EQUIPAMENTOS E ACESSÓRIOS PARA CRAVAÇÃO DAS ESTACAS

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1 EQUIPAMENTOS E ACESSÓRIOS PARA CRAVAÇÃO DAS ESTACAS A cravação das estacas geralmente é efetuada à percussão através de equipamentos denominados bate-estacas, estacas, os quais podem movimentar-se sobre rolos metálicos ou esteiras, os quais são constituídos basicamente por um chassi confeccionado em estrutura metálica reforçada ou por uma máquina hidráulica (tipo escavadeira), por um sistema de guinchos e cabos de aço, uma torre executada em estrutura metálica rígida para acoplamento de martelos hidráulicos, à diesel ou do tipo queda livre e um motor. A absorção e distribuição de parte das tensões dinâmicas que surgem em decorrência dos frequentes impactos dos martelos sobre as cabeças das estacas são efetuadas por um dispositivo denominado capacete metálico, o qual é instalado entre o martelo e o topo das estacas (cabeça). Esse dispositivo apresenta na sua parte superior, placas de madeira industrializada (tipo madeirit) cuja finalidade é regularizar a superfície de contato entre o cepo e a base do martelo, sobre as quais se deixa cair o martelo e, de um cepo de madeira dura com fibras paralelas ao eixo da estaca. Na parte interna desse capacete metálico, sobre o topo das estacas, é instalado um coxim de madeira macia com diâmetro igual ao das estacas a serem cravadas. Em geral, equipamentos dotados de martelos do tipo queda-livre proporcionam eficiência (relação entre a energia disponível e aquela efetivamente transferida às estacas) situada entre 40% e 60% e eficácia (número de golpes por minuto desferido sobre as estacas) entre 30 e 40. Equipamentos dotados de martelos hidráulicos proporcionam eficiência (relação entre a energia disponível e aquela efetivamente transferida às estacas) situada entre 75% e 90% e eficácia (número de golpes por minuto desferido sobre as estacas) entre 60 e 100, além de possibilitarem maior velocidade de manobras e, por consequência redução de tempo nas operações de cravação e significativa redução dos ruídos provocados pelos sucessivos impactos sobre os topos das estacas em processo de cravação. O processo de cravação se inicia posicionando-se se o bate-estaca sobre o piquete indicador do centro da estaca a ser cravada. Na sequência a torre do bate- estaca é aprumada, levantando-se em seguida o conjunto formado pelo martelo e o capacete metálico para o alto da torre e, com o cabo auxiliar de manobras, a estaca é trazida para junto da torre. Em seguida a estaca laçada com o cabo de manobras é assentada sobre uma circunferência traçada no solo, cujo centro se localiza exatamente sobre o piquete que serve de referencia à estaca a ser cravada. O conjunto formado pelo martelo e o capacete metálico é descido até que este último se encaixe na cabeça da estaca, estando previamente já colocado entre a cabeça e o capacete, o coxim de madeira mole. Após esta operação, controla-se o prumo da estaca com um prumo de face e inicia-se então o processo de cravação propriamente dito.

2 CONTROLE INDIVIDUAL DA CAPACIDADE DE CARGA DAS ESTACAS Sinais de repiques elásticos são registrados ao final da cravação de cada estaca cravada, juntamente com a nega tradicional. Para tanto, coloca-se um papel colado na estaca e com o auxílio de um apoio, move-se o lápis lenta e contínuamente ao longo do topo de um determinado referencial durante a aplicação dos golpes desferidos pelo martelo do bate-estaca, obtendo-se o sinal de repique apresentado a seguir: K = C 2 + C 3 Deformação Elástica S = Nega p/ 1 golpe Deformação Permanente Esses sinais devidamente interpretados permitem estimar a capacidade de carga de cada estaca. Os resultados obtidos em campo são posteriormente correlacionados com todas as análises previamente efetuadas, garantido assim, o controle executivo da obra, em conformidade com os critérios pré-estabelecidos, a total segurança da mesma e a tranquilidade do cliente. EMENDAS DAS ESTACAS PRÉ-FABRICADAS DE CONCRETO Para que seja executada uma união perfeita e segura das emendas, utilizam-se cordões de solda elétrica contínuos em todo o perímetro das seções emendadas. Nessa operação são utilizados eletrodos do tipo AWS-E OK 46 (Ø 3,25 mm) e AWS-indicadas a OK 48 (Ø 3,25 mm), obedecendo-se as recomendações que são seguir: 1) O elemento a ser soldado é posicionado, de forma justaposta, sobre o elemento já cravado, cuidadosamente aprumado, de forma a procurar proporcionar um perfeito assentamento perimetral entre as chapas metálicas dos anéis dos segmentos a serem emendados; 2) Após esse posicionamento, é feita a limpeza dos anéis com uma escova metálica apropriada, para a retirada da terra, óleo ou graxa que eventualmente possam ali existir; 3) Procede-se então à execução da emenda de toda a superfície perimetral de contato entre as duas chapas dos anéis metálicos, dentro da boa técnica de solda de penetração; 4) Terminada a solda, crava-se o novo elemento e a operação se repete tantas vezes quantas forem necessárias até que se atinja a cota prevista de assentamento da estaca.

