18/05/2017. Profª Ariel Ali Bento

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1 Profª Ariel Ali Bento ESTACAS: Elemento de fundação executado com o auxílio de ferramentas ou equipamentos. Sua execução pode ser por cravação, percussão, prensagem, vibração ou por escavação e ainda de forma mista, envolvendo mais de um destes processos. 1

2 a: metálicas b: pré-moldadas de concreto vibrado c: pré-moldadas de concreto centrifugado d: tipo Frank e tipo Strauss e: tipo raiz f: escavadas TUBULÕES: Elemento de fundação de forma cilíndrica, em que, pelo menos na fase final de execução há a descida de operário para alargamento da base. g: a céu aberto h: com revestimento de concreto i: com revestimento de aço 2

3 CAIXÃO: Elemento de fundação profunda de forma prismática, concretado na superfície e instalado por escavação interna. CAIXÃO A AR COMPRIMIDO 3

4 a) Estaca ligada à sapata (estaca T); b) Estaca abaixo de sapata (estapata); c) Radier sobre estacas; d) Radier sobre tubulões. Quando a fundação direta não é aconselhada e quando o SPT > 8 estiver em uma profundidade superior a 2,00m. A fundação profunda transmite a carga da superestrutura através do seu corpo, usando o atrito entre ela e a resistência na sua ponta. 4

5 As fundações profundas podem ser classificadas em fundações moldadas in loco ou pré-moldadas Nas fundações pré-moldadas, executa-se um furo com equipamento adequado e depois preenche-se o furo com concreto. Nas pré-moldadas, o elemento de fundação é executado em indústria e é cravado no solo utilizando o bate-estaca. BROCA Executada manualmente com trado rotativo (manual ou mecânico); 5

6 BROCA Quando o furo atingir o solo resistente (quando os operários não conseguirem aprofundar mais) procede-se ao preenchimento com concreto; É recomendável preencher o furo com uma camada de aproximadamente 20 cm de argamassa de cimento e areia de forma que as britas desagregadas do concreto possam se misturar à argamassa; Após o preenchimento do furo, são colocadas armações com função não estrutural a fim de ligar a superestrutura à broca (para brocas submetidas apenas à esforço de compressão) 6

7 BROCA Capacidade da broca Mais à frente iremos calcular a capacidade de carga de estacas por métodos teóricos e empíricos; Casos simples: DIÂMETRO (cm) CAPACIDADE (tf) BROCA Em virtude da precariedade na execução da broca, tem-se as seguintes restrições e recomendações: 1. Profundidade máxima de 6m (verticalidade e concretagem) 2. Não deve ser executada abaixo do N.A. 3. A determinação do comprimento da broca é feita pela sondagem 4. A broca pode ser interrompida quando o SPT for maior ou igual a 12. 7

8 STRAUSS É executada mecanicamente. A escavação é feita com um equipamento denominado balde ou sonda Strauss O balde é lançado de um tripé a uma altura de aprox. 4m. Pelo peso próprio, o balde é cravado no solo. Após o primeiro metro é colocado um tubo de aço de 2 a 3m que vai sendo acrescentado conforme a escavação Esse tubo (emendável por meio de rosca) tem a função de controlar a verticalidade do furo e protege-lo contra desbarrancamentos. Atingida a cota de apoio, procede-se à concretagem. STRAUSS Características do concreto: Concreto: consumo de cimento por m³ de 300 kgf Slump: 8 a 12 cm Bastante plástico para evitar a aderência com o tubo Apiloamento (adensamento) Lança-se uma quantidade de concreto de aproximadamente 50cm de profundidade Substitui-se o balde por um pilão que em queda livre provoca o adensamento do concreto de dentro do furo Retira-se o tubo de revestimento 8

