trabalho de fundação

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Revista Pensar Engenharia, v. 2, n. 1, jan. 2014
ESTACAS CRAVADAS PRÉ-MOLDADA DE CONCRETO:
PROCEDIMENTOS PARA ESCOLHA E EXECUÇÃO
Ademir Martins Ferreira1
Thales Vinicius Assis Gonçalves2
RESUMO
Para a escolha adequada de um tipo fundação, o maior desafio é a realização
de projetos que associem segurança, economicidade e alem disso que sejam
compatíveis com características da superestrutura. Neste trabalho é
apresentando todas as etapas que são essenciais para escolha e execução de
uma fundação do tipo estaca cravada pré-moldada de concreto. É mostrado um
caso real de uma obra na qual foi utilizada este tipo de fundação. Neste estudo
3é analisado as características que viabilizam o uso desta estaca. Estas
características são de acordo com a capacidade de carga, natureza, resistência
do subsolo e limitações referentes às condições gerais da obra. Constatou-se
que a escolha correta do tipo de fundação é fundamental para o bom
andamento de um sistema de infraestrutura, a análise dos dados de sondagem,
o estudo da vizinhança e o uso de técnicas apropriadas de execução, garantem
a confiabilidade e segurança ao empreendimento.
Palavra chave: Profundidade, fundação, pré-moldada.
1 Graduando do Curso de Engenharia Civil na Faculdade de Engenharia
Kennedy
2 Graduando do Curso de Engenharia Civil na Faculdade de Engenharia
Kennedy
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ABSTRACT
For proper choice of foundation type, the biggest challenge is the
realization of projects involving safety, economy, and moreover they are
compatible with characteristics of the superstructure. This paper presents all the
steps that are essential to choosing and implementing a precast foundation type
stake driven concrete. Shown is a real case of a work in which we used this
type of foundation. This study is analyzed the characteristics that enable the
use of this stake. These features are in accordance with the load capacity,
nature, underground resistance, limitations and general conditions of work. It
was found that the correct choice of type of foundation is critical to the smooth
operation of a system of infrastructure, analysis of sounding data, the study of
the neighborhood and the use of appropriate techniques for the application,
ensure reliability and safety when undertaking .
Key words: Depth, foundation, premolded.
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1. Introdução
Segundo a NBR 6122(2010), define-se como fundação profunda aquela
que transmite a carga proveniente da superestrutura ao terreno pela base
(resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de fuste), ou pela
combinação das duas. A FIG 1 ilustra as interações solo-estaca que geram a
capacidade de carga total de uma estaca sob compressão.
Figura 1. Modelo teórico de estimação da capacidade de carga de ruptura à
compressão para estacas. (Veloso & Lopes, 2011).
Estas fundações estão assente em profundidade superior ao dobro da
menor dimensão em planta, apresenta profundidade mínima igual a 3,0 metros.
A principal função das fundações profundas é suportar com segurança as
cargas provenientes das estruturas.
Como a utilização das estacas pré-moldadas de concreto cresceu muito
nos últimos anos criaram uma Norma própria para as estas de concreto, a NBR
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16258 que entrou em vigor no dia 17 de Fevereiro de 2014. Que estabelece os
requisitos para o projeto, fabricação, estocagem e manuseio de estacas pré-
moldadas de concreto armado ou protendido, destinadas à utilização como
elementos de fundação profunda.
Para situações não cobertas por esta Norma, atender os procedimentos
estabelecidos nas NBR 6118 e NBR 9062. Os requisitos de aplicação das
estacas pré-moldadas como elemento de fundação estão definidos na NBR
6122 que foi objeto do nosso estudo devido á obra já está em andamento
quando a NBR 16258 entrou em vigor.
As estacas de concreto são comercializadas com diferentes formas
geométricas, os formatos mais empregados são os circulares, quadrados,
hexagonais e octogonais, podendo ter área de ponta vazada ou maciça. A
capacidade de carga é bastante abrangente, segundo (ALONSO, 1983) “A
faixa de carga dessas estacas é de 200kN a 1500kN.”
De acordo com Joppert Jr.(2007), As estacas mais utilizadas atualmente
são as estacas pré-moldadas de concreto, podendo essas, serem construídas
em concreto armado ou protendido. As estacas também se diferenciam pelo
processo de produção podendo ser vibradas, centrifugadas, entre outros tipos.
Devido à grande importância das fundações para as superestruturas é
fundamental que os engenheiros se preparem bem para o mercado de
trabalho, pois, a escolha adequada do tipo de fundação, envolve uma série de
fatores, dentre eles estão: Fatores técnicos, tais como tipo e características do
solo, nível do lençol d’água no local, as condicionantes construtivas do projeto.
