estudo sobre as antigas e novas soluÇÕes em termos … · de fundações encontrados em diversas...

74
CENTRO UNIVERSITÁRIO CESMAC LEONARDO DIAS RIBEIRO ROCHA ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS, APRESENTANDO UM COMPARATIVO SOBRE AS METODOLOGIAS DE EXECUÇÃO MACEIÓ - ALAGOAS 2017/1

Upload: others

Post on 11-Jun-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

CENTRO UNIVERSITÁRIO CESMAC

LEONARDO DIAS RIBEIRO ROCHA

ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS, APRESENTANDO

UM COMPARATIVO SOBRE AS METODOLOGIAS DE EXECUÇÃO

MACEIÓ - ALAGOAS 2017/1

Page 2: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

LEONARDO DIAS RIBEIRO ROCHA

ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM

TERMOS DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS, APRESENTANDO

UM COMPARATIVO SOBRE AS METODOLOGIAS DE

EXECUÇÃO

Trabalho de conclusão de curso apresentado como requisito final, para conclusão do curso de Engenharia Civil do Centro Universitário Cesmac, sob a orientação do Prof. Msc. Emerson Acácio Feitosa Santos e coorientação da prof.(a) Msc. Danúbia Teixeira Silva.

MACEIÓ– ALAGOAS

2017/1

Page 3: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional
Page 4: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

AGRADECIMENTOS

Page 5: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

Agradeço primeiramente a Deus pela sabedoria e pela força para enfrentar os desafios que marcaram essa jornada acadêmica sobre pesquisa e aprofundamento de conceitos que levo para a minha vida profissional.

Ao professor e orientador Emerson Acácio Feitosa Santos pela oportunidade de construir e organizar os conhecimentos adquiridos ao término deste trabalho de conclusão de curso.

Expresso enorme admiração a professora e co-orientadora Danúbia Teixeira Silva pela sabedoria e inteligência nos fundamentos da mecânica dos solos.

Aos meus familiares pelo apoio e dedicação nessa trajetória.

A minha namorada e companheira Isabella de Almeida Costa Menezes Salles por toda ajuda e paciência cedida durante as etapas deste trabalho.

Aos meus colegas de sala pelo debate contínuo sobre como agregar e refinar

os conteúdos aprendidos em sala de aula. E por fim agradeço ao meu cachorro Max, amigo e companheiro que me

chamava para passear nos momentos de estresse e desânimo que rapidamente

desapareciam depois de uma breve caminhada pela praia.

Page 6: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS DE

FUNDAÇÕES PROFUNDAS, APRESENTANDO UM COMPARATIVO SOBRE AS METODOLOGIAS DE EXECUÇÃO

STUDY ON OLD AND NEW SOLUTIONS IN TERMS OF DEEP FOUNDATIONS,

PRESENTING A COMPARATIVE ON THE IMPLEMENTATION METHODOLOGIES Leonardo Dias Ribeiro Rocha Graduando em Engenharia Civil [email protected] Orientador: Emerson Acácio Feitosa Santos Mestre em engenharia das estruturas [email protected] Co-orientador(a): Danúbia Teixeira Silva Doutoranda em Geotecnia [email protected]

RESUMO

Esta monografia trata-se de um estudo comparativo entre as novas e antigas metodologias de execução de fundações profundas reconhecidas pela ABNT NBR

6122/2010 – Projeto e execução de fundações profundas. Suas metodologias de execução e de capacidade de carga são comparadas levando em conta características como custo, vibrações sentidas pelos vizinhos, limitações

encontradas no solo, complexidade e porte dos equipamentos. Vantagens e desvantagens foram elencadas para traduzir o cenário atual da utilização das fundações profundas utilizadas no Brasil, com a possibilidade de melhora no seu

monitoramento. PALAVRAS-CHAVE: Fundações Estacas Inovações

ABSTRACT

This monograph deals with a comparative study between new and old methodologies for the execution of deep foundations recognized by ABNT NBR 6122/2010 - Project and execution of deep foundations. Its execution and load capacity methodologies

are compared taking into account characteristics such as cost, vibrations felt by the neighbors, limitations found in the soil, complexity and size of equipment. Advantages and disadvantages were listed to translate the current scenario of the

use of deep foundations used in Brazil, with the possibility of improving its monitoring. KEYWORDS: Foundations Piles Innovations

Page 7: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 3

1.1 Considerações Iniciais ................................................................................... 3

1.2 OBJETIVOS...................................................................................................... 4

1.3 Objetivos geral ................................................................................................ 4

1.4 Objetivos Específicos .................................................................................... 4

2 REVISÃO DE BIBLIOGRAFIA ............................................................................... 5

2.1 Tipos de Fundações ....................................................................................... 7

2.2 Fundações profundas .................................................................................... 9

2.3 Estacas pré-moldadas ................................................................................. 11

2.4 Estacas moldadas “in situ” ......................................................................... 16

2.4.1 Strauss ..................................................................................................... 16

2.4.2 Franki ........................................................................................................ 18

2.4.3 Raiz........................................................................................................... 20

2.4.4 Hélice Contínua Monitorada .................................................................... 22

2.4.5 Estaca hélice de deslocamento ............................................................... 24

2.4.6 Estacas-barrete ........................................................................................ 26

2.5 Métodos da estimativa de capacidade de carga ...................................... 28

2.5.1 Método de Aoki velloso (1975) ............................................................... 28

2.5.2 Método de Decourt Quaresma (1978) .................................................... 32

3 METODOLOGIA.................................................................................................... 34

4 AVANÇOS NA PRÁTICA DE FUNDAÇÕES EM MACEIÓ ................................ 35

5 INOVAÇÕES EM FUNDAÇÕES PROFUNDAS .................................................. 38

5.1 Atualização da ABNT NBR 6122 – Projeto e Execução de Fundações . 38

5.1.1 Prova de carga estática ........................................................................... 39

5.2 Estaca Ômega ............................................................................................... 41

5.3 Estaca Raiz (Martelo DTH) ........................................................................... 45

5.4 Estacas escavadas de grande diâmetro com fluido estabilizante ......... 48

5.5 Método de LOBO (2005) para cálculo de capacidade de carga ............. 51

5.6 Metodologia SCCAP aplicada aos estaqueamentos hélice contínua ... 58

5.6.1 Considerações Iniciais ............................................................................. 58

5.6.2 Melhorias no sistema de monitoramento da hélice contínua ................. 59

5.6.3 Características da metodologia SCCAP ................................................. 61

Page 8: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

5.7 Conclusões .................................................................................................... 64

5.7.1 Máquinas e equipamentos....................................................................... 64

5.7.2 Métodos para cálculo de capacidade de carga ...................................... 65

REFERÊNCIAS ............................................................................................................ 66

Page 9: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

3

1 INTRODUÇÃO

1.1 Considerações Iniciais

Ao