9 STRAUSS Após a concretagem a estaca é armada normalmente com 6 barras de 10 ou 12,5mm de diâmetro e com 2m de comprimento apenas para ligação da estaca aos demais elementos da superestrutura. Cuidado com a execução abaixo do nível d água e recomendase considerar a capacidade da estaca 30% abaixo do valor nominal. DIÂMETRO (cm) CAPACIDADE (tf) STRAUSS 9

10 STRAUSS VANTAGENS Facilidade de transporte e de deslocamento do equipamento de execução dentro da obra Possibilidade de atingir profundidades de até 25m. É da de menor custo dentre as de boa capacidade. Pouca vibração. DESVANTAGENS Bastante sujeira (principalmente em dias de chuva) HÉLICE CONTÍNUA 10

11 HÉLICE CONTÍNUA VANTAGENS: Alta produtividade Alto grau de qualidade (a execução é monitorada eletronicamente possui-se profundidade, inclinação da haste, torque, velocidade de rotação, etc.) Possibilidade de execução bem próximo à divisas Pode ser executada com comprimento máximo de 30 m e abaixo do nível d água. Pode ser executada em todo tipo de solo, exceto matacões ou rocha sã. 11

12 ESTACAS ESCAVADAS COM LAMA BETONÍTICA Podem ser realizadas com equipamento rotativo acoplado a um guindaste (estacões) ou pelo sistema Clam Shell (estacas barrete) Em razão da forma e dimensões da seção deste tipo de estaca, normalmente a escavação é estabilizada pelo uso de um material denso, denominado LAMA BENTONÍTICA. A bentonita é uma argila da família das montmorilonitas que em presença de água se expande. Apresenta propriedades tixotrópicas, ou seja, tem um comportamento fluido quando agitada mas é capaz de formar um gel quando em repouso ESTACAS ESCAVADAS COM LAMA BETONÍTICA Antes da concretagem, é importante verificar o grau de contaminação da lama por partículas do solo em suspensão. Esta contaminação provoca um aumento de peso específico da lama, prejudicando a qualidade da concretagem. Uma das funções básicas da lama é criar uma película impermeável nas paredes da escavação, chamada 'cake', formada pela penetração da lama nos vazios do solo. Esta película permite que a lama exerça empuxo contra as paredes da escavação, para estabilizá- la. A penetração vai depender da diferença entre o nível da lama na trincheira e o nível d'água no terreno, da permeabilidade do solo e da viscosidade da lama. A penetração excessiva da lama é inconveniente para a estabilidade da trincheira em solos de permeabilidade muito alta 12

13 ESTACAS ESCAVADAS COM LAMA BETONÍTICA A Concretagem é feita através de um tubo que atinge o fundo do painel, munido de um funil de boca. O concreto deve ser bastante plástico e expulsar a lama a partir do fundo da estaca devido à sua maior densidade. O tubo é composto de elementos enroscados que são dispensados à medida que o enchimento se desenvolve. O concreto a ser utilizado deve ser de grande trabalhabilidade (19 a 21 cm no 'slump-test') e um consumo de cimento elevado ( não menos que 350 kg/m³) para possibilitar resistências de 10 mpa em corpos de prova com 7 dias e de 18 mpa com 28 dias. 13

14 FRANKI É executado mecanicamente, utilizando bate-estaca Para esse tipo de estaca o equipamento, composto de um pilão, tem função é cravar um tubo metálico. Para a cravação é colocado em sua ponta um volume de concreto muito seco, que desenvolve atrito com o tubo esse volume é denominado BUCHA. Ao ser cravada, a bucha empurra junto consigo o tubo metálico, fazendo-o penetrar no solo. Ao atingir a cota de apoio o tubo é preso por cabos de aço e a bucha é expulsa do pilão, formando a ponta da estaca. Insere-se a armação e concreta-se o fuste. FRANKI Caso encontre-se uma camada difícil pode-se inserir um equipamento como o balde ou sonda do tipo Strauss e ao passar por essa camada, volta-se ao procedimento normal. VANTAGENS: Podem ser utilizadas em qualquer tipo de solo e também abaixo do nível d água. São usadas em obras com grandes cargas nos pilares. 14