3 DETALHAMENTO DAS EMENDAS DAS ESTACAS QUADRADAS

4 DETALHAMENTO DAS EMENDAS DAS ESTACAS HEXAGONAIS

5 CARACTERISTICAS TÉCNICAS DAS ESTACAS PRÉ-FABRICADAS ESTACAS PADRÃO QUADRADAS PROTENDIDAS (Maciças) Estaca A conc (cm 2 ) A cheia (cm 2 ) Perímetro Massa (kg/m) W min (cm 3 ) I min (cm 4 ) r min Compressão N K (tf) Tração T K (tf) 17x ,9 37 5,8 20x ,8 52 7,5 23x ,6 70 8,7 26x , ,6 ESTACAS PADRÃO HEXAGONAIS PROTENDIDAS (Maciças) Estaca A conc (cm 2 ) A cheia (cm 2 ) Perímetro Massa (kg/m) W min (cm 3 ) I min (cm 4 ) r min Compressão N K (tf) Tração T K (tf) ,6 35 4, ,7 55 6, ,8 82 8, , ,0 ESTACAS PADRÃO HEXAGONAIS PROTENDIDAS (Vazadas) Estaca A conc (cm 2 ) A cheia (cm 2 ) Perímetro Massa (kg/m) W min (cm 3 ) I min (cm 4 ) r min Compressão N K (tf) Tração T K (tf) , , , , ,6 88 8, , , , ,1 Nota 1: Os elementos técnicos aqui especificados s se referem apenas ao elemento estrutural. As cargas admissíveis a serem adotadas nas estacas considerando-as como elementos de fundação dependem de sua interação com as características geotécnicas dos solos onde estas se encontrarão cravadas. Nota 2: No dimensionamento estrutural das estacas apresentadas neste catálogo técnico, assim como o cálculo das suas principais características técnicas, levaram-se em consideração as seguintes hipóteses: 1. Dimensionamento efetuado considerando estacas padrão com comprimentos até 10 metros. 2. Dimensionamento efetuado considerando valores característicos (N k e M k ) 3. Limite de fissuração máximo admitido: W k 0,2 mm 4. Resistência característica do concreto à compressão: f ck = 40 MPa 5. Resistência característica do concreto à tração: f ctk (inf) 2,5 MPa 6. Coeficiente de minoração da resistência do concreto à compressão: γ c = 1,3 7. Coeficiente de ponderação da resistência do aço à tração: γ s = 1,1 8. Coeficiente de ponderação das ações (esforços): γ f = 1,4 9. Resistência característica do aço para estacas protendidas: 1500 MPa f ptk 1750 MPa

