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1 Acadêmico de Engenharia Civil, da Universidade Paranaense, Campus Toledo. E-mail: [email protected]. 2 Professor orientador, Titular, do curso de Engenharia Civil, da Universidade Paranaense, Campus Toledo. E-mail: [email protected]
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GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
UNIVERSIDADE PARANAENSE, CAMPUS DE TOLEDO/PR
TRABALHO FINAL DE CURSO - TFC
ESTUDO DE CASO ENTRE FUNDAÇÕES EXECUDATAS EM HÉLICE CONTÍNUA
E ESTACA ESCAVADA DE GRANDE DIÂMETRO COM ADIÇÃO DE FLUIDO
ESTABILIZADOR, EM UM EDIFICIO RESIDENCIAL DE 19 PAVIMENTOS
Renato Rodrigues Nogueira Junior1
Cristiano Goulart2
RESUMO
O presente trabalho apresenta o estudo de caso entre dois métodos executivos de fundações
utilizados no Brasil: A Hélice contínua e Estaca escavada de grande diâmetro com adição de
fluido estabilizante (Estaca E.G.D.). No Oeste do Paraná é comum executar fundações seguindo
o método construtivo da Hélice contínua. O objetivo é comparar qual das duas fundações é mais
viável economicamente e executivamente, para um edifício residencial de 19 pavimentos
situado na cidade de Assis Chateaubriand, tendo como base o projeto de locação das estacas,
detalhamento das armaduras e formas dos blocos. Extraiu –se o volume e o lançamento de
concreto, insumos, mão de obra e controle tecnológico aplicado no concreto, comparando os
custos e benefícios que cada método proporciona. Mediante as estas análises, Estaca E.G.D.
apresentou uma economia de aproximadamente 14,11% no custo final da infraestrutura do
Edifício. Este método é empregado em obras de grande porte pois incorpora um custo inicial
elevado.
Palavras-chave: Métodos executivos. Fundações. Custos.
ABSTRACT
The present work presents the case study between two executive methods of foundations used
in Brazil: The continuous propeller and excavated Stake of large diameter with addition of
stabilizing fluid (Stake E.G.D.). In the West of Paraná it is common to execute foundations
following the constructive method of continuous propeller. The objective is to compare which
of the two foundations is most economically and practically feasible for a residential building
of 19 floors located in the city of Assis Chateaubriand, based on the project of lease of the
stakes, detailing the armatures and shapes of the blocks. The volume and the launch of concrete,
inputs, labor and technological control applied to the concrete were extracted, comparing the
costs and benefits that each method provides. Through these analyzes, Stake E.G.D. presented
an economy of approximately 14.11% in the final cost of the building's infrastructure. This
method is used in large works because it incorporates a high initial cost.
Keywords: Executive methods. Foundations. Costs.
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1 INTRODUÇÃO
Segundo Brown (2010), a fundação é o elemento de compõe a infraestrutura de uma
obra seja ela uma edificação, ponte, torre, obras industriais ou rodoviárias. Dentro da fundação
existem vários métodos que podem ser empregados. Porém, a melhor escolha para a execução,
vai depender de vários fatores, entre eles a cota de água no terreno, o tipo de solo, prazo de
execução e etc.
Atualmente, na construção civil, o custo de um empreendimento é avaliado de diversas
maneiras, pois o país passa por uma crise política que influencia diretamente os investimentos
de capitais. Com isso os engenheiros civis precisam avaliar todos os custos necessários antes
de iniciar o empreendimento.
O problema será limitado pela escolha da fundação de um Edifício Residencial de 19
(dezenove) pavimentos, situado na Cidade de Assis Chateaubriand - PR. O estudo emprega uma
análise de dois tipos de fundações profundas: estaca em hélice contínua e estaca escavada de
grande diâmetro com fluido estabilizante (Estaca E.G.D.).
Na região oeste do Paraná é comum executar as fundações nos edifícios em hélice
contínua. Neste trabalho, esse o método será comparado com o Estaca E.G.D. Todo
investimento de grande porte necessita de um amplo estudo para escolha do tipo de fundação,
pois é nesse ponto que pode ser gerado uma economia significativa no custo da mesma e, em
se tratando de um empreendimento residencial, diminuir custos é fundamental para o retorno
de capital nas vendas futuras.