15 ESTACAS INJETADAS Inicialmente utilizadas como elementos de melhoramento do solo Atualmente utilizada como reforço de fundações e fundação propriamente dito. São dois tipos de estacas injetadas: a estaca raiz e a microestaca 15

16 ESTACA RAIZ A perfuração do furo é executada mediante a utilização de equipamentos mecânicos apropriados denominados perfuratrizes. A perfuração é executada por rotação ou roto percussão com circulação de um fluido constituído de água ou lama bentonítica (em casos especiais) Introdução no solo de elementos tubulares de aço rosqueáveis em cuja extremidade existe uma coroa especial com elevado poder de corte. O fluxo do fluido de circulação, se processa pelo lado externo do revestimento conferindo ao furo um diâmetro maior do que o diâmetro dos tubos de perfuração utilizados na perfuração. ESTACA RAIZ À medida que se prossegue a perfuração, o tubo de perfuração penetra no terreno e os vários segmentos são ligados entre si por juntas rosqueadas. A perfuração prossegue até ser atingida a cota prevista no projeto. Terminada a perfuração é colocada a armadura no interior do tubo de perfuração. Desce-se no tubo de perfuração um tubo até o fundo, através deste tubo é injetada a argamassa (cimento e areia) preparada em um misturador de alta turbulência. A injeção da argamassa é processada de baixo para cima, o que provoca o deslocamento da água existente no furo para fora. 16

17 ESTACA RAIZ Quando o tubo de perfuração estiver totalmente cheio com a argamassa, a sua extremidade superior é tamponada e aplicada uma pressão com ar comprimido. Esta pressão provoca a penetração da argamassa no solo aumentando substancialmente o atrito lateral e garantindo a continuidade do fuste. Inicia-se o saque dos tubos de perfuração por intermédio de macacos hidráulicos, A cada trecho de elementos de tubo sacado complementa-se o nível de argamassa no interior do tubo e a aplicação de uma nova pressão. Continuando com este procedimento até o fuste da estaca ficar totalmente concluído com a retirada de todos os tubos de perfuração. 17

18 MICRO-ESTACA Tubo de revestimento igual estaca raiz Tubo Manchete 18

19 ESTACA DE MADEIRA Este tipo de estaca, atualmente, é mais utilizada em obras temporárias, escoramento de pontes e edificações; Normalmente utiliza-se o eucalipto com diâmetro acima de 15cm; Desvantagem: deterioriação (principalmente em lugares onde há variação do nível d água); Tratamento com sais tóxicos (dissolvem-se na água após um tempo); Tratamento com cresoto ou creosoto (derivado do petróleo) Tratamentos aumentam muito o custo ESTACAS DE MADEIRA Durante a cravação, a cabeça da estaca deve ser protegida por um chapéu metálico para evitar que o peso do pilão a danifique; DIÂMETRO (cm) CAPACIDADE (tf)

20 ESTACAS DE AÇO Indicações: estaqueamento próximo à edificações existentes e sensíveis (monumentos históricos, i.e.), pois tem menor vibração na execução. atravessar camadas de solo com alto atrito Estacas de perfis I ou H apresentam grande capacidade para cargas verticais, horizontais e momento fletor; Facilidade de soldagem (limitação da altura do bate-estaca); ESTACAS DE AÇO Polêmica: corrosão das estacas no interior do solo. Solução: tratamento catódico, utilizando uma barra de material eletrolicamente mais ativo que o ferro barra de sacrifício Perfil H 6 I 8 I 10 I 12 CAPACIDADE (tf)