Fatores econômicos como custos para execução dos diversos tipos, a
disponibilidade de espaço no canteiro de obras, os riscos com relação a
vizinhança. Todos esses fatores foram analisados e contribuíram para a
escolha de estacas pré-moldadas em concreto.
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2. Objetivos
2.1 - Geral
Mostrar todos os procedimentos para escolha e execução da estaca
cravada pré-moldada de concreto.
2.2 – Específicos
● Detalhar todas as etapas que são essenciais para utilizar a estaca
cravada pré-moldada de concreto como fundação de uma estrutura,
considerando normas e estudos pertinentes.
● Apresentar uma obra na qual este tipo de estaca foi utilizada, listando
todas as etapas executadas.
3. Fundamentação Teórica
Ao longo dos anos, diversos estudos foram desenvolvidos para a
adequação dos diferentes tipos de fundações profundas, de acordo com os
diversos solos existentes. Inúmeros autores pesquisaram sobre o assunto,
apresentando teorias que constituem uma imensa contribuição.
A definição do tipo adequado de fundação envolve estudos relativos às
características do solo, tais como sua deformabilidade e resistência. Além
disso, essa escolha deve ser compatível com características da superestrutura,
como sua capacidade de acomodação e as cargas atuantes. (ARAÚJO, 2003)
(ALONSO, 1983) afirma que: “A escolha de uma fundação para uma
determinada construção só deve ser feita após contatar que a mesma satisfaz
às condições técnicas e econômicas das obras em apreço.”
Neto (1998) ratifica que as fundações (ou infra-estruturas) são coisas
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que não subsistem sozinhas, são sempre fundações para alguma coisa
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(superestruturas). Sendo assim estas, devem ser cuidadosamente
reconhecidas e calculadas, pois baseados nos resultados deste processo é que
irá se definir o tipo de fundação a ser utilizada.
Com base nestas teorias, foram desenvolvidas as normas que são
essenciais para o entendimento dos assuntos que envolvem as analises das
fundações profundas. Para o estudo de estacas pré-moldadas são pertinente
as seguintes normas: - ABNT NBR 12131(2006), - ABNT NBR 7181(1988) -
ABNT NBR 6459(2001)
3.1 – NBR 12131
Prova de carga estática – método ensaio com base nessa norma é
realizado o ensaio de prova de cargas em estacas. Esse ensaio determina a
capacidade de carga próxima de uma estaca, através de comportamento de
carga x deslocamento ao longo do tempo. O ensaio é realizado aplicando-se o
carregamento lento na estaca ensaiada até atingir o dobro de sua carga de
projeto, o descarregamento dessa estaca também ocorre de maneira lenta. O
resultado desses procedimentos foi o que garantiu a viabilidade para utilização
da estaca pré-moldada de concreto.
3.2 – NBR 7181
Solo – Análise Granulométrica. As análises granulométricas são
executadas através da peneiração de uma amostra do solo que se esta a
estudar, após a peneiração vai-se pesar o que ficou retido em cada peneirae
faz-se uma tabela, após a conclusão dessa tabela, analisa-se a porcentagem
que ficou retida em cada peneira. Após esses procedimentos é feito a curva
granulométrica, a partir daqui já se sabe a porcentagem de argila, areia e silte
encontrado na amostra com esses dados já é possível pensar em um tipo de
fundação que traga estabilidade, que seja econômica e de possível execução.
Diante estes estudos foi se eliminando alguns tipos de fundações, algumas por
questões técnicas outras econômicas e de dificuldades de execução,
concluindo que as estacas pré-moldadas em concreto atendiam todos os
requisitos para esse solo em estudo.
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3.3 – NBR 6484
Solo – Sondagens de simples reconhecimento com SPT – essa norma é
de muito importante para a coleta das diferentes camadas do solo e
identificação do lençol freático, essas amostras serão analisadas juntamente
com a posição do nível de d´água, esses dois itens citados anteriormente, são
os mais relevantes no momento de definir qual fundação será executada e
também qual será descartada, como no caso em estudo o nível d’água estava
a aproximadamente 0,50 metros e o solo só apresentou resistência a partir dos
10 metros de profundidade as fundações rasas foram descartadas restando às
fundações profundas. A identificação da resistência e comportamento do
terreno e do solo favoreceu na escolha das estacas pré-moldadas de concreto.
