Coeficientes Tensao media
fek max. para dimensio- atuante, abaixo
de namento Armadura da qual nao e
Ti po de estaca / projetoS Y} Ye Ys % Comprimento necessario armar
tubulao (MPa) minima minima (m) (MPa)
Pre-moldada de concreto 40 1,4 1,4 1 . 1 5 0,5' Armadura integral
Helice2 20 1,4 1,8 1,15 0.5 4 6,0
Escavada sem flu ido 15 1,4 1,8 1,15 0,5 2 5,0
Escavada com flu ido 20 1,4 1,8 1,15 0,5 4 6,0
Strauss 3 15 1,4 1,8 1,15 0,5 2 5,0
Franki 3 20 1,4 1,8 1,15 0,5 Armadura integral
Raiz e microestacas3.4 20 1,4 1,8 1,15 0,5 Armadura integral
Trado vazado segmentado 20 1,4 1,8 1 ,1 5 0,5 Armadura integral
Tubul6es nao encamisados 15 1,4 1,8 1,15 0,5 3 5,0
1 Nao ha prescri<;ao de percentagem minima na norma de funda<;6es e essa indica<;ao apenas acompanha os outros t ipos de
estacas; a norma de estruturas de concreto prescreve. para colunas. 0,4% da se<;ao; 2 Neste t ipo de estaca, 0 comprimento
da armadura e limitado devido ao processo executivo; 3 Nesses tipos de estaca, 0 diametro considerado no dimenslonamento
e 0 do revestimento; 4 Deve-se observar que, quando for utilizado a<;o com resistencia ~ 500 MPa e a porcentagem de a<;o
for ~ 6% da se<;ao da estaca, a estaca deve ser dimensionada como pilar de concreto armado. Quando for utilizado a<;o com
resistencia> 500 MPa ou a porcentagem de a<;o for> 6% da se<;ao. toda carga deve ser resistida pelo a<;o; So fek maximo de
projeto desta tabela e aquele que deve ser empregado no dimensionamento estrutural da pe<;a . No caso de estacas moldadas
in situ, 0 concreto especificado para a obra deve ter 0 fek indicado para cada t ipo de estaca nos anexos da NBR 6122. Deve-se
lembrar que ao fe> cabe aplicar um fator de redu<;ao de 0.85 (efeito da velocidade de ensaio ou Rusch); 6 Um Y f de 1,4 e
normalmente aplicado as cargas fina is de edificios (NBR 6118). Para cargas de outras estruturas. como pontes. portos etc., que
tem varias combina<;6es, deve-se consultar a NBR 8681 .
248
Crava~iio de Estacas Pre-moldadas
Uma questiio que merece bastante aten~ao nas estacas pre-moldadase a sua crava~iio,
porque as tens5es de crava~ao devem ser sempre inferiores 11 tensao caracteristica do concreto
(recomenda-se que sejam inferiores a 0,8fek). Como as tens5es de compressao que surgem na
cabe~a da estaca no momento do impacto sao diretamente proporcionais 11 altura de queda
do martelo, para evitar 0 esmagamento da cabe~a da estaca deve-se trabalhar com alturas de
queda pequenas, em geral nao maiores que 1 m, e adotar amortecedores. Assim, quando a estaca
precisa ser cravada a grande profundidade ou penetrar camadas resistentes, devem-se adotar
martelos mais pesados (e comum empregar martelos de 40 kN ou mesmo mais pesados em obras
em terra). a assunto cravabilidade de estacas e tens6es de crava~ao e abordado no Cap. 13.
A norma NBR 6122 recomenda que 0 martelo tenha, no minimo, 70% do peso total da
estaca, e pelo menos 20 kN.
Emendas de Estacas Pre-moldadas
Em uma obra com estacas pre-moldadas, tem-se de preyer a possibilidade de emenda
de elementos. As emendadas devem ser feitas de modo que as se~6es emendadas possam re-
sistir a todas as solicita~6es que nelas ocorram durante a crava~ao e a utiliza~ao da estaca. Na
maioria das estacas fabricadas no Brasil, a emenda e feita soldando-se luvas ou aneis metaJicos
11 Principais Tipos de Funda~oes Profundas
incorporadas ao concreto (Fig. 11.7a). Essas emendas permitem transmitir compressao, tra~ao e
flexao. Estacas com previsao apenas de compressao em servi~o e que nao atravessam solos moles
podem ser emendadas por luva de encaixe (Fig. 11.7b).