21 ESTACAS DE CONCRETO ARMADO E PROTENDIDO Foram durante muitos anos as mais utilizadas, hoje existem outras soluções mais adequadas técnica e economicamente; São executadas industrialmente; O adensamento pode ser por vibração ou centrifugação; O concreto centrifugado é feito em formas metálicas postas a girar em altas velocidades, provocando o adensamento do concreto por compressão Com a rotação, o concreto fresco se posiciona na periferia da estaca originando estacas vazadas internamente São interessantes para grandes diâmetros, acima de 40cm, pois apresentam menor peso próprio (manuseio e transporte) 21

22 ESTACAS DE CONCRETO ARMADO E PROTENDIDO Tamanho máximo usual: 12m Emendas: Capuz metálico concluída a cravação do primeiro trecho, colocase um tubo metálico fechado no meio (capuz) que se adapta à estaca já cravada e recebe a ponta do próximo trecho Soldagem tanto o trecho já cravado como o novo trecho apresentam um anel metálico. Esses anéis são postos em contato e depois soldados. A solução por capuz já está sendo abandonada visto que este pode se soltar durante a cravação. 22

23 ESTACAS DE CONCRETO ARMADO E PROTENDIDO As estacas de concreto são armados para suportar seu peso próprio durante o transporte e içamento quando estão na posição horizontal ESTACAS DE CONCRETO ARMADO E PROTENDIDO As estacas de concreto protendido, além de resistir melhor aos esforços do transporte, apresentam também melhor comportamento na cravação, sendo menos suscetíveis a trincas Não há restrições devido ao comprimento da estaca e execução abaixo do N.A. 23

24 ESTACAS DE CONCRETO ARMADO E PROTENDIDO CAPACIDADE DE CARGA DIÂMETRO (cm) CAPACIDADE (tf) ESTACAS CENTRIFUGADAS ESTACAS VIBRADAS QUADRADAS LADO (cm) 15 X15 17 X 17 21,5 X 21,5 23,5 X 23,5 26,5 X 26,5 CAPACIDADE (tf)

25 O tubulão é uma fundação profunda composta de um cilindro vertical de concreto podendo ou não apresentar alargamento da base. O cilindro vertical é denominado fuste e é executado à maneira de um poço. Diâmetro mínimo do fuste é 70 cm, para permitir o trabalho de um operário (poceiro) quando for executado manualmente. Ao atingir a cota de assentamento, dependendo da carga a ser transmitida e da resistência do solo, o tubulão pode sofrer alargamento, denominado base. De acordo com a NBR 6122, na etapa final deve haver descida do operário para conferência das medidas ou alargamento da base. 25

26 A base, em última análise, é uma sapata executada em grande profundidade. Sua função é distribuir ao solo a carga da superestrutura Comporta-se como uma sapata isolada, sujeita à flexão Porém, para facilitar a execução, evita-se armar a base, dimensionando-a de maneira que a força de tração seja absorvida pelo concreto sem armação. Para isso, o ângulo de inclinação da base deve ser maior ou igual a 60º. A escavação mecânica do fuste é executada com equipamento similar à hélice contínua. 26

27 Quando é feito acima do NA é chamado de tubulão a céu aberto; Abaixo do NA é chamado de tubulão a ar-comprimido; EXECUÇÃO ABAIXO DO NÍVEL D ÁGUA Aplica-se com ar comprimido uma pressão interna capaz de expulsar a água existente dentro da escavação 27

28 PASSO A PASSO EXECUÇÃO ABAIXO DO NÍVEL D ÁGUA 1) Terraplanagem e escavação preliminar Mapeamento geotécnico; Terraplenagem do local; Escavação preliminar, a céu aberto, onde se executa um poço (geralmente entre 1,5 m e 2 m de profundidade) de apoio ao assentamento das fôrmas. 2) Instalação das fôrmas e montagem das armaduras No poço primário, é montada uma fôrma circular (metálica ou de madeira) em volta da qual é armada a ferragem do tubulão. Concluída a armação, é instalada uma fôrma circular externa. Os diâmetros variam conforme o projeto. O comprimento desse primeiro segmento costuma ser em torno de 4 m (cerca de metade dentro do poço e metade acima do nível do terreno). PASSO A PASSO EXECUÇÃO ABAIXO DO NÍVEL D ÁGUA 3) Concretagem da primeira sessão É feita a concretagem da camisa (espaço entre as fôrmas interna e externa). Após a concretagem e a cura do concreto, faz-se a desenforma interna e externa. Na extremidade superior da camisa de concreto são fixados chumbadores para acoplar a campânula usada para comprimir o ar. 28