4. Metodologia
Como Metodologia para esse trabalho foi realizado estudos através de
revisões bibliográficas disponíveis a respeito de fundações profundas e
análises das normas pertinentes, estas pesquisas serviram de base para o
estudo de caso da obra de uma escola de dois pavimentos a fim de demonstrar
todos os procedimentos executados na escolha e execução das fundações. É
um método que abrange planejamento, técnicas de coleta de informações e
análise das mesmas.
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5. Estudo de caso de uma Escola de dois pavimentos no bairro
Petrovale.
5.1 – Localização:
Rua: Israel
Número: sem nº até o momento
Bairro: Petrovale
Cidade: Betim
Estado: Minas Gerais
Figura 2– Localização da obra. Fonte: oogle aps - ©2014 Google
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Figura 3 – Vista geral da obra.
5.2 A escolha da Fundação
a – As análises
De acordo com o relatório de sondagem, foi feito uma análise para
avaliar qual seria o tipo de fundação que poderia ser executado.
Esta escolha foi feita de acordo com a classificação da camada do solo,
Nível de água no terreno, resistência a penetração (avaliado de acordo com o
número de golpes x profundidade), Nível do terreno, Cargas dos pilares e
influência da vizinhança.
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A seguir será apresentado as características da obra com os fatores
citados acima.
b – Classificação das camadas do solo
O solo do terreno é constituído em sua maioria, por camadas de argila
arenosa, argila orgânica, silte arenoso, areia grossa e areia fina.
c – Nível de água no terreno
De acordo com o relatório de sondagem pode-se perceber que o nível
de água do terreno encontra-se próximo da cota inicial. Os três furos
executados apresentaram um nível de água com as seguintes profundidades:
SP-01 = 1,42 m
SP-02 = 1,70 m
SP-03 = 0,48 m
d – Resistência à penetração (nº de golpes x profundidade)
De acordo com o relatório de sondagem é possível verificar que o
terreno apresentou resistência a partir de aproximadamente 10 metros.
e – Nível do terreno
O terreno apresenta superfície plana.
f – Cargas dos pilares
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As cargas descarregadas pelos pilares estão variando de 4 a 53
toneladas.
g – Influência da vizinhança
Foi realizado uma vistoria nas edificações vizinhas e chegou-se a
conclusão de que não haveria problemas em executar estacas cravadas pré-
moldadas de concreto.
h – Aspectos econômicos
A concepção estrutural deve ser elaborada de acordo com a finalidade
da edificação atendendo, tanto quanto possível, às condições impostas pela
arquitetura. O projeto arquitetônico representa a base para elaboração do
projeto estrutural.
Este deve prever o posicionamento dos elementos respeitando a
distribuição dos diferentes ambientes no diversos pavimentos. Não se
esquecendo de que a estrutura deve também ser coerente com as
características do solo no qual ela se apoia (RODRIGUES P., 2011)
Segundo Velloso e Lopes [3] a avaliação do conjunto fundação e
estrutura é muito importante e tem por objetivo permitir o estudo do
comportamento dos elementos estruturais, garantindo a qualidade do projeto. A
interação entre as interfaces do sistema solo - estrutura visa aproxima a teoria
da realidade, com a intenção de assegurar a estabilidade, e funcionalidade da
obra durante sua vida útil.
A partir destas analises pode-se chegar a definição da melhor estaca
para a obra. Algumas estacas não seriam bem aceitas, como por exemplo, a
Hélice Continua, pois o terreno é bem arenoso, o que dificulta a execução da
mesma. Com isso foi sendo eliminado as estacas que não seriam possível
executar, ou por questão técnica ou prazo de execução.
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Logo foi determinado que a melhor opção seria estaca cravada, pois a
obra apresenta todas as características favoráveis para a mesma. Em seguida
outro fator avaliado seria o tipo de estaca cravada, sendo que tanto a pré-
moldada de concreto como a metálica, poderiam ser executadas.
De acordo com (JOPPERT JR., 2007) a opção correta para escolha de
um tipo de fundação deve passar necessariamente por uma criteriosa analise
técnica e econômica de várias alternativas. Foi realizado um orçamento e ficou
decidido pela empresa que a obra seria feita com estaca pré-moldada de
concreto.
5.3 Características da estaca escolhida
Depois de escolhido a estaca, foi elaborado um projeto de fundações
para determinar qual o modelo de estaca pré-moldada de concreto que melhor
atenderia as cargas dos pilares, e a profundidade que a mesma teria de ser
cravada com base na carga do solo.
As estacas pré-moldadas de concreto escolhidas para a obra foram as
hexagonais de 20 cm e 27cm de diâmetro, vale ressaltar que a carga
admissível a compressão destas estacas são respectivamente 30 toneladas e
56 toneladas.
