ESTACAS RAIZ OU MICROESTACAS?

Diante das diversas opções disponíveis do Brasil para a execução de fundações profundas, é

comum nos depararmos com soluções que, apesar de conhecidas por várias empresas e projetistas e

inclusive ser preferencialmente adotadas em locais específicos ou mesmo serem recomendadas para

determinadas situações, ainda são desconhecidas e certamente confundem bastante os construtores

que se vêm de frente a um projeto onde essas fundações estão especificadas.

Então façamos uma breve avaliação. Se, por acaso, alguém lhe perguntar a diferença entre

uma estaca raiz e uma microestaca o que você responderia?

Pois é. Com certeza, as estacas injetadas não ficam de fora do grupo das que mais confundem

os profissionais, pois, as dúvidas que estas despertam vão desde a sua denominação, estendendo-se

ao seu dimensionamento até o seu método executivo. E o resultado prático disso? Freqüentemente a

desconfiança.

Mas o que realmente são as estacas injetadas? Quantos tipos existem? O que as diferem das

demais? Como são projetadas e executadas? Para quais situações elas são mais indicadas? Que

vantagens eu posso obter optando por elas? Quais aspectos devem chamar nossa atenção quando

um projeto especifica uma estaca injetada? E por fim, como posso avaliar todos os itens que

compõem o custo unitário e global da adoção das estacas injetadas como opção para minha

fundação?

Muitas perguntas? Pois este material tem o objetivo de esclarecer diversas dúvidas sobre as

estacas injetadas e angariar a simpatia dos profissionais da engenharia que ainda não as conhecem

ou que já possuem uma opinião formada sobre este tipo de solução. Leia com atenção.

O que diz a literatura técnica sobre as estacas injetadas?

Diferentemente das estacas que todos nós conhecemos com bastante intimidade como, por

exemplo, as estacas cravadas pré-moldadas ou com perfis metálicos onde se utiliza os tradicionais

bate-estacas, as estacas injetadas fazem parte de outro grupo chamado de estacas moldadas in loco.

Neste grupo, as estacas são perfuradas e não cravadas.

A relevância desta diferença está no fato de que uma estaca moldada in loco não recebe

golpes para atingir a cota de apoio sobre uma camada resistente, mas, é perfurada com um

equipamento até a profundidade determinada no projeto. Logo, a expressão “atingiu a nega”, muito

comum durante uma cravação com bate-estacas, não se aplica a este grupo.

As estacas hélice contínua são um exemplo bem conhecido de uma estaca moldada in loco,

onde após a perfuração, enche-se o furo de concreto e empurra-se a armadura, imergindo-a até o

fundo dentro do furo cheio de concreto.

As estacas injetadas foram desenvolvidas na Itália na década de 50 e foram concebidas

inicialmente apenas para reforço de fundações e melhoramentos das condições de um terreno. A

primeira estaca injetada inventada foi a estaca raiz, que em italiano chama-se “pali radice”, nome

inclusive utilizado em seu patenteamento.

Então finalmente o que é uma estaca raiz?

Submetida a uma carga de compressão, uma estaca reage através de um esforço solicitante

de modo a transmitir ao solo a carga que está suportando. Para isso, uma estaca transmite essa carga

ao solo em duas parcelas, o atrito lateral e a resistência de ponta.

As estacas do tipo raiz foram concebidas para mobilizar toda a parcela do atrito lateral para

resistir à carga de compressão que lhe é aplicada, desprezando a contribuição da parcela da

resistência de ponta. Para isso, foi necessário desenvolver um método executivo que proporcionasse

uma interação altamente eficiente da área lateral da estaca com o solo.

Daí o uso da técnica de injeção do aglomerante (calda de cimento ou argamassa) sob pressão

para que o mesmo molde o fuste da estaca e, além disso, penetre e preencha os vazios existentes no

solo, enraizando-se no terreno, como as raízes de uma árvore. Surge então o termo estaca injetada.

Na época do surgimento desta técnica, as estacas raiz eram cautelosamente executadas com

pequenos diâmetros e em grandes quantidades, dimensionadas individualmente para pequenas

cargas e formando um reticulado para resistir a grandes esforços, popularizando o seu uso para

reforço de fundações e criando o mito de que não poderiam ser executadas como fundações

convencionais de estruturas permanentes.

Acredite isso é passado. Atualmente, empresas especializadas executam em todo o país

estacas raiz com diâmetro de 500 mm para fundações de obras de arte como pontes onde as cargas

são bastante elevadas.

Como são executadas as estacas raiz?

Conforme foi dito anteriormente, as estacas injetadas são executadas com o auxilio de uma

perfuratriz que realiza a escavação até a cota de projeto. O equipamento, geralmente hidráulico e

apoiado sob esteiras auto-propulsoras, é consideravelmente menor que um bate-estaca e tem como

vantagem a possibilidade de acessar locais com pé direito limitado e terrenos em aclives ou declives.