(a)
, ,
I
,
,
I. '
. '
,
I Coo . I
Corte
II i! l\ , I I i I
Sold a I I i I ii I eletrica
/ "- '>"<'.'.,::,,,,>,,:,,,.
.'."
''i' I I ~ ! I i I : I i
II U.!i ll
Vista
(:: : : ". /' '. : :"~
~" "" . ... ,
Perspectiva do
anel .de emend a
(b)
Elemento--+
a cravar
'\- -1 Anel de
Elemento--
cravado
extremidade
8-::::,::
/ " r--.. ./
~ -?
- -
"'- ./
Perspectiva
Anel de
extremidade
Fig. 11.7 - Emenda de estacas pre-moldadas por luvas de a,o (a) soldadas e (b) apenas encaixadas
Prepara~ao da cabe~a da estaca e liga~ao com 0 bloco de coroamento
a topo da estaca deve ser preparado para a liga~ao com 0 bloco de coroamento e envolve
o corte da estaca na "cota de arrasamento" por urn processo que preserve 0 concreto e a arma-
dura no trecho necessario para a liga~ao. Deve-se usar urn pracesso de corte manual do concreto
com ponteiros e talhadeiras que trabalhem horizontalmente, ao inves de marteletes/rampedores
pneumaticos que trabalhem verticalmente.
A penetra~ao do concreto da estaca no bloco deve ser, no minimo, de 5 em (preferivel-
mente 10 em), certificando-se de que 0 concreto da estaca esteja perfeitamente integra ap6s 0
corte. A penetra~ao da armadura no bloco depende do tipo de vinculo (rotula ou engaste, es·
taca trabalhando a tra~ao etc.) previsto no projeto e os detalhes da armadura a ser preservada
devem constar no projeto. Quando nao ha necessidade de penetra~ao da armadura da estaca no
bloea, na~ se cortam, necessariamente, as ferros eventualmente remanescentes acima da cota
de arrasamento.
13 preciso atentar para 0 fato de que estacas de concreto protendido por cabos de a~o, no
caso de alguns tipos de vinculos (engaste e/ou estaca trabalhando a tra~ao), precisam ter uma
armadura convencional ("dura"), ou nao poderao ser utilizadas.
Caso 0 topo da estaca, ap6s a crava~ao ou ap6s a remo~ao de concreto danificado, fique
abaixo da cota de arras amen to, e possivel completar a estaca com concreto de alta qualidade ou,
249
Velloso eLopes
250
preferivelmente, com argamassa especial (grout), sempre considerando a quesUio da armadura
a ser emend ada.
Vale a pena lembrar que os maiores esfor~os em uma estaca ocorrem justamente na sua
liga~ao com 0 bloco e que, portanto, a qualidade de seu trecho final e liga~ao com 0 bloco e muito
importante.
11.4 ESTACAS DE CONCRETO MOLDADAS NO SOLO
A grande vantagem das estacas moldadas no solo em rela~ao as pre-moldadas e permitir
executar a concretagem no comprimento estritamente necessario. Quanto a capacidade de carga,
as estacas moldadas no solo podem oferecer valores ainda mais elevados do que as pre-moldadas.
Quanto as vantagens atribuidas as pre·moldadas, no que diz respeito a qualidade do concreto,
ao fato de 0 concreto ser posto em contato com 0 solo ja curado, e outras de ordem executiva
(execu~ao atraves de camadas de argila muito mole, por exemplo), nao se pode, a rigor, afirmar
que as estacas moldadas no terreno apresentem as desvantagens correspondentes. A qualidade
das estacas moldadas no solo depende mais da habilidade e competencia da equipe executora do
que a de uma estaca pre-moldada, cujaexecu~ao permite alguns controles proprios (ver, p. ex.,
Velloso, 1969; Aoki, 1981). Por outro lado, as estacas moldadas in loco podem ser executadas ap6s
escava~ao (com ferramentas especiais) de solos muito duros ou mesmo rochas, materiais que
nao poderiam ser penetrados por estacas pre-moldadas.
E extremamente grande 0 mimero de tipos de estacas de concreto moldadas no solo.
apresenta-se a seguir uma descri~ao dos sistemas mais utilizados no Brasil. Para outros sistemas
e maiores detalhes, recomenda-se a leitura de Costa (1956), Chellis (1961), Tomlinson (1994),
alem de catalogos de firmas executoras.
