ESTUDO COMPARATIVO DE VIABILIDADE DOS PRINCIPAIS TIPOS DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS

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1 ESTUDO COMPARATIVO DE VIABILIDADE DOS PRINCIPAIS TIPOS DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS Rafael Junio Resende 1 Marlucio Martins 2 RESUMO Este trabalho apresenta um estudo comparativo dos principais tipos de fundações profundas, reconhecidas pela norma brasileira 6122/2010. Neste estudo é analisado as características que viabilizam o uso de determinada fundação profunda. Estas características são de acordo com a capacidade de carga, natureza e resistência do subsolo e limitações referentes às condições gerais da obra. Não foram levados em consideração os custos destas fundações. Palavra Chave: Fundações ABSTRACT This paper presents a comparative study of the major types of deep foundations, recognized by the Brazilian standard 6122/2010 this study is analyzed the characteristics that enable the use of certain deep foundation. These features are in accordance with the load capacity, nature and strength of the subsoil and limitations relating to the general conditions of work. Were not taken into account the costs of these foundations. 1. Introdução 1 Graduando do Curso de Engenharia Civil na Faculdade de Engenharia Kennedy 2 Graduando do Curso de Engenharia Civil na Faculdade de Engenharia Kennedy

2 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. Estas fundações estão assente em profundidade superior ao dobro da menor dimensão em planta, apresenta profundidade mínima igual a 3,0 metros (NBR 6122/2010). Incluem-se as estacas, os tubulões e os caixões. As estacas distinguem-se dos tubulões e caixões pela execução apenas por equipamentos ou ferramentas, sem descida de operário em seu interior em nenhuma fase. A diferença entre tubulão e caixão está na geometria, o primeiro é cilíndrico e o segundo prismático. A principal função das fundações profundas é suportar com segurança as cargas provenientes das estruturas. 2. Objetivo Este trabalho apresenta uma maneira de se escolher a fundação mais adequada tecnicamente ao caso em estudo. Serão analisados os seguintes tipos de fundações profundas: Estacas Pré-moldadas de concreto ou metálicas; Estacas Tipo Franki; Estacas Tipo Strauss; Hélice Contínua; Estacas Raiz; Estacas Tipo Trado sem uso de fluido estabilizante; Estacas Tipo Trado com uso de fluido estabilizante; Tubulão a céu aberto e Tubulão a ar comprimido. Não serão levados em consideração os custos destas fundações.

3 3. Fundamentação Teórica Ao longo dos anos, diversos estudos foram sendo desenvolvidos para a adequação dos diferentes tipos de fundações profundas, baseando-se nos solos existentes. Inúmeros autores pesquisaram sobre o assunto, apresentando teorias que constituem uma imensa contribuição. Com base nestas teorias, foram desenvolvidas as normas que são essenciais para o entendimento dos assuntos que envolvem as analises das fundações profundas. As seguintes normas são essenciais para o entendimento teórico do assunto - ABNT NBR 6489, Prova de carga direta sobre o terreno de fundação Procedimento. - ABNT NBR 7181, Solo Analise Granulométrica. - ABNT NBR 6459, Solo Sondagens de simples reconhecimento com SPT Método de ensaio. 4. Metodologia Este trabalho teve como base de estudo a pesquisa bibliográfica, que de acordo com Gil (1999) é a pesquisa fundamentada em bibliografias, uso de material já elaborado, como livros e artigos científicos, periódicos e obras de referência. A pesquisa deu-se através da seleção de trabalhos sobre o tema fundações profundas. Foram levantados vários trabalhos, sendo entre eles dissertações, teses e artigos. Destes, foram selecionados os que atenderam as delimitações impostas pelo trabalho.