6 ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA MONITORADA CARACTERÍSTICAS GERAIS Trata-se de uma estaca de concreto moldada in loco, executada mediante a introdução no terreno, por rotação, de um trado helicoidal continuo. A injeção de concreto é feita pela haste central do trado simultaneamente à sua retirada. A armadura é sempre colocada após a concretagem da estaca. DEFINIÇÕES, EQUIPAMENTOS,, ACESSÓRIOS E FERRAMENTAS A. Máquina perfuratriz. B. Trado contínuo. C. Bomba de injeção de concreto. D. Mangueiras de acoplagem à bomba de injeção de concreto. E. Instrumento de medida (computador). F. Elemento de memória (Disquete, CD ou Pen-Drive). G. Sensores (de velocidade de rotação, de torque, de inclinação da torre e de pressão do concreto). H. Centralizador do trado. I. Limpador do trado. J. Escavadeira hidráulica ou retro-escavadeira. K. Torque. L. Arranque. M. Boletim de controle da execução. N. Folha de controle das estacas. DEFINIÇÕES E REQUISITOS Máquina Perfuratriz É o equipamento que executa os trabalhos. Deve apresentar torre metálica com altura mínima compatível com a profundidade prevista das estacas, a qual deve ser dotada de duas guias nas extremidades, motor com potência mínima de 105 HP, mesa rotativa com torque determinado em função dos diâmetros e profundidades das estacas e guincho compatível com os diâmetros e profundidades das estacas.

7 A. Trado Contínuo Deve se sempre retilíneo, apresentar diâmetro constante e comprimento mínimo igual aos das estacas a serem escavadas, admitindo-se, no entanto, que possa ser prolongado com peça lisa, única e metálica de até 8 (oito) metros. O diâmetro interno da haste central deve ser no mínimo de 100 mm para estacas com diâmetro Maximo de 700 mm e 125 mm para estacas de maior diâmetro. A espessura da parede da haste central vazada, estando acoplada á mesa rotativa do equipamento de perfuração. O trado contínuo é o elemento que define o diâmetro da estaca a ser executada. Bomba de Injeção de Concreto Pode ser do tipo móvel ou estacionário, devendo, no entanto, ser dotada de dois cilindros e com capacidade para bombeamento mínimo de 40 m 3 /hora para estacas com diâmetro máximo de 50 cm e 60 m 3 /hora para estacas com diâmetros superiores. Há de se frisar que bombas de menor capacidade ou posicionadas a distâncias superiores a 30 metros da perfuratriz interferem razoavelmente na redução da produtividade diária e podem promover o entupimento (rolha ou bucha) freqüente dos mangotes. Mangueiras de Acoplagem à Bomba de Injeção Devem ser flexíveis, com diâmetro interno compatível com a pressão necessária e o diâmetro interno da haste central e resistente à pressão aplicada pelo bombeamento do concreto, de forma contínua e ininterrupta. Instrumento de Medida (Computador) Sistema eletrônico instalado na cabine da perfuratriz e, à vista do operador, no qual se encontram acoplados os sensores que estão instalados na perfuratriz. É dotado de mostrador com tela, onde aparecem os dados relevantes ao processo de execução das estacas.

8 Elemento de Memória Trata-se de um dispositivo a ser introduzido no drive do computador, o qual permite arquivar todos os dados referentes à execução das estacas, para posterior processamento em um microcomputador comum, fornecendo assim as fichas de controle executivo das estacas. Sensores São dispositivos instalados em posições estratégicas da perfuratriz, os quais se encontram acoplados ao instrumento de medição, permitindoindo medir e registrar os seguintes dados sobre a execução das estacas: a) Profundidade da perfuração à medida que a mesma é processada. b) Velocidade de rotação do trado durante a introdução do mesmo no solo. c) Torque aplicado ao trado durante a fase de introdução do mesmo no solo. d) Inclinação da torre em relação aos dois eixos horizontais e perpendiculares (X e Y) que se cruzam no eixo vertical da torre da perfuratriz. e) Pressão do concreto à medida que se processa a concretagem das estacas. f) Volume aproximado do concreto introduzido durante a concretagem das estacas. Mede não só o volume acumulado (CT ou consumo total), mas também aquele correspondente aos últimos 50 cm ao longo de toda a concretagem (CP ou consumo parcial). Profundidade (1): Instalado na cabeça de perfuração, este sensor se desloca em relação a um cabo fixo instalado ao longo da torre e permite leituras com precisão de 1 cm. Constituí-se de um sensor de rotação e um conjunto de roldanas que giram sobre o cabo, permitindo assim obter o deslocamento da cabeça do trado e, consequentemente entemente conhecer a posição da ponta do mesmo em relação ao nível do terreno. Esse conjunto com dispositivo interno do computador fornece também as velocidades de avanço, na perfuração, e de subida, na concretagem, em cada profundidade em que a ponta do trado se encontra. Inclinação da torre (2): Instalado, geralmente atrás da torre este sensor constituí-se se de dois inclinômetros que fornecem a inclinação da torre em relação aos eixos x e y, com precisão de 0,1º. Velocidade de rotação (3): Instalado na cabeça de perfuração, trata-se de um sensor de profundidade, que conta o número de pinos colocados em um anel que gira solidário ao trado. Conhecido o número de pinos de cada volta do anel obtém-se a velocidade de rotação em R.P.M.