Nesse estudo de caso, serão analisados dois projetos de fundação propostos para o
edifício e com base neles, será feito um levantamento de custos, benefícios, logísticas e dados
levantados no canteiro de obras. Para cada projeto serão analisados os seguintes itens: o estudo
bibliográfico sobre fundações, em especial as profundas, abordando brevemente as duas
tecnologias empregadas - Hélice contínua e o Estaca E.G.D.; a descrição da localidade, aspectos
históricos, geológicos e geotécnicos; o levantamento do volume de concreto, das armaduras
dispostas nas estacas, volume de concreto nos blocos e quantidade de aço nos blocos de
coroamento; se o edifício e a cidade oferecem condições para a aplicação das fundações em
estudo; análise e discussão dos resultados obtidos entre os diferentes métodos a fim de
apresentar o mais adequado.
Assim será possível levantar dados que comprovem qual das fundações é mais
vantajosa para o edifício, objeto deste estudo, economicamente.
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2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Fundação é o elemento ou peça pertencente à infraestrutura, responsável pela
transmissão das cargas provenientes da supra estrutura. A transmissão deve ser feita de forma
propícia, ou seja, sem gerar adversidade de qualquer natureza para a estrutura ou terrenos
confinantes. A questão de conceituar fundação como um elemento de transferência de carga é
fundamental, uma vez que se pode ter uma ideia imprecisa de que a fundação deve aguentar ou
reter a carga, ao invés de transmiti-la ao terreno. A forma mais adequada de transmissão da
superestrutura, a infraestrutura, é pela fundação (DANZIGER, 2015).
Para avaliar a viabilidade da escolha do método executivo a ser empregado é
fundamental a análise no processo construtivo de cada método.
2.1 Hélice Contínua
Segundo Antunes e Tarozzo (2012), a execução em hélice contínua é fundamentada no
princípio parafuso giratório de Arquimedes. Sua sequência executiva é segmentada em cravar
a hélice no terreno e escavar até a profundidade especificada em projeto. A máquina programa
um torque na hélice, que por sua vez vai vencer as adversidades existentes no solo que está
sendo perfurado. A Figura 01 ilustra o equipamento de perfuração.
Figura 01: Equipamento de Perfuração da Hélice Contínua
Fonte: Site da empresa Engecon (http://www.engeconfundacoes.com.br/estacas-helice-continua)
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Segundo Penna (1999), sua haste rotativa de perfuração é composta por uma hélice
espiral ao longo de todo o tubo principal do equipamento. Quando a perfuração é em terrenos
mais resistentes, é adicionado uma ponta videa. A produtividade varia de 150 metros à 400
metros, dependendo do diâmetro da hélice em rotatividade, da resistência do terreno e do torque
do equipamento empregado (GEOFIX 1998).
De acordo com Danziger (2015), alcançada a profundidade desejada, o concreto é
bombeado continuamente (sem interrupções) através do tubo central, ao mesmo tempo em que
a haste de perfuração é retirada, sem girar ou girando lentamente no mesmo sentido da
perfuração. A velocidade de extração da hélice deve estar diretamente relacionada com a
pressão expedida pelo bombeamento, ou seja, mantido positivo. A pressão do bombeamento
deve garantir que todos os vazios sejam preenchidos (VELLOSO E LOPES 2010).
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) NBR – 6.122:2010, traz que o
concreto empregado no método deve ter resistência mínima de 20 MPa, traço rodado com
bombeamento podendo haver brita 1, com consumo de cimento não inferior a 400 kg/m³, fator
água cimento menor ou igual a 0,6, porcentagem de argamassa em massa menor ou igual a 55%
e abatimento 22 + ou – 3 cm, sendo facultativo a utilização de aditivos.
Segundo Neto (2002), o último passo do processo executivo é a aplicação das armaduras
para combater os esforços de tração gerados no engastamento dos pilares. A armadura é
aplicada após a concretagem, quando a haste rotativa já está totalmente retirada do local da
perfuração. Para executar este processo é necessário um pilão ou vibrador. Sua armação tem
forma de gaiola e é colocada efetuando a compressão da armadura no sentido da perfuração. O
pilão consegue colocar armaduras até 12 metros de profundidade e o vibrador consegue até 19
metros. A armadura é centralizada na estaca com o uso de espaçadores tipo roletes ou circulares,
segundo a norma de fundações (NBR 6.122:1996).
2.2 Estaca Escavada de Grande Diâmetro
Na Estaca E.G.D. com adição de fluido estabilizante, segundo Luiz (2012), o processo
executivo da estaca escavada tem como principal aliado o fluido estabilizante. Temos dois tipos
de fluidos que são bastante empregados na fundação em questão: a lama bentonítica, que é um
mineral e o polímero, que é uma substância química. A bentonita tem agredido o meio ambiente
e com isso seu uso acaba perdendo espaço quando comparado ao polímero. A Figura 02 mostra
o equipamento empregado na perfuração deste tipo de fundação.
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Figura 02: Equipamento de perfuração da Estaca E.G.D.
Fonte: Site da empresa Brasfond (http://www.brasfond.com.br/site/egdiametro.html)
Segundo a NBR – 6.122/2010, a lama bentonítica e polímero têm a mesma finalidade,
ou seja, a estanqueidade das paredes hidrostáticas, suas propriedades de densidade, viscosidade,
teor de areia e seu potencial hidrogeniônico são semelhantes. Estas propriedades físicas
impedem que a água penetre nas paredes das escavações.
A NBR: 6.122/2010, preconiza o princípio da escavação, que deve ser procedido de
cravação da camisa metálica ou em alguns casos a confecção de uma mureta guia, no mínimo
5 cm maior do que o diâmetro da estaca e seu comprimento maior ou igual a 1 metro. Na
escavação podem ser utilizados tanto o balde caçamba quanto uma hélice rotativa para
penetração do solo. O fluido estabilizante é adicionado junto à perfuração.
De acordo com Luiz (2012), as armaduras necessitam ser montadas de acordo com o
projeto de fundação e serem suficientemente rígidas para serem içadas e manuseadas por
guindastes. Para centralizar a armadura na estaca são utilizados os espaçadores, que podem ser
do tipo rolete ou circular.
Segundo a NBR: 6.122/2010, o abatimento do concreto neste tipo de fundação deve
ficar em torno de 23 +/-2 cm. O diâmetro máximo do agregado é de 19 mm (brita 1), fator água
cimento deve ficar abaixo de 0,6, a porcentagem de argamassa em massa inferior ou igual a
55% e resistência mínima de concreto, 20Mpa.
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O Manual de Especificações de Produtos e Procedimentos da ABEF, visa alguns
cuidados que devem ser tomados antes da concretagem submersa, como remover a pasta densa
no fundo da escavação com o próprio equipamento de perfuração, caso estabilizado com a lama
bentonítica um teste deve ser aplicado, conforme preconiza a norma NBR: 6.122/2010, no
anexo I. Quando se usa o polímero, não é necessário o processo de desarenação. Após feitas as
análises do processo de concretagem submerso a ser executado, o tubo tremonha que é disposto
por todo o comprimento da estaca, é iniciada a concretagem que é feita debaixo para cima, ou
seja, de forma submersa. O concreto deve passar no mínimo 50 cm acima da cota de
arrasamento. Segundo a NBR: 6.122/2010, os 50 cm de concreto que foram ultrapassados não
são apropriados para eventual resistência ao atrito lateral na Estaca E.G.D.
3 METODOLOGIA
O trabalho embasou-se numa pesquisa quantitativa e referências bibliográficas.
Segundo Richardson (1999), a pesquisa quantitativa é fundamentada pela quantificação de
dados genéricos ou reais, se faz uso tanto na modalidade de coleta de dados quanto no emprego
de técnicas estatísticas.
O trabalho busca qual fundação empregar no Edifício. Tem-se dois projetos
dimensionados para tais seguimentos. A figura 03 ilustra o projeto com seguimento em Hélice
Contínua.
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Figura 03: Projeto dimensionado para Hélice Contínua
Fonte: Elaborada pela Técnica projetos de engenharia, 2018.
A figura 04, retrata o projeto para o mesmo Edifício, comportando a Estaca E.G.D.
Figura 04: Projeto com seguimento em Estaca E.G.D.
Fonte: Elaborada pela Técnica projetos de engenharia, 2018.
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Este trabalho consolidará a infraestrutura do edifício e as validações dos dados extraídos
na pesquisa serão fundamentadas através do projeto geotécnico e estrutural, disponibilizados
por ele. A figura 05 mostra quais dados serão abordados para comparar as soluções estudadas.
Figura 05: Elementos que fundamentam a pesquisa.
Fonte: O autor, 2018.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Levantamento de dados
A coleta de dados foi feita individualmente para cada elemento construtivo através do
projeto geotécnico. Foram quantificados o número de estacas, diâmetro e disposição das
armaduras. No projeto estrutural foi levantado a armadura disposta em cada bloco e seu volume
de concreto. Com o quantitativo de armadura e volume planilhado, iniciou-se a análise dos
dados.
Também no projeto Geotécnico foi levantado a carga máxima admissível para cada
método de fundação, observa-se uma divergência entre a carga máxima da Hélice contínua e
da Estaca E.G.D. Segundo o Manual CAD/TQS, para cada método de fundação existem
coeficientes diferentes (peso próprio dos elementos), na medida que se alimenta o software ele
gera a carga máxima admissível da estaca.
Na tabela 01 são apresentados os resultados obtidos para a fundação em Hélice contínua.
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Tabela 01: Extração de dados
Fonte: O autor, 2018.
Na tabela 02, são expostos os dados da fundação em Estaca E.G.D.
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Tabela 02: Extração de dados
Fonte: O autor, 2018.
Com base nos dois quantitativos, pode-se concluir que a fundação em Estaca E.G.D.
começa a sobressair quando comparada a Hélice Contínua.
4.1.1 Comparativo de aço entre as fundações propostas
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A figura 06 retrata uma redução no peso de aço das estacas.
Figura 06: Representação dos resultados
Fonte: O autor, 2018
Considerando a fundação principal do Edifício, tem-se uma economia no peso do aço
de 36,06%, quando comparado Estaca E.G.D. com Hélice contínua.
Relativo ao peso do aço nos blocos, a figura 07 mostra a divergências entre os métodos
estudados.
Figura 07: Representação dos resultados
Fonte: O autor, 2018.
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Na armação dos blocos de coroamento tem- se uma economia de 53,62 % quando
confrontada à Hélice contínua com a Estaca E.G.D.
4.1.2 Volume de concreto
Analisando o projeto geotécnico dos dois métodos em análise, conclui-se que no
dimensionamento em Hélice contínua empregam-se estacas de menores diâmetros, diferente do
dimensionamento em Estaca E.G.D., que coaduna diâmetros maiores com profundidades
menores. A figura 08 exibe uma variação no volume de concreto. Com esta variação de
diâmetros pela profundidade, temos uma economia em torno de 15,17% do volume de concreto
quando comparada com a Hélice Contínua.
Figura 08: Representação dos resultados
Fonte: O autor, 2018.
Extrai-se uma economia de 15,17% do volume de concreto. Esta economia demonstrada
na figura 08 é justificada pelo conceito que cada fundação emprega, diâmetros menores são
compensados com profundidades maiores e diâmetros maiores são contrapesados por
profundidades menores.
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Outro ponto proponente na escolha do método construtivo é o volume de concreto nos
blocos de coroamento. No método do Estaca E.G.D., emprega-se um aumento no diâmetro das
estacas, com isso pode- se diminuir o número delas em um bloco. Quanto menor o número de
estacas empregar em um bloco, menor será sua área de coroamento, consequentemente menor
seu volume de concreto. A figura 09 mostra o volume de concreto extraído para as duas soluções
em estudo.
Figura 09: Representação dos resultados
Fonte: O autor, 2018.
A fundação em Estaca E.G.D. possui uma redução de 57,84% no volume de concreto
quando confrontado com a fundação em Hélice Contínua.
4.2 Custo monetário
Expostas as quantidades propostas para cada método de fundação, emprega-se o custo
para cada item discriminado na Tabela 03. Os preços unitários dos insumos e serviços foram
ajustados de acordo com levantamento feito pelo Edifício Las Vegas nas Cidades próxima do
empreendimento.
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Tabela 03. Análise dos custos
Fonte: O autor, 2018
Analisando o item 1 da tabela 03, tem-se uma discrepância entre o custo unitário de cada
equipamento e sua execução. O equipamento de perfuração da Estaca E.G.D. emprega um custo
de 275,65% maior que o equipamento Hélice contínua. Segundo SAES 2002, deve- se ter um
grande volume de concreto e uma alta taxa de armadura para viabilizar o custo do equipamento.
Como o preço do concreto é igual em ambos os casos, têm-se uma economia de 15,17% na
solução em Estaca E.G.D., como mostra a Tabela 03, no lançamento de concreto não se tem
custo algum sobre o volume de concreto na Estaca E.G.D, pois o método não adota
bombeamento. Na compra do aço e na execução da montagem das armaduras, é apresentado
uma economia de 36,64%. No controle tecnológico aplicado no montante de concreto, há uma
economia de 15,37% nos rompimentos de corpo de provas.
A figura 10 mostra o comportamento financeiro das fundações estudadas.
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Figura 10: Desempenho financeira do item 1 da Tabela 03 (Fundação)
Fonte: O autor, 2018
A figura 10 traz a tendência de ambos os métodos. Com isso é possível analisar que
inicialmente o item 1.1 da tabela 03 tende a inviabilizar a escolha da Estaca E.G.D., mas que
no decorrer dos itens ganha competitividade no custo final. Totalizando o item 1 da tabela 03,
o custo global das soluções exemplificadas demonstra que a Hélice contínua é mais viável
quando comparado somente no quesito fundação, como retrata a figura 11.
Figura 11: Subtotal do item1 da Tabela 03 (Fundação)
Fonte: O autor, 2018
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No item 2 da tabela 03 há o comparativo dos blocos de coroamento, como retrata a
figura 12.
Figura 12: Tendência executivo do item 2 da Tabela7 (blocos de coroamento)
Fonte: O autor, 2018
Existe uma economia no custo do concreto e bombeamento de 57,84%, de acordo com
os quantitativos contidos no projeto estrutural. Na aquisição do aço e execução das armaduras
têm-se uma economia de 53,58% na solução proposta em Estaca E.G.D. No rompimento dos
corpos de prova emprega-se uma economia de 57,74%.
A figura 13 retrata a discrepância entre os dois tipos de fundações propostos neste
trabalho, exemplificando o item 2 da tabela 7. Vinculando os dados do item em análise tem-se
uma economia de 31% no custo final.
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Figura 13: subtotal do item 2 da tabela7 (blocos de coroamento)
Fonte: O autor, 2018
Elencando os itens 1 e 2 da Tabela 03, mostra-se que o custo para execução da fundação
em Hélice contínua é de R$ 948.739,81 e o custo global para a Estaca E.G.D. é de R$
814.938,80. Com isso apresenta-se que a solução em Estaca E.G.D. traz o melhor custo
benefício para o Edifício.
Figura 11: Custo final das soluções estudadas
Fonte: O autor, 2018
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5 CONCLUSÃO
Consumados os quantitativos citados e vinculados dentro das limitações expostas pela
localização do edifício, será finalizado o estudo, apresentando de forma objetiva, os custos
globais de cada método construtivo.
De acordo com FELLENIUS (2013) a Estaca E.G.D. traz uma economia satisfatória
para edifícios de grande porte cuja fundação ultrapasse o lençol freático. Nesta pesquisa, a
fundação deferia ultrapassar o nível de água, pois, os pilares descarregavam uma alta carga nas
estacas, com isso pode-se constatar que nesta pesquisa o método da Estaca E.G.D. foi mais
adequado para o edifício.
Foi-se discriminado os insumos e serviços incorporados pelos dois métodos construtivos
e analisados os preços unitários atrelados com as quantidades.
Com base nos dados e gráficos provenientes dos preços unitários e sua quantidade,
conclui-se que a fundação em Estaca escavada de grande diâmetro com adição de fluido
estabilizante, proporciona uma boa economia quando confrontada com a Hélice Contínua.
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