4 5. Fundação profunda Estacas pré-moldadas Caracterizam-se por serem cravadas no terreno, podendo-se utilizar os seguintes métodos: - percussão: é o método de cravação mais empregado, o qual utiliza-se pilões de queda livre ou automáticos. Um dos principais inconvenientes desse sistema é o barulho produzido. - prensagem: empregada onde há a necessidade de evitar barulhos e vibrações, utiliza macacos hidráulicos que reagem contra uma plataforma com sobrecarga ou contra a própria estrutura. - vibração: sistema que emprega um martelo dotado de garras (para fixar a estaca), com massas excêntricas que giram com alta rotação, produzindo uma vibração de alta freqüência à estaca. Pode ser empregada tanto para cravação como para remoção de estacas, tendo o inconveniente de transmitir vibrações para os arredores. Podem ser fabricadas com diversos materiais, sendo as estacas de concreto e metálicas as mais usuais. (Waldemir Hachich, 1998) Concreto As estacas de concreto são comercializadas com diferentes formatos geométricos. A capacidade de carga é bastante abrangente, podendo ser simplesmente armadas, protendidas, produzidas por vibração ou centrifugação Metálicas São encontradas na forma de trilhos ou perfis. Não há possibilidade de quebra e, caso seja necessário realizar emendas, essas devem ser soldadas, não devendo permitir o uso de luvas ou anéis. Um problema que ocorre com

5 relativa frequência em estacas cravadas por percussão através de espessas

6 camadas de argila mole é o drapejamento, isto é, encurvamento das estacas, mesmo quando se tomam cuidados com o prumo durante a cravação. Tal fato, no entanto, é raramente detectado. O tratamento teórico deste fenômeno só vem sendo realizado muito recentemente, não havendo, ainda, meios de quantificá-lo na fase de projeto. Por esse motivo a eficiência das estacas e principalmente das emendas só pode ser comprovada após experiência acumulada em várias cravações e provas de cargas nestas formações de argilas moles (Joppert Jr., 2007) Estacas moldadas in loco com tubo de revestimento Estacas Tipo Franki Estaca de concreto armado moldada in loco que emprega um tubo de revestimento com ponta fechada, de modo que não há limitação de profundidade devido à presença de água do subsolo. Para a cravação da estaca, lança-se areia e brita no interior do tubo, materiais esses que são compactados através de golpes de um pilão. Realizada a cravação, executasse o alargamento da base, a armação e, finalmente, a concretagem. A cravação de estacas tipo Franki pode provocar o levantamento das estacas já instaladas devido ao empolamento do solo circundante que se desloca lateral e verticalmente. A estaca danificada pode ter sua capacidade de carga prejudicada ou perdida devido a uma ruptura do fuste ou pela perda de contato da base com o solo de apoio. Quando a estaca Franki é moldada em espessas camadas submersas de turfa, argila orgânica e areias fofas podem ocorrer estrangulamento do fuste devido à invasão de água e/ou lama dentro do tubo e o encurtamento da armação ocasionado por insuficiência de seção de aço.

7 Estacas Tipo Strauss Elemento de fundação escavado mecanicamente, com o emprego de uma camisa metálica recuperável, que define o diâmetro das estacas. O equipamento utilizado é leve e de pequeno porte, facilitando a locomoção dentro da obra e possibilitando a montagem do equipamento em terrenos de pequenas dimensões. A perfuração é feita através da queda livre da piteira com a utilização de água. O furo geralmente é revestido. Atingida a profundidade de projeto, o furo é limpo e concretado. Durante a concretagem, o apiloamento do concreto e a retirada cuidadosa do revestimento devem ser observados, para que não haja interrupção do fuste Estacas moldadas in loco escavadas mecanicamente Hélice Contínua Estaca de concreto moldada in loco, executada através de um equipamento que possui um trado helicoidal contínuo, que retira o solo conforme se realiza a escavação, e injeta o concreto simultaneamente, utilizando a haste central desse mesmo trado. É um sistema que proporciona uma boa produtividade e, por esse motivo, é recomendável que haja uma central de concreto nas proximidades do local de trabalho. Além disso, as áreas de trabalho devem ser planas e de fácil movimentação. O sistema pode ser empregado na maioria dos tipos de solos, exceto em locais onde há a presença de matacões e rochas. Estacas muito curtas, ou que atravessam materiais extremamente moles também devem ter sua utilização analisada cuidadosamente.