A perfuração é executada com auxílio de fluxo contínuo de água, método tradicionalmente

mais utilizado, entretanto, também é possível realizá-lo com fluxo de ar comprimido ou mesmo

apenas substituindo-se a broca por um trado helicoidal. Quando se executa a perfuração, deve-se

garantir a estabilidade da escavação e, para tanto, as existem pelo menos três opções disponíveis:

1. Perfurar sem o uso do revestimento desde que seja possível assegurar a integridade das

paredes do furo escavado em função do tipo de solo;

2. Perfurar com uso parcial ou integral do revestimento de acordo com a natureza do terreno e

as dificuldades encontradas durante o processo;

3. Lançar mão de produtos como a bentonita (lama estabilizadora) para assegurar a estabilidade

da escavação.

Se o método tradicional é perfurando com água, o que eu faço com o resíduo que é

gerado e que vai sujar a obra quando a lama se espalhar pelo canteiro?

A perfuração com água facilita a desagregação do solo e proporciona o resfriamento da broca

que se aquece com o avanço e a abrasividade de solos compactos, duros, pedregulhosos e camadas

com alterações rochosas. O resultado é um fluxo ascendente de lama que precisa ser disciplinado ou

sua obra vai realmente virar a maior sujeira. E é possível disciplinar a lama que sai do furo? Sim. Basta

escavar valas suficientemente profundas no solo e conduzi-las a diques também escavados no

próprio terreno, forrando-as com lonas plásticas. O resíduo acumulado poderá ser retirado

posteriormente através da sucção feita pelo mangote de um caminhão à vácuo que não necessita ter

acesso ao interior do canteiro, mas, que deverá retornar quando o dique encher novamente. Outra

forma de se remover o resíduo é instalando uma bomba submersa (sapo) que pode ser fixada na

borda do dique. Essa opção é mais econômica quando se dispõe de um local para escoar a água que

sobra depois que as partículas sólidas mais pesadas sedimentam-se no fundo do dique.

Os diques de contenção ainda possibilitam, em

alguns casos, a reutilização da água contribuindo

para redução do consumo de água e do custo da

obra além, é claro, do fortalecimento da boa

prática da sustentabilidade através da economia

de água. Pense nisso.

E se eu optar pela perfuração com uso de ar comprimido?

Não é má idéia, pois, como todo método executivo de execução de estacas evolui

constantemente, a perfuração com ar comprimido é atualmente também é uma boa opção quando

se deseja uma obra mais limpa. Contudo, é importante apresentar as vantagens e desvantagens que

essa solução proporciona.

Na perfuração com ar comprimido, são acopladas mangueiras especiais que ficam conectadas

a um ou mais compressores que alimentam a linha perfuração com um fluxo contínuo de ar

comprimido e desempenham a mesma função que a da água só que com mais eficiência e velocidade

e, principalmente, sem lama. Este método é especialmente recomendado quando se prevê também a

perfuração de rocha e a estaca necessariamente deverá ser engastada nesta.

Neste método, a linha de alimentação do fluxo ar entre o compressor e a perfuratriz é

equipada com um equipamento onde é possível adicionar óleo lubrificante pneumático para evitar o

desgaste das partes metálicas do equipamento e uma substância liquida à base de poliacrilamida que

serve para estabilizar quimicamente o solo e expulsá-lo do furo na forma de grânulos ou torrões

úmidos e bastante pequenos, que podem ser removidos com mais facilidade da obra.

A quantidade, bem como a vazão e pressão de trabalho especificada para os compressores

varia em função do tipo de solo do local da obra e deve ser planejada, pois incrementa ao preço

unitário da estaca o aluguel e consumo de combustível dos compressores.

Quando bem avaliada, a perfuração

com ar comprimido proporciona

ganhos de produtividades muito

superiores ao método tradicional.

E a armadura da estaca raiz?

Não tem mistério. É como a armadura da maioria das outras estacas escavadas, circular, com

barras de aço CA-50 e estribo helicoidal e é inserida no furo após a perfuração. Geralmente, são

encurvadas na ponta pra facilitar sua colocação no furo e necessitam de espaçadores para garantir o

cobrimento e evitar que a as barras de aço fiquem descentralizadas e rasguem as paredes da

escavação. E é aí que o problema reside.

A depender do tipo de solo do local a colocação da armadura de uma estaca raiz pode ser

muito simples ou extremamente trabalhosa, interferindo inclusive na produtividade diária. Em solos

arenosos ou muito heterogêneos, mesmo se optando pela perfuração com auxílio de lama

estabilizadora, é comum que a armadura da estaca fique presa antes de se conseguir descê-la até o

fundo do furo. Às vezes, torna-se imperativo utilizar o revestimento metálico para acabar com o

grande esforço que precisa ser despendido na colocação das armaduras, mas, o prazo previsto para o

fim da obra, nesta situação já fica bastante comprometido.