11.4.1 Estacas Escavadas sem Auxilio de Revestimento ou de Fluido
Estabilizante
Essas estacas sao geralmente executadas com trado manual entre 20 cm a 40 cm de diii-
metro, e por trado meciinico ate diiimetros maiores. Urn exemplo e a estaca tipo broca (estaca
escavada com trado manual), empregada em situa~6es em que a base fica acima do len~ol d'agua
ou em que se possa seguramente secar 0 furo antes da concretagem.
Em sua execu~ao, uma vez atingida a profundidade prevista, faz·se a limpeza do fundo,
com a remo~ao do material desagregado remanescente da escava~ao. A concretagem e feita com
o concreto lan~ado da superficie do terreno com aux:t1io de funil . A norma NBR 6122 prescreve
que 0 concreto deve apresentar f ck de pelo menos 20 MPa, ter urn consumo minima de cimento
de 300 kg/ m3 e apresentar urn abatimento (slump) minima de 8 cm para estacas nao armadas e
de 12 cm para estacas armadas.
A armadura utilizada (geralmente urn conjunto de ferros longitudinais amarrados com
estribos em espiral) atende a liga~ao com 0 bloco de coroamento e, se necessario, pode ter 0
comprimen to da estaca e resistir a outros esfor~os da estrutura.
Como resultado do dimensionarnento estrutural pela norma NBR 6122 (Tab. 11.5) e, prin-
cipalmente, das condi~6es de suporte oferecidas pelo terreno a esse tipo de estaca, as carga de
trabalho sao relativarnente baixas. Para uma indica~ao das cargas de trabalho usuais nesse tipo
de estaca, ver Tab. 11.6.
11 Principais Tipos de Funda{oes Profundas
Tab. 11.6 - Cargas de trabalho tipicas dos diferentes tipos de estaeas eseavadas
Tipo de Estaea Dimensao (em) Carga Usual (kN) Carga Max. (kN) Obs.
Escavadas Circulares sem 9J 20* 100 120 * = "estaca broca"
revest imento ou fluido 9J 25* 150 200
estabilizante 9J 30* 200 250 Nao sao indicadas
U = 3 a 5 MPa 9J 60 1000 1400 abaixo do NA.
Strauss 9J 25 150 200 Nao sao indicadas na
U = 3 a 4 MPa 9J 32 250 350 ocorrencia de argilas
9J 38 350 450 muito moles e abaixo
9J 45 500 650 do NA.
Escavadas com 9J 60 1100 1400 Escava~ao estabilizada
revestimento ou com 9J 80 2000 2500 com fluido (lama) ou
fluido estabil.izante 9J 100 3100 3900 camisa de a~o.
U= 3 a 5MPa 9J 120 4500 5600
40 x 250** 4000 5000 ** = "estaca·diafragma"
60 x 250** 6000 7500 ou "barrete" (escavac;ao
80 x 250** 8000 10000 estabilizada com fluido)
100 x 250** 10000 12500
Estacas Helice 9J 40 600 800
U= 5 a 6MPa 9J 60 1400 1800
9J 80 2500 3000
9J 100 4000 4700
Estacas Raiz 9J 17 250 300 diam. acabado 9J 20 cm
U = 11 a 12,5 MPa 9J22 400 500 diam. acabado 9J 25 cm
9J27 600 700 diam. acabado 9J 30 cm
9J 32 850 1000 diam. acabado 9J 35 cm
9J 37 1200 1400 diam. acabado 9J 40 cm
a = tens.3o de trabalho
11.4.2 Estacas Strauss
E urn tipo de estaca moldada no solo que requer um equipamento relativamente simples:
urn tripe com guincho, urn pequeno piHio, uma ferramenta de escava~ao, e tubos de revesti-
mento. Sua qualidade depende muito do trabalho da equipe encarregada.
Come~a-se por descer no terreno um tubo de revestimento, cujo diametro determina
o da estaca, por um processo semelhante ao das sondagens a percussao ou por escava~ao do
interior do tuba com uma ferramenta chamada sonda ou "piteira" (Fig. 11.8). Atingida a cota
desejada, enche-se 0 tubo com cerca de 75 cm de concreto umido, que se apiloa it medida que
se vai retirando 0 tubo. A manobra e repetida ate 0 concreto atingir a cota de arrasamento (na
verdade, uma cota um pouco acima da de arrasamento, para se garantir que, ate essa cota, 0
concreto tenha boa qualidade).
