1. INTRODUÇÃO CRAVADAS ESTACAS CRAVADAS ESTACAS CAP. XV. Processos de Construção Licenciatura em Engenharia Civil

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1 CAP. XV ESTACAS CRAVADAS 1/47 1. INTRODUÇÃO 2/47 1

2 1. INTRODUÇÃO Pré-fabricadas Estacas cravadas Fundações indirectas (profundas) Alternativa às estacas moldadas 3/47 1. INTRODUÇÃO Processo pouco utilizado em Portugal Emissão de ruído Mais oneroso Emissão de vibração Evolução das técnicas de cravação Redução de ruído Diminuição de custos Redução de vibração Tendência para maior utilização do processo 4/47 2

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4 2. DIMENSIONAMENTO 7/47 2. DIMENSIONAMENTO Fundações rígidas de 2ª ordem - funcionamento de ponta e atrito lateral. Estrato de terreno sem capacidade resistente Estrato de terreno firme mas pouco espesso Estrato de terreno sem capacidade resistente Comportamento e modo de funcionamento Carga Atrito Fundações flutuantes - atrito lateral: assentamentos não desprezáveis; grande profundidade (maximizar o atrito lateral). Terreno sem capacidade resistente Carga Atrito Estrato de terreno firme de grande espessura Pressão sobre a ponta ESTACAS MOLDADAS 8/47 4

5 2. DIMENSIONAMENTO Mecanismos de rotura compressão 9/47 2. DIMENSIONAMENTO Considerações A capacidade de carga do terreno para uma estaca isolada cravada em termos de cargas verticais pode ser obtida por três vias: ensaios de carga estáticos; fórmulas estáticas com base nos parâmetros de resistência dos solos atravessados, a partir de ensaios de resistência in-situ (CPT, SPT, ensaio de corte rotativo e pressiómetro) e/ou ensaios laboratoriais de amostras intactas (triaxial, compressão simples e corte directo); fórmulas dinâmicas de cravação, em que se estabelecem correlações entre a capacidade de carga e a energia necessária à cravação. 10/47 5

6 2. DIMENSIONAMENTO Mecanismos de rotura flexão 11/47 2. DIMENSIONAMENTO Considerações Para as acções horizontais, as estacas são modeladas como peças lineares caracterizadas por uma certa rigidez à flexão, dependente das suas dimensões e materiais constituintes, sujeitas a uma carga concentrada no topo, sendo o solo simulado por um conjunto de molas horizontais ao longo do comprimento da estaca. Em alternativa a estes modelos discretos, pode utilizar-se o método dos elementos finitos, em que o solo é considerado como um meio contínuo e elástico. Outra alternativa é a utilização de tabelas de dimensionamento. 12/47 6

7 3. TIPOLOGIAS 13/47 2. TIPOLOGIAS Quanto ao tipo de material madeira Estacas metálicas betão armado mistas 14/47 7

8 4. PROCESSOS CONSTRUTIVOS 15/47 a) Tipologias Processos de cravação: - percussão (mais utilizado); - vibração; - prensagem. Materiais que constituem as estacas: - madeira; - aço; - betão; - mistas. 16/47 8

9 b) Equipamentos - Cravação por percussão Bate-estacas com pilão de queda livre Pilão (pormenor) 17/47 b) Equipamentos - Cravação por percussão Martelo automático (hidráulico) 18/47 9

10 b) Equipamentos - Cravação por percussão Martelo automático (diesel) 19/47 b) Equipamentos - Cravação por percussão Guia suspensa associada a martelo diesel Guia fixa em bate-estacas com pilão de queda livre 20/47 10

11 c) Equipamentos - Cravação por vibração Martelos vibradores para cravação de estacas 21/47 d) Equipamentos - Cravação por prensagem (cargas pequenas) Esta técnica recorre a equipamento de pequeno porte, apresentando vantagens em termos de flexibilidade de utilização e por não introduzir vibrações nem ruído. Como desvantagem, pode-se apontar a necessidade de fixação do equipamento a um maciço ou à estrutura existente. Macaco hidráulico para cravação por prensagem 22/47 11

12 d) Equipamentos - Cravação por prensagem (cargas pequenas) Macaco hidráulico para cravação por prensagem, com a possibilidade de dispensa do maciço por utilização de outras estacas já cravadas 23/47 e) Tecnologia de construção - Estacas de madeira Processos de cravação Pormenores construtivos Protecção na fase de cravação Reforço na cabeça Percussão - pilão de queda livre Vibração Emendas (1) Samblagem; (2) Talas de junção; (3) Anel metálico. Reforço na ponta 24/47 12

13 e) Tecnologia de construção - Estacas de madeira Exemplo de cravação de estacas de madeira por vibração 25/47 e) Tecnologia de construção - Estacas de madeira 2ª FASE CRAVAÇÃO DOS PRUMOS DE MADEIRA Sequência construtiva associada à regularização das margens de um rio 26/47 13

14 f) Tecnologia de construção - Estacas metálicas Processos de cravação Secções das peças de aço laminado ou soldado: - perfis em I ou H; - tubos ocos; - perfis compósitos; - estacas-prancha; - carris reaproveitados das linhas férreas. Percussão - pilão de queda livre Vibração Prensagem 27/47 f) Tecnologia de construção - Estacas metálicas Percussão com martelo hidráulico Percussão com martelo diesel 28/47 14

15 f) Tecnologia de construção - Estacas metálicas Exemplo de cravação por vibração 29/47 f) Tecnologia de construção - Estacas metálicas Sequência de cravação Elevação e posicionamento da estaca 30/47 15