Outro problema é o manuseio. Depois de cortada e montada no canteiro, a armadura da

estaca raiz torna-se pesada e flexível, causando alguns transtornos para ser transportada pelos

operários e difícil de ser posicionada e colocada no furo. Em situações onde se prevê um transpasse

na armadura da estaca, a presença de um caminhão munck em regime “full time” é imprescindível.

Injetando uma estaca raiz

Enfim, chegado o momento de se injetar as estacas raiz, é necessário primeiramente

compreendermos de que forma a estaca se comporta após a injeção, bem como, o aspecto do fuste

para que então seja possível entendermos esta etapa.

O objetivo da injeção das estacas raiz é moldar os fustes dessas através da aplicação de uma

pressão de até 5 Kgf/cm2. Em tese, aplicação dessa pressão deveria ser feita com um ou mais golpes

de ar comprimido, no entanto, a maioria das empresas de geotecnia que executam, principalmente

as estacas injetadas, possuem bombas apropriadas para a injeção de cimento (calda e/ou argamassa)

sob altas pressões, dispensando o construtor da obrigatoriedade de alugar um compressor de ar

apenas para essa finalidade.

Entretanto, para se conseguir aplicar a pressão de injeção de uma estaca raiz, recomenda-se

inicialmente a limpeza do furo através de uma lavagem fazendo-se circular pelo interior do mesmo

um fluxo contínuo de água. Essa etapa garante a moldagem do fuste de uma estaca sem

contaminação de solo e com o diâmetro do projeto.

Após uma boa lavagem, reveste-se parcialmente o furo com o revestimento metálico para

injetar a argamassa de baixo para cima com um tubo tipo tremonha e, após o transbordamento da

argamassa, tampa-se a boca do furo e continua-se com a injeção até que a pressão se eleve cada vez

mais no interior do furo a tal ponto que atinja o valor necessário para a moldagem do fuste. Essa

pressão é lida através de um manômetro instalado em algum ponto do sistema.

E o que seria então uma microestaca?

Podemos dizer que a microestaca é uma evolução natural das estacas raiz. O desenvolvimento

das microestacas levou as estacas injetadas a uma nova fase onde se tornou possível reduzir o seu

comprimento e aumentar a sua capacidade de carga permanecendo-se com um pequeno diâmetro.

Mas como isso é possível? Aperfeiçoando-se a técnica de injeção e aumentado até seis vezes mais a

pressão de injeção do aglomerante no solo. Vamos tentar entender melhor isso.

O princípio básico que deu origem às microestacas foi a substituição da armadura em aço CA-

50 por um tubo de aço ASTM para o qual, através de válvulas preparadas manualmente nesse tubo,

foi possível, com o auxílio do desenvolvimento de uma ferramenta chamada obturador duplo, injetar

com altíssimas pressões a calda de cimento através dessas válvulas, popularmente conhecidas como

“válvulas-manchete” que, por denominação, permite a abertura e o fechamento controlados,

possibilitando que a injeção seja feita em múltiplas fases.

O obturador, inserido no interior do tubo, confina fortemente o espaço situado interno na

região da válvula-manchete, fazendo com que a calda de cimento seja violentamente disparada

através de um furo ou pequeno rasgo que é previamente feito no tubo durante a preparação das

válvulas-manchete.

E como é feita uma válvula-manchete?

As válvulas-manchete são preparadas executando-se pequenos rasgos feitos com o auxílio de

uma esmerilhadeira dotada de discos de corte ou pequenos furos feitos com uma furadeira de

bancada através da fixação dos tubos em um local onde o processo pode ser feito com segurança e

agilidade.

Em seguida, os furos ou rasgos são envolvidos por um pedaço de borracha com espessura de

aproximadamente 0,8 mm e fixada eficientemente com arame recozido. A elasticidade da borracha

permite que esta, fixada no tubo com o arame, não se solte durante a expansão e abertura

provocada com o aumento da pressão de injeção de calda de cimento, mas, retorne ao estado

original e se feche após o alívio desta pressão, funcionando como uma válvula. As válvulas-manchete

são executadas a cada metro ou menos que isso, de acordo com a eficiência que se deseje obter no

processo de ancoragem do tubo contra o solo. Após preparadas as válvulas-manchete, o tubo passa

a ser a armadura principal das microestacas.

O tubo de aço é então inserido no furo e a fase de injeção é iniciada. A experiência da

execução de microestacas revela uma maior praticidade na colocação do tubo no interior furo

apresentando menos transtornos em comparação à mesma etapa das estacas raiz devido à forma

física do tubo, mais esbelto e rígido, contribuindo para sua instalação.

