ESTACAS CRAVADAS PRÉ-MOLDADA DE CONCRETO: PROCEDIMENTOS PARA ESCOLHA E EXECUÇÃO

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1 ESTACAS CRAVADAS PRÉ-MOLDADA DE CONCRETO: PROCEDIMENTOS PARA ESCOLHA E EXECUÇÃO Ademir Martins Ferreira 1 Thales Vinicius Assis Gonçalves 2 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 3 é 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

2 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.

3 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

4 16258 que entrou em vigor no dia 17 de Fevereiro de Que estabelece os requisitos para o projeto, fabricação, estocagem e manuseio de estacas prémoldadas 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 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 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.

5 2. Objetivos 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

6 que não subsistem sozinhas, são sempre fundações para alguma coisa

7 (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 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 peneira e 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.

8 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.

9 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 Google

10 5.2 A escolha da Fundação Figura 3 Vista geral da obra. 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.

11 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

12 toneladas. As cargas descarregadas pelos pilares estão variando de 4 a 53 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 prémoldadas 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.

13 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 prémoldada 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.

14 Figura 4 Representação da seção das estacas.

15 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.

16 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

17 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 15 metros, 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.

18 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 prémoldadas 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.

19 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.

20 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.

21 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. Referências Bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. Projeto e execução de fundações: NBR 6122/ ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. Prova de carga direta sobre o terreno de fundação Procedimento: NBR 12131/2006.

22 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. Solo Analise Granulométrica: NBR 7181/1988. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. e Solo Sondagens de simples reconhecimento com SPT Método de ensaio: NBR 6484/2001. VELLOSO, D. A.; LOPES, F.R (2011). Fundações: critérios de projeto, investigação do subsolo, fundações superficiais, fundações profundas Volume único. -- São Paulo: Oficina de Textos, ALONSO, Urbano Rodriguez. Exercícios de fundações.14.ed. São Paulo: Edgard Blücher, p., il. Inclui bibliografias. JOPPERT JR, Ivan. Fundações e contenções de edifícios qualidade total na gestão do projeto e execução. 1.ed. São Paulo: PINI, p. il. Inclui bibliografias. NÁPOLES NETO, A.D.F. História das fundações: uma breve história das fundações. 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 ARAÚJO, José Milton de. Curso de concreto armado. Rio Grande, RS: Editora DUNAS, v. [03] VELLOSO, Dirceu de Alencar; LOPES, Francisco de Rezende. Fundações: critérios de projeto, investigação de subsolo, fundações superficiais. São Paulo: Oficina de Textos, p. RODRIGUES, Paulo Cesar. Notas de Aula da disciplina de Estruturas de Concreto Armado I. Curso de graduação em Engenharia Civil. Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul. Ijuí, 2011.