9 Torque (4): Trata-se de um sensor de pressão ("strain gage ), instalado diretamente na linha de óleo hidráulico do motor que faz girar a cabeça de rotação, geralmente junto à caixa de conexão. Como o que se mede é a pressão do óleo, a transformação dessa pressão em momento torsor é feita com base em gráficos fornecidos pelo fabricante do equipamento. Estes gráficos devem estar afixados na cabine do operador, em lugar visível. Pressão de concreto (5) e Volume de concreto (6): É um sensor idêntico ao mencionado em (4), inserido na linha de bombeamento do concreto, próximo ao pé da curva por onde ele flui. A pressão do concreto é medida em função da pressão exercida sobre um tubo de borracha que por sua vez, comprime um líquido (água ou óleo). O fluxo de concreto é calculado de forma indireta, em função do número de picos de pressão e das características da bomba de injeção (volume de cada pico e freqüência dos picos). Esse volume deve ser ajustado em cada obra em função do tipo de bomba, seu estado de conservação, etc. Centralizador de Trados Trata-se de uma peça acoplada à extremidade inferior da torre e alinhada com a mesa rotativa, de tal modo a garantir a manutenção da axialidade do trado contínuo durante a etapa de perfuração das estacas. Limpador de Trados Trata-se de uma peça que se ajusta ás hélices e gira independentemente destas, de tal modo a possibilitar a remoção do solo nelas contido durante a operação de subida (saque) das mesmas, à medida que as estacas são concretadas e o trado vai sendo concomitantemente retirado. Para a escavação de estacas com diâmetros inferiores a 500 mm esta peça pode ser dispensada, fazendo-se em geral, a limpeza dos trados manualmente, com auxilio de pás e enxadas. Escavadeira Hidráulica ou Retro-Escavadeira Pode ser de qualquer tipo, tradicional, de lâmina ou do tipo pá-carregadeira. Deve ser dimensionada de acordo com a dinâmica da execução das perfurações, de tal modo a possibilitar o carregamento sobre caminhões e a posterior remoção do solo depositado a frente da perfuratriz. Essa remoção deve contemplar a manutenção da área de trabalho e tráfego da perfuratriz sempre limpa e desobstruída.

10 Torque (Características Mínimas da Mesa Rotativa) Valor mínimo do momento torsor disponível na mesa rotativa (torque), em conformidade com o Anexo F da ABNT-NBR-6122/2010 (Projeto e Execução de Fundações). Torque (tf.m) < 8 8 a Dimensões das Estacas Até Ø 50 Até Ø 80 Até Ø 120 Comprimento Máximo (m) 17,00 27,00 30,00 Arranque (Características Mínimas do Guincho) Valor mínimo da força que o equipamento dispõe para o saque (arranque) do trado contínuo, em conformidade com o Anexo F da ABNT-NBR-6122/2010 (Projeto e Execução de Fundações). Arranque (tf) Dimensões das Estacas Até Ø 50 Até Ø 80 Até Ø 120 Comprimento Máximo (m) 17,00 27,00 30,00 Montagem do Equipamento a) Descarregar a perfuratriz da carreta. b) Movimentar a perfuratriz até o ponto de execução da estaca. c) Levantar a torre da perfuratriz. d) Instalar o trado contínuo. Execução das Estacas a) Deslocar a perfuratriz ate o local da execução da estaca. b) Aprumar a torre e posicionar o trado sobre o piquete instalado no solo. c) Conferir dados técnicos da bomba de injeção do concreto. d) Programar ar o instrumento de medida (computador). e) Verificar a liberação da locação por parte do cliente. f) Introduzir o trado no solo até a cota prevista no projeto. g) Autorizar o início da injeção de concreto. h) Controlar a subida do trado durante a concretagem, mantendo-se sempre a pressão positiva, com valor a ser definido pelo consultor de solos indicado pelo Contratante. i) Operar as mangueiras da bomba de concreto durante a fase de concretagem. j) Interromper a concretagem, garantindo um comprimento mínimo de 50 cm acima da cota de arrasamento. k) Instalar as armaduras.