16 f) Tecnologia de construção - Estacas metálicas Sequência de cravação Cravação da estaca 31/47 f) Tecnologia de construção - Estacas metálicas Sequência de cravação Corte de ponta de estaca danificada Ligação de troço de estaca por soldadura 32/47 16

17 f) Tecnologia de construção - Estacas metálicas Sequência de cravação CHAPA SOLDADA AO TOPO DO PERFIL FERRAGEM SOLDADA À CHAPA ESTACA (20 CM DENTRO DO MACIÇO) ENVOLVIDA POR CINTA HELICOIDAL E ANEL DE BETÃO COM 50 CM Execução e ligação da estaca ao maciço de fundação 33/47 g) Tecnologia de construção - Estacas de betão pré-fabricadas Processo de cravação Percussão - pilão de queda livre Secções das peças de betão armado pré-fabricado: - cilíndricas vazadas; - cilíndricas maciça; - hexagonal; - octogonal; - quadrada. 34/47 17

18 g) Tecnologia de construção - Estacas de betão pré-fabricadas Fabrico e constituição Betonagem em moldes metálicos Junta de ligação (alternativa: anéis metálicos soldados) Protecção metálica da ponta da estaca Armadura longitudinal e cintas 35/47 g) Tecnologia de construção - Estacas de betão pré-fabricadas Transporte e armazenamento A garantia da integridade da estaca passa pela adopção de estratégias de transporte e armazenamento adequadas 36/47 18

19 g) Tecnologia de construção - Estacas de betão pré-fabricadas Disposições construtivas Junta de ligação (alternativa: anéis metálicos soldados) Protecção metálica da ponta da estaca Capacete de transmissão do impacto do pilão à estaca 37/47 g) Tecnologia de construção - Estacas de betão pré-fabricadas Sequência de cravação 3. Elevação da estaca 1. Marcação 2. Encaixe da estaca no capacete 4. Verificação de aprumo (através de guias laterais e/ou fio de prumo NOTA: Eventual furação prévia com um trado num comprimento pequeno 38/47 19

20 g) Tecnologia de construção - Estacas de betão pré-fabricadas Sequência de cravação 6. Ligação dos troços 5. Cravação 39/47 g) Tecnologia de construção - Estacas de betão pré-fabricadas Sequência de cravação 7. Caso necessário, cravação da estaca em profundidade através de prolongadores 8. Escavação para execução do maciço de encabeçamento (eventualmente) 40/47 20

21 g) Tecnologia de construção - Estacas de betão pré-fabricadas Sequência de cravação 9. Demolição e saneamento do topo da estaca para assegurar empalmes de armaduras com maciço 41/47 g) Tecnologia de construção - Estacas de betão pré-fabricadas Sequência de cravação 10. Execução do maciço 42/47 21

22 h) Resumo de processo construtivo 1. Preparação e posicionamento de equipamentos de elevação e de cravação; 2. Elevação e posicionamento do primeiro troço da estaca e das restantes disposições construtivas aplicáveis; 3. Cravação do troço de estaca; 4. Elevação, alinhamento e acoplamento dos troços seguintes (madeira - assemblagem, tala de junção ou anel metálico; metálica - corte e soldadura; betão - anel metálico e soldadura ou juntas de ligação); 5. Cravação de outra estaca enquanto se processam a operação 4; 6. Repetição do processo até se atingir a profundidade desejada; 7. Saneamento do topo de estaca; 8. Eventualmente, realização de maciço. 43/47 5. CONTROLO DE QUALIDADE NA EXECUÇÃO 44/47 22

23 5. CONTROLO DE QUALIDADE NA EXECUÇÃO Capacidade de carga à rotura de uma estaca => menor valor de: resistência estrutural dos materiais que a compõem; resistência do solo. Controlo in-situ para: a análise da integridade e da continuidade estrutural dos seus elementos; verificação das profundidades atingidas; aferição da interacção estaca-solo; detecção da ocorrência de fenómenos de relaxação, etc.. Controlo por intermédio de : ensaio de carga estático; determinação da nega; medição do ricochete elástico; ensaio sónico; ensaio dinâmico de carga. 45/47 5. CONTROLO DE QUALIDADE NA EXECUÇÃO Ensaio de carga estático Método 1. Carregar gradualmente a estaca com um peso transmitido à cabeça através de um macaco hidráulico (sem levar geralmente a estaca à rotura); 2. A estaca é descarregada também de uma forma gradual; 3. A partir dos resultados e nomeadamente da relação carga / deformação, é possível estabelecer correlações com a capacidade de carga da estaca. 46/47 23

24 5. CONTROLO DE QUALIDADE NA EXECUÇÃO Ensaio sónico (estacas de betão) Baseado na teoria de propagação de ondas sónicas de tensão, permitindo avaliar a integridade estrutural das estacas; Detecção de descontinuidades ou anomalias na estaca tais como fracturas, alargamentos e estreitamentos localizados, variação da qualidade do betão da estaca, irregularidades no diâmetro no corpo da estaca através da análise das características de propagação de ondas sónicas de tensão originadas na cabeça da própria estaca. Método 1. Aplicação de um acelerómetro de alta sensibilidade no topo da estaca; 2. Aplicação de golpes com um martelo de mão; 3. Registo da evolução na aceleração da onda sónica. 47/47 5. CONTROLO DE QUALIDADE NA EXECUÇÃO Ensaio dinâmico 48/47 24

25 5. CONTROLO DE QUALIDADE NA EXECUÇÃO Ensaio dinâmico 49/47 25