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Figura 4 – Representação da seção das estacas.
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Todo o projeto foi projetado com estacas de 20 e 27, sendo que em
alguns casos foram necessários mais de uma estaca em um único bloco de
fundação, para suportar a carga descarregada pelo pilar.
A seguir é apresentado uma tabela com as cargas que cada um dos
pilares descarregam nas fundações, e consequentemente nas estacas.
Tabela 1 – Cargas que chegam às fundações.
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Devemos destacar que existem ações de momentos em todas as
direções, como especificado no projeto. Com isso foram levados em conta os
acréscimos e alivio de cargas em todos os pilares da estrutura. Só a partir de
então que as estacas foram dimensionadas, de forma a atender as cargas
solicitantes.
Abaixo uma foto tirada na obra, na qual é mostrado as estacas antes de
serem cravadas:
Figura 5 – Estacas na obra.
5.4 Processo de cravação das estacas
Para executar a cravação das estacas, foram observados alguns fatores.
Dentre os quais destacam-se, o equipamento utilizado para cravação das
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estacas, o peso do martelo e a altura que o mesmo será erguido, as emendas
necessárias para se atingir a profundidade determinada, a nega (relação da
profundidade de acordo com o número de golpes especifico) e a profundidade
cravada.
O equipamento utilizado para cravação das estacas foi um tipo de bate
estaca a queda-livre. A profundidade média das estacas foi de
aproximadamente 15metros, com variações em um intervalo de 11 a 21
metros. Não foi realizado repique elástico na hora em que as estacas foram
cravadas.
Figura 6 – Estacas sendo cravadas.
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Com base no relatório de controle de cravação de estacas, é obtido os
dados na hora da cravação das estacas. Foram escolhidas 3 estacas em
pontos estratégicos da obra.
Tabela 2 – Dados do controle de cravação das estacas.
Outra etapa importante no processo de cravação das estacas pré-
moldadas é as emendas, de forma a possibilitar cravações a grandes
profundidades para atender às condições específicas de comprimento
necessário.
As estacas possuem em suas extremidades anéis metálicos
incorporados a elas que foram soldados através de um cordão de solda
elétrica.
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Abaixo é mostrado uma foto das negas sendo realizadas, este processo
faz parte do controle de cravação das estacas. São obtidos as distâncias
alcançadas de acordo com o número de golpes especifico, geralmente é
usualmente adotado um valor em centímetros a cada 10 golpes.
Não houve nenhum problema executivo no momento em que as estacas
eram cravadas.
Figura 7 – Nega sendo realizada nas estacas.
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6. Análise dos Resultados
No estudo de caso em análise, tudo ocorreu em conformidade com as
Normas pertinentes apenas um detalhe chamou a atenção que foi o controle de
cravação das estacas apenas com a “nega” tradicionalmente o controle da
capacidade de carga de estacas durante a cravação, é feito adotando-se o
valor da nega (deslocamento permanente, que geralmente corresponde à
média dos 10 últimos golpes do sistema de cravação).
Em meados dos anos 80, no Brasil, foi introduzido o “REPIQUE
ELÁSTICO”. O repique é obtido ao final da cravação, traçando uma reta de
referência e depois mantendo o lápis na estaca durante o golpe, normalmente
obtém-se 10 repiques durante a obtenção da nega (10 golpes).
Este processo é feito simultaneamente enquanto se faz a nega. Com os
resultados do repique podemos acompanhar todas as estacas e obter um
controle de capacidade de carga das estacas cravadas. A não execução do
repique elástico por sua vez, não influenciou na estimativa do índice de
confiabilidade, da cravação das estacas.
Portanto é evidente que, quanto maior o fator de segurança, maior será
a garantia que, se ocorrer alguma falha, haverá uma folga na resistência capaz
de suportar esta deficiência.
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7. Conclusão
O melhor tipo de fundação é aquela que suporta as cargas da estrutura
com segurança e se adéqua aos fatores topográficos, maciço de solos,
aspectos técnicos e econômicos, sem afetar a integridade das construções
vizinhas.
Portanto, é muito importante a união entre os projetos estrutural e o
projeto de fundações num grande e único projeto, uma vez que mudanças em
um provocam reações imediatas no outro, resultando obras mais seguras e
otimizadas.
As estacas pré-moldadas de concreto realizadas na obra analisada, foi
uma ótima opção como estrutura de fundação. Todas as características
necessárias favoreceram a utilização deste tipo de fundação. Tudo ocorreu
conforme as especificações da obra e das normas.
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fundações: NBR 6122/ 2010.
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Revista Pensar Engenharia, v. 2, n. 1, jan. 2014
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