Outra vantagem é a eliminação da presença constante do caminhão munck para apoio à

instalação das microestacas já que os tubos são dotados de roscas usinadas durante o processo de

fabricação e que são conectados com luvas de aço, em contraste com o transpasse feito com arame

ou solda da armadura das estacas raiz que precisam ficar penduradas pela lança do caminhão munck

enquanto isso é feito. Com isso os tubos de aço proporcionam uma maior versatilidade já que podem

ser cortados em comprimentos menores e previamente preparados no comprimento de projeto da

estaca, eliminando-se a presença de armadores e soldadores, pois, neste caso não há a necessidade

de corte, dobra e solda de barras de aço, apenas a fixação dos trechos do tubo.

Injetando uma microestaca

Depois de abordarmos o princípio técnico que conceitua as microestacas, a ferramenta

necessária para injetá-la e a preparação do tubo manchete, vamos entender de qual o procedimento

executivo da injeção destas.

Assim como nas estacas raiz, o método de perfuração é o mesmo, no entanto, as microestacas

não necessitam de grandes diâmetros para garantir o atrito lateral logo, o diâmetro comum para elas

varia entre 250 e 310 mm.

Após a instalação do tubo manchete, enche-se o furo com calda de cimento (não se usa

argamassa em microestaca) até preencher por completo o espaço entre o tubo manchete e as

paredes do furo. Esta é a 1ª etapa da injeção das microestacas e se chama bainha.

Preste bem atenção! Nesta etapa ainda não se utiliza o obturador. Ao invés disto, introduz-se

um tubo de PVC dentro do tubo manchete até o fundo do furo e injeta-se a calda de cimento que

sairá através de um pequeno rasgo feito na ponta o tubo chamado válvula de pé. Esta calda de

cimento preenche o furo no sentido ascendente até transbordar.

Após a execução da bainha, deve-se respeitar um período de pelo menos 12 horas para que a

calda de cimento adquira uma resistência mínima para o início das próximas etapas. Antes disse

deve-se fazer uma rápida lavagem no interior do tubo para evitar que a calda de cimento endureça

no interior deste e impeça a introdução do obturador.

Executada a bainha, inicia-se a injeção propriamente dita. Essa injeção é geralmente realizada

em três fases iguais. Nestas fases, o obturador é introduzido no interior do tubo manchete e as

injeções são executadas de modo a romper a bainha e se conseguir preencher os vazios do solo. As

pressões de injeção das microestacas variam entre 10 e 30 Kgf/cm2. Não se deve realizar mais de uma

fase em um mesmo dia.

Arrasamento e preparação do topo das estacas

A preparação do topo das estacas injetadas para engastamento com a armadura dos blocos

não difere das estacas convencionais. A seção resultado do topo da estaca deve ser plana e

perpendicular ao eixo da mesma e a operação de demolição deve ser executada de modo a não

causar danos à estaca. Nesta operação podem ser utilizados ponteiros ou marteletes leves,

trabalhando com pequena inclinação, para cima, em relação à horizontal. Para estacas cuja seção de

concreto foi inferior a 2.000 cm2, o preparo da cabeça somente pode ser feito com ponteiro.

No caso de estacas danificadas até abaixo da cota de arrasamento ou estacas cujo topo

resulte abaixo da cota de arrasamento prevista, deve-se fazer a demolição do comprimento

necessário da estaca, de modo a expor o comprimento de transpasse da armadura da estaca até a

cota de arrasamento. A armadura da estaca deve ser prolongada dentro deste trecho.

O que diz a norma NBR 6122/1996 sobre as estacas injetadas?

De acordo com a norma NBR 6122 – Projeto e execução de fundações, no item 7.8.10, as

estacas injetadas são denominadas de estacas escavadas com injeção, subdivisão de um grupo maior

que são as estacas escavadas e moldadas in loco. A partir dessa denominação o que as difere é

apenas o método executivo. Deste modo a norma as subdivide em dois tipos:

a) Estacas do tipo raiz: Onde a injeção é utilizada para moldar o fuste. Imediatamente após a

moldagem do fuste, é aplicada pressão no topo, com ar comprimido, uma ou mais vezes

durante a retirada do tubo de revestimento. Usam-se baixas pressões (inferiores a 5Kgf/cm2)

que visam apenas garantir a integridade da estaca;

b) Microestacas: São executadas através de tubos metálicos dotados de válvulas preparadas

manualmente e que permitem que a injeção seja executada em múltiplos estágios, utilizando-

se em cada estágio uma pressão que garanta a abertura dessas válvulas (também conhecidas

como manchetes) de modo que, cessada a pressão, as válvulas se fechem e permita injeções

posteriores até se atingir a condição adequada de ancoragem no terreno.