11 Boletim de Controle da Execução Trata-se de um documento a ser preenchido para todas as estacas executadas, no qual se encontram registrados os seguintes elementos: a) Nivelamento do equipamento e prumo do trado. b) Pressão no torque. c) Velocidade de avanço dos trados durante as perfurações. d) Cota de ponta do trado. e) Pressão de injeção do concreto durante a concretagem de cada estaca. f) Sobreconsumo de concreto. Registro da Qualidade dos Serviços Documento obtido a partir do elemento de memória do computador, o qual contém as seguintes informações: a) Identificação do nome e local da obra, além do contratante e do executor. b) Data e horário do inicio e fim da concretagem. c) Identificação do numero da estaca. d) Cota do terreno. e) Diâmetro da estaca. f) Comprimento executado da estaca. g) Desaprumo e desvio de locação. h) Características do equipamento. i) Volume de concreto real e teórico. j) Velocidade de rotação dos trados ao longo das perfurações. k) Torque aplicado ao trado, durante e ao longo da perfuração. l) Velocidade de subida do trado durante a concretagem de cada estaca. m) Eventuais anormalidades que possam ter ocorrido durante a execução das estacas. A ABNT-NBR-6122/2010 (Projeto e Execução de Fundações) recomenda que em pelo menos 1% das estacas e, no mínimo uma por obra, seja feita a exposição do seu fuste abaixo da cota de arrasamento e, se possível, até a posição do nível d água, para a verificação da sua integridade e da qualidade da concretagem.

12 A primeira etapa da execução de uma estaca hélice contínua consiste na introdução do trado no solo, até a profundidade estabelecida em projeto. Para evitar que durante essa penetração haja entrada de solo ou água na haste tubular, existe, em sua face inferior, uma tampa metálica provisória, que é expulsa na fase da concretagem. Para se obter uma adequada capacidade de carga da estaca, procura-se retirar o menor volume de terra, durante a introdução da hélice, a fim de minimizar o desconfinamento na interface trado-solo. Isso se consegue, na maioria dos casos, tomando-se o cuidado de que o trecho penetrado, a cada volta da hélice, seja próximo, mas ligeiramente inferior, ao passo, visto que uma maior velocidade de avanço tende a prender a hélice no solo e uma velocidade de avanço muito baixa (denominada alívio ), provoca uma subida do solo, pois a hélice passa a funcionar como transportador vertical de parafuso. Alcançada a profundidade desejada inicia-se a fase da concretagem da estaca por bombeamento de concreto pelo interior da haste tubular. Sob a pressão do concreto, a tampa provisória situada na ponta do trado é expulsa e a hélice passa a ser retirada, sem rotação, mantendo-se o concreto injetado sempre sob pressão positiva. Esta pressão positiva visa dar garantia da continuidade do fuste da estaca e é obtida quando se observam dois aspectos executivos: 1. O primeiro é certificar-se que a ponta do trado, na fase de introdução, tenha atingido um solo que permita a formação da bucha para garantir que o concreto injetado se mantenha abaixo da ponta do trado e não suba pela interface solo-trado. 2. O segundo é controlar a velocidade de extração do trado de modo a procurar sempre ter um sobreconsumo de concreto compatível com o tipo de solo onde está se processando a concretagem. O aumento da velocidade de subida objetivando diminuir esse sobreconsumo pode comprometer a integridade do fuste da estaca. As fases de introdução do trado e concretagem ocorrem de maneira contínua e ininterrupta de tal modo que as paredes onde se formará a estaca estarão sempre suportadas acima da ponta do trado, pelo solo que se encontra entre as pás da hélice e abaixo desta cota, pelo concreto que está sendo bombeado. Durante a retirada do trado, um limpador mecânico remove o solo confinado entre as pás da hélice, que é removido para fora da área do estaqueamento utilizando-se uma pá carregadeira ou outro maquinário de pequeno porte. Estas duas primeiras fases da execução (analogamente às demais) são monitoradas por instrumento eletrônico acoplado a sensores. O concreto utilizado é do tipo bombeável com resistência característica fck 20 MPa, consumo mínimo de cimento de 400 kg/m³ de concreto, abatimento (slump test) de (22±3) cm, tendo como agregados areia e pedrisco, fator água/cimento 0,6 e porcentagem de argamassa (em massa) 55%. O uso de aditivos deve ser evitado ao máximo, pois esse procedimento, sem um devido controle e conhecimento, tem originado alguns problemas. Por isto recomenda-se que antes de sua utilização se faça uma avaliação conjunta e cuidadosa junto aos fornecedores do concreto e do aditivo, controlando-se, logo no inicio do estaqueamento, a sua adequabilidade.

13 Cabe lembrar que, pelo fato da concretagem ser feita sob pressão, e tendo o concreto abatimento (slump test) ) elevado, não se deve executar uma estaca próxima a outra recentemente concretada, pois pode ocorrer ruptura do solo entre as mesmas. Como regra geral orientativa, recomenda-se que só se execute uma estaca quando todas as demais, num espaço mínimo correspondente a aproximadamente 5 diâmetros, já tenham sido concretadas há pelo menos 12 horas. Por esta razão, antes do início de um estaqueamento com hélice contínua há necessidade de se fazer um planejamento do caminhamento da perfuratriz. Execução das Armaduras das Estacas 1. Preparar as armações das estacas em conformidade com as especificações do projeto. 2. Inserção das armaduras no interior das estacas. Para facilidade de introdução a armadura longitudinal deve ser convenientemente projetada de modo a ter um peso e uma rigidez compatíveis com seu comprimento. Atendidos estes itens, a instalação pode ser feita manualmente, lembrando que neste caso, além dos requisitos mencionados, é de fundamental importância utilizar um concreto com abatimento mínimo de 22 cm e diminuir ao máximo o tempo entre o final da concretagem e o início da instalação da armadura. Caso esses pré-requisitos requisitos sejam atendidos, é possível introduzir, com este procedimento, armaduras de até 12 m de comprimento.

14 CARACTERISTICAS TÉCNICAS DAS ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA MONITORADA ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA NUA MONITORADA Estaca A conc (cm 2 ) Perímetro Volume de concreto (m 3 /ml) Compressão N K1 (Taxa de 5 MPa) (tf) Compressão N K2 (Esrtrutural) (tf) Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø , , , , , , , , , Nota 1: Em conformidade com o que se encontra prescrito no item da ABNT-NBR-6122/2010 (Projeto e Execução de Fundações), para efeito de projeto deverá ser adotada a carga à compressão (N k1 ) correspondente a uma tensão atuante no concreto não superior a 5 MPa, podendo, no entanto, adotar-se carga à compressão (N k2 ) correspondente ao limite estrutural admissível das estacas, desde que sejam efetuadas Provas de Carga Estática à razão de 1% do total das estacas executadas, ou estas sejam substituídas por Ensaios de Carregamento Dinâmico à razão de 5 ensaios para cada Prova de Carga Estática. Nota 2: Em conformidade com o prescrito no Anexo F da ABNT-NBR-6122/2010 (Projeto e Execução de Fundações), no dimensionamento estrutural desse tipo de estacas, assim como o cálculo das suas principais características técnicas, devem ser levadas em consideração as seguintes hipóteses: 1. Dimensionamento efetuado considerando valores característicos (N k ) 2. Resistência característica do concreto à compressão: f ck 20 MPa aos 28 dias 3. Consumo de cimento não inferior a 400 kg/m 3 4. Abatimento do concreto (ou slump test) igual a 22±3 5. Concreto com fator água/cimento 0,6 6. Porcentagem de argamassa 55% 7. Coeficiente de minoração da resistência do concreto à compressão: γ c = 1,8 8. Coeficiente de ponderação das ações (esforços): γ f = 1,4