29 PASSO A PASSO EXECUÇÃO ABAIXO DO NÍVEL D ÁGUA 4) Escavação sob ar comprimido Com o primeiro segmento tubular concretado, é montada a campânula sobre o tubulão em execução. A partir daí, os trabalhos de escavação são feitos sob ar comprimido, avançando normalmente em trechos de 1 m a 1,5 m. É necessário encamisar a estrutura do fuste com anéis de concreto ou tubos de aço, e alcançar o solo apropriado para fazer a base do tubulão. A camisa representa uma segurança ao operário durante a descida manual em um solo ruim e serve como apoio para a campânula. PASSO A PASSO EXECUÇÃO ABAIXO DO NÍVEL D ÁGUA Campânula de ar comprimido A campânula é composta de várias peças, as quais são presas umas as outras através de parafusos, porcas, arruelas e vedações. Uma vez montada, a câmara é pressurizada com compressores. Ela também tem função de segurança para os profissionais: é pela câmara que os operários passam pelo processo de compressão e descompressão para poderem trabalhar sob ar comprimido. 29

30 PASSO A PASSO EXECUÇÃO ABAIXO DO NÍVEL D ÁGUA 5) Alargamento da base Inspeção do terreno. Expansão da base. Usa-se base alargada para melhor aproveitamento da capacidade resistente do terreno. Uma nova vistoria é feita para conferir as dimensões e verificar a armadura da base. Por fim, é feito o preenchimento com concreto, sem remoção da campânula. 6) Concretagem da base O concreto é introduzido na campânula por meio do "cachimbo" de concretagem. Após a concretagem, a execução do tubulão é encerrada. Ele deve permanecer comprimido durante seis horas após a concretagem. 30

31 EXECUÇÃO ABAIXO DO NÍVEL D ÁGUA O trabalho dentro de um tubulão a ar comprimido é muito severo, em virtude do ambiente hostil provocado pela pressão O ar comprimido pode provocar desde doenças a casos fatais de congestão cerebral Cuidados especiais devem ser tomados no momento da descompressão (quando ocorrem a maioria dos acidentes) O tubulão deve ter sua base assente em solo com resistência mínima de 3 kgf/cm² O tubulão é preferencialmente indicado para obras de grande porte (pontes e viadutos). 31

32 Como já falamos, as estacas transmitem as cargas ao solo por atrito lateral e pela reação de ponta. Em estacas muito curtas prevalecem as reações de ponta, o inverso ocorre em estacas muito longas (estacas flutuantes). Para que as estacas transmitam as cargas adequadamente ao solo, devem ser observados os seguintes critérios: a) Para estacas isoladas e sem vigas de travamento, a diferença entre a locação da estaca em projeto e campo não deve ser superior a 10% da menor dimensão da estaca. b) A inclinação da estaca em relação à vertical ou à projetada não deve ser superior a 1% do seu comprimento. 32

33 Os tubulões são fundações profundas em que se despreza a carga proveniente do atrito lateral O dimensionamento é feito de forma análoga às sapatas Quando esse tipo de fundação é executado, dificilmente se fazem provas de carga sobre os mesmos (alto custo) TUBULÕES 1º MÉTODO FÓRMULA DE TERZAGHI OU SKEMPTON (Terzaghi) (Skempton) Ver Slides Capítulo 2 33