A estaca Strauss requer grande cuidado na execu~ao quando se trabalha abaixo do len~ol
d'agua, um tipo desaconselhavel nesse caso. Aceita-se, caso ao final da perfura~ao exista agua no
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Velloso eLopes
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"Piteira"
Armagao
(a) (b) (e) (d)
Fig. 11.8 - Execur;ao de estaca tipo Strauss: (a) escavar;ao; (b) limpeza do furo; (c) concretagem ap6s
c%car;ao da armadura; (d) estaca pronta
fundo do furo, que na~ possa ser retirada pela sonda, que seja lan~ado urn volume de concreto
seco para obturar 0 furo. Neste caso, deve-se desprezar a contribui~ao da ponta da estaca na sua
capacidade de carga.
As estacas Strauss podem ser armadas com uma ferragem longitudinal Cbarras retas) e
estribos que permitam livre passagem do soquete de compacta~ao e garantarn urn cobrimento
da armadura, nao inferior a 3 cm. Quando nao armadas, deve-se providenciar uma liga~ao com
o bloco, por meio de uma ferragem que e simplesmente cravada no concreto fresco.
A norma NBR 6122 prescreve para 0 concreto da estaca Strauss 0 mesmo da estaca broca.
Para a fixa~ao da carga admissivel do ponto de vista estrutural deve-se observar a Tab. 11.5.
11.4.3 Estacas tipo Franki
A estaca Franki foi desenvolvida pelo engenheiro belga Edgard Frankignoul na decada de
1910, e foi muito bem-sucedida como uma estaca de qualidade e a custo vantajoso, pelos com-
primentos menores de estaca por conta da base alargada e da concretagem apenas no compri-
mento necessario Cultrapassando pouco a cota prevista de arrasamento). Par conta das vibra~5es
produzidas no processo original, chamado tipo Standard, a estaca vinha perdendo espa~o nos
centros urbanos. Variantes forarn propostas, como aquela em que 0 tubo e descido com ponta
aberta e aquela em que 0 fuste e vibrado, apresentadas nos itens seguintes.
11 Pr;nc;pa;s Tipos de Funda~oes Profundas
Estacas tipo Franki Standard
Sao as seguintes as fases de execu~ao de uma estaca Franki Standard (Fig. 11 .9):
a. Crava~ao do tubo: colocado 0 tubo verticalmente, ou segundo a inclina~ao prevista para
a estaca, derrama-se nele uma certa quantidade de brita e areia, que e socada de encontro
ao terreno, por urn pilao de I a 4 toneladas (dependendo do diametro da estaca), caindo
de viirios metros de altura. Sob os golpes do piHio, a mistura de brita e areia forma na
parte inferior do tubo uma "bucha" estanque, cuja base penetra tigeiramente no terreno
e cuja parte superior, energicamente comprimida contra as paredes do tubo, arrasta-o
por atrito no seu afundamento. ImpeJido pelos golpes do pilao, 0 tubo penetra no terreno
eo comprime fortemente . Gra9as a bucha, a ligua e 0 solo nao podem penetrar no tubo
de maneira que, quando a crava~ao e terminada, obtem-se no solo uma forma absoluta-
mente estanque.
b. Execu~ao da base alargada: terminada a crava9ao do tubo, inicia-se a fase da expulsao da
bucha e execu~ao da base alargada da estaca. Para isso, 0 tubo e ligeiramente levantado
e mantido fum aos cabos do bate-estacas, expulsando-se a bucha por meio de golpes de
Lenvo1d'agua .....
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Fig. 11.9 - Execu,ao de estaca Franki Standard
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Vel/oso eLopes
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grande altura do pilao. Imediatamente ap6s a expulsao da bucha, introduz-se concreto
seco que, sob os golpes do pilao, e introduzido no terreno, forman do a base a1argada.
c. Coloca~ao da armadura: pronta a base alargada, coloca-se no tubo a armadura prevista,
caso a natureza do terreno aconselhe a execu~ao de estacas armadas ou as solicita90es
a que a estaca sera submetida. Essa coloca9ao e feita de maneira que a armadura fique
entre 0 tubo e 0 pilao, de forma que esse possa trabalhar livremente no interior da arma-
dura. Nas estacas de tra9ao ou quando se preve "levantamento
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