8 5.3.2 Estacas Raiz Estacas escavadas com perfuratriz, executadas com equipamento de rotação ou roto percussão com circulação de água, lama bentonítica ou ar comprimido. É recomendado para obras com dificuldade de acesso para o equipamento de cravação, pois emprega equipamento com pequenas dimensões (altura de aproximadamente 2m). Pode atravessar terrenos de qualquer natureza, sendo indicado também quando o solo possui matacões e rocha, por exemplo. Pode ser executada de forma inclinada, resistindo a esforços horizontais Estacas Tipo Trado Sem uso de fluido estabilizante As estacas escavadas são aquelas que são executadas por uma perfuração ou escavação no terreno (com retirada de material) que em seguida concretadas. No caso em questão (estacas escavadas tipo trado) consistem na escavação com a utilização de trado helicoidal até a profundidade prevista. Em seguida essa estaca é concretada e, quando essa estaca é dimensionada apenas para esforços de compressão, coloca-se uma armação de espera. Nesse tipo de estaca não se deve considerar a resistência de ponta tendo em vista a existência de significativa quantidade de solo amolgado e solto no fundo das mesmas. Quando é possível o apiloamento do fundo dessas estacas ou a remoção do solo solto com a utilização de ferramentas adequadas, poderá-se considerar a resistência de ponta dessas estacas Com uso de fluido estabilizante Estacas escavadas com uso de lama bentonítica, pode ser escavada

9 abaixo do nível d água, até a profundidade de projeto. Na execução, a

10 escavação é preenchida pela lama simultaneamente à retirada do solo escavado. Lama Bentonítica é um fluído utilizado para estabilização de paredes das escavações, sendo uma mistura de água e bentonita. A bentonita é uma argila que, em presença de água, forma uma película impermeável ( cake ) sobre uma superfície porosa, como é o caso do solo. Não mistura com o concreto e, além disso, tem a capacidade de tornar-se líquida quando agitada e gelificada quando cessado o movimento, permitindo o reaproveitamento do material Tubulão Elemento de forma cilíndrica, em que, pelo menos na sua fase final de execução, há a descida do operário por dentro deste. Pode ser feito a céu aberto ou sob ar comprimido (pneumático) Tubulão a céu aberto Escavada manualmente, não pode ser executado abaixo do nível d água. Dispensa escoramento em terreno coesivo, mostrando-se uma alternativa econômica para altas cargas solicitadas, superior a 250 Tf Tubulão a ar comprimido Utilizado em terrenos que apresentam dificuldade de empregar escavação mecânica ou cravação de estacas, como em áreas com alta densidade de matacões, lençóis d água elevados ou cotas insuficientes entre o terreno e o apoio da fundação. Nesse tipo de fundação, pode-se utilizar uma camisa metálica, de concreto ou de concreto moldado in loco, sendo empregada uma pressão máxima de 3,4 atm, limitando, dessa forma, a profundidade do tubulão a 34 m

11 abaixo do nível d água.

12 6. Resultados O problema para escolha da fundação é resolvido por eliminação, excluindo-se os tipos de fundações que não satisfaçam tecnicamente ao caso em estudo. A escolha da fundação para uma determinada edificação só deve ser realizada após a constatação que a mesma satisfaz as condições técnicas, para tal, devem ser conhecidos os seguintes elementos: Natureza e característica do subsolo no local da obra (prospecção geotécnica); Grandeza das cargas a serem transmitidas às fundações; Proximidade das edificações limítrofes, bem como seu tipo de fundação e estado da mesma; Limitações dos tipos de fundações existentes no mercado. Com base na analise dos boletins de sondagens e características gerais da obra, foi utilizado uma verificação que levou em consideração a viabilidade ou não de cada tipo de fundação profunda. Esse método vem sendo o mais utilizado para determinar o tipo de fundação que se adéqua a situação em análise.

13 6.1 Primeiro Resultado Caso de obra 1: - Terreno plano e na cota de execução da fundação; - Canteiro de obras de pequenas dimensões. - Obra com cargas de 30 tf a 90 tf; - Vizinhança em estado precário de fundações. Imagem 1 Boletim de Sondagem utilizado como exemplo para o caso 1.

14 Escolha da melhor fundação Fundações não recomendadas e motivos: - Estacas cravadas pré-moldada de concreto: Como a vizinhança está em estado precário e este tipo de fundações causam vibrações, não é recomendada para o caso especifico. - Estacas Tipo Franki: Além das vibrações este tipo de estaca não é recomendado para terrenos com nível de lençol de água elevado devido a dificuldade de execução. - Estacas Tipo Strauss: Assim como a estaca Franki não é recomendado para terrenos com nível de lençol de água elevado devido a dificuldade de execução. - Hélice Contínua: Não é recomendada em terrenos que apresentam areia saturada, podendo deixar o fuste com diâmetros diferentes na fase de concretagem, isso ocorre devido ao fato do concreto ser injetado por pressão. - Estacas Tipo Trado sem uso de fluido estabilizante: Não é recomendada executá-las em espessas camadas saturadas devido ao risco de estrangulamento (seccionamento) do fuste durante a fase da concretagem. - Estacas Tipo Trado com uso de fluido estabilizante: Necessitam de área relativamente grande para a instalação dos equipamentos necessários a sua execução.

15 - Tubulão a céu aberto: Não é recomendada em terreno que apresenta solos saturados e baixo SPT devido a dificuldade de alcançar grandes profundidades Fundações recomendadas: - Estacas cravadas metálica, Tubulão a ar comprimido e estacas raiz por atenderem todas as especificações do caso 1. - Melhor opção: Estacas cravadas metálica, devido ao fato das Estacas raiz e Tubulão a ar comprimido serem utilizados em casos específicos e terem grandes dificuldades na execução.

16 6.2 Segundo Resultado Caso de obra 2: - Terreno plano e na cota de execução da fundação; - Será construído antes da execução das fundações um aterro de 3,0 metros; - Obra com cargas de 90 tf a 200 tf; - Vizinhança afastada e com fundações em bom estado; Imagem 2 Boletim de Sondagem utilizado como exemplo para o caso 2.

17 Escolha da melhor fundação Fundações não recomendadas e motivos: - Estacas Tipo Franki: Este tipo de estaca não é recomendado para terrenos com nível de lençol de água elevado devido a dificuldade de execução, além disso o terreno apresenta aterro em solos moles, podendo causar atritos negativos. - Estacas Tipo Strauss: Abrange faixa de carga bem abaixo do caso em analise, e assim como a estaca Franki não é recomendado para terrenos com nível de lençol de água elevado e com atritos negativos. - Hélice Contínua: Assim como as estacas anteriores não é recomendado a sua execução em terrenos com atritos negativos. - Estacas Tipo Trado sem uso de fluido estabilizante: Não é recomendada executá-las em espessas camadas saturadas devido ao risco de estrangulamento (seccionamento) do fuste durante a fase da concretagem. - Tubulão a céu aberto: Não é recomendada em terreno que apresenta solos saturados ou baixo SPT devido a dificuldade de alcançar grandes profundidades e terrenos com atritos negativos. negativos. - Tubulão a ar comprimido: Não é recomendada em terrenos com atritos

18 Fundações recomendadas: - Estacas cravadas em concreto ou metálica, estacas escavada com uso de fluido estabilizante e estacas raiz, por atenderem todas as especificações do caso 2, principalmente o problema de atrito negativo, neste caso fundações mais lisas ou com tratamento betuminoso são mais indicadas. Vale ressaltar que aterros sobre camadas moles é que são responsáveis pelo atrito negativo. - Melhor opção: Estacas cravadas pré-moldada de concreto ou metálica, devido ao fato das estacas escavada com uso de fluido estabilizante e estacas raiz serem utilizadas apenas em casos específicos e por terem grandes dificuldades na execução.

19 6.3 Terceiro Resultado Caso de obra 3: - Terreno plano e na cota de execução da fundação; - Obra com cargas de 250 tf a 410 tf; - Vizinhança com fundações em bom estado; - Canteiro de obras de pequenas dimensões. Imagem 3 Boletim de Sondagem utilizado como exemplo para o caso 3.

20 Escolha da melhor fundação Fundações não recomendadas e motivos: - Estacas cravadas de concreto ou metálica: Este tipo de estaca não é recomendado para terrenos que apresenta boa resistência devido a dificuldade de cravar as estacas. - Estacas Tipo Franki: Este tipo de estaca não é recomendado para terrenos com nível de lençol de água elevado devido a dificuldade de execução, além disso apresenta dificuldade de cravação em terrenos com boa resistência. - Estacas Tipo Strauss: Abrange faixa de carga bem abaixo do caso em analise, e assim como a estaca Franki não é recomendado para terrenos com nível de lençol de água elevado. - Estacas Raiz: Abrange faixa de carga abaixo do caso em analise. - Estacas Tipo Trado sem uso de fluido estabilizante: Não é recomendada executá-las em espessas camadas saturadas devido ao risco de estrangulamento (seccionamento) do fuste durante a fase da concretagem. - Tubulão a céu aberto: Não é recomendada em terreno que apresenta solos saturados devido à dificuldade de alcançar grandes profundidades.

21 Fundações recomendadas: - Hélice Contínua e estacas escavada com uso de fluido estabilizante, por atenderem todas as especificações do caso 3. - Melhor opção: Hélice Contínua, devido ao fato das estacas escavada com uso de fluido estabilizante ser utilizada apenas em casos específicos e por terem grandes dificuldades na execução.

22 7. Conclusão O melhor tipo de fundação é aquela que suporta as cargas da estrutura com segurança e se adequa aos fatores topográficos, maciço de solos, aspectos técnicos e econômicos, sem afetar a integridade das construções vizinhas. É 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.

23 8. Referências Bibliográficas ALONSO, U.R. Execução de fundações profundas: estacas injetadas. In: HACHICH, W.; FALCONI, F.F.; SAES, J.L.; FROTA, R.G.Q.; CARVALHO, C.S.; NIYAMA, S. (Org.). Fundações: teoria e prática. 2. ed. São Paulo: Pini, 1998a. p MAIA, C.M.M. Execução de fundações profundas: estacas tipo Franki. In: HACHICH, W.; FALCONI, F.F.; SAES, J.L.; FROTA, R.G.Q.; CARVALHO, C.S.; NIYAMA, S. (Org.). Fundações: teoria e prática. 2. ed. São Paulo: Pini, p JOPPERT JR.. Fundações e contenções de Edifícios. Editora Pini. 1. Ed DANTAS NETO, S.A. Fundações e obras de contenção. Fortaleza, p. Notas de aula da disciplina Fundações e Obras de Contenção Curso de Engenharia Civil/UFC. VARGAS, M. História das fundações: história da engenharia de fundações no Brasil. In: HACHICH, W.; FALCONI, F.F.; SAES, J.L.; FROTA, R.G.Q.; CARVALHO, C.S.; NIYAMA, S. (Org.). Fundações: teoria e prática. 2. ed. São Paulo: Pini, p GIL, Antônio Carlos. Como elaborar projetos de pesquisa. 4. ed. São Paulo: Atlas, MARCONI, Marina de Andrade; LAKATOS, Eva Maria. Fundamentos de metodologia científica. 6. ed. São Paulo: Atlas, 2005.

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