34 TUBULÕES 2º MÉTODO TENSÃO DE PRÉ-ADENSAMENTO (ARGILAS) Ver Slides Capítulo 2 TUBULÕES 3º MÉTODO ENSAIO SPT - Com base no valor médio do SPT (na profundidade de ordem de grandeza igual a duas vezes a largura estimada para a fundação, contando a partir da cota de apoio). é 30 Válidas para SPT 20 34

35 ESTACAS 1º MÉTODO: REALIZAÇÃO DE PROVA DE CARGA 1,5 2 P é a carga que produz o recalque admissível aceitável para a estrutura PR é a carga de ruptura da estaca ESTACAS 1º MÉTODO: REALIZAÇÃO DE PROVA DE CARGA Será utilizado conjunto de bomba-macaco hidráulico com capacidade suficiente para carga máxima referida e equipado com manômetro que indicará a magnitude da carga aplicada. O sistema de reação para prova de carga a compressão serão 02 (dois) tirantes ancorados no terreno com inclinação de 15º, de forma que o conjunto permaneça estável sob as cargas máximas do ensaio. Na prova de carga horizontal e a tração será obtida no terreno ou em estruturas existentes. Na execução da prova de carga a estaca é carregada até a ruptura ou pelo menos até 2 (duas) vezes o valor previsto para sua carga de trabalho. 35

36 ESTACAS 1º MÉTODO: REALIZAÇÃO DE PROVA DE CARGA ESTACAS 1º MÉTODO: REALIZAÇÃO DE PROVA DE CARGA 36

37 ESTACAS 2º MÉTODO: MÉTODO SEMIEMPÍRICO A estimativa de capacidade de carga de uma estaca com base em métodos análogos a Terzaghi não conduz à bons resultados, pois: Impossibilidade prática de conhecer, com precisão, o estado de tensões do terreno em repouso e estabelecer as condições de drenagem de cada uma das camadas que compõem o perfil atravessado pela estaca; Determinar com exatidão a resistência ao cisalhamento das camadas do solo que interessam à fundação; ESTACAS 2º MÉTODO: MÉTODO SEMIEMPÍRICO A influência que o próprio método de execução exerce sobre o solo e sobre sua resistência nas vizinhanças imediatas à estaca; Heterogeneidade do subsolo onde se cravam as estacas; A falta de simultaneidade proporcional da resistência de atrito e ponta (em geral a resistência por atrito se esgota muito antes da resistência da ponta chegar ao valor máximo); Presença de fatores externos ou internos que modificam o movimento relativo entre solo e estaca. 37

38 ESTACAS 2º MÉTODO: MÉTODO SEMIEMPÍRICO PR = PL + PP (carga de ruptura) PL = U Δl r l (parcela de atrito lateral) PP = A r p (parcela de ponta) U = perímetro da seção transversal A = área de projeção da ponta da estaca ESTACAS 2º MÉTODO: MÉTODO SEMIEMPÍRICO Aoki & Velloso r p = K N / F1 r l = α K N / F2 α e K tabelas N = SPT 38

39 ESTACAS ESTACAS 2º MÉTODO: MÉTODO SEMIEMPÍRICO Conhecidas as cargas de ruptura, a carga admissível será: a) Franki, pré-moldadas ou metálicas 2 í b) Estacas escavadas 2 0,8 í 39

40 ESTACAS EXERCÍCIO 1: CAPACIDADE DE CARGA PROVA DE CARGA Com os dados abaixo, verificar se o projeto de estaqueamento para o pilar P1 está correto. Caso esteja errado, retificá-lo. Admitir 15 mm como sendo o recalque admissível para a estrutura. ESTACAS EXERCÍCIO: CAPACIDADE DE CARGA MÉTODO SEMI- EMPÍRICO Utilizando o método de Aoki e Velloso, calcular a carga admissível de uma estaca tipo Franki, com diâmetro do fuste de 40 cm e volume da base de 180 l. O comprimento da estaca e as características geotécnicas do solo são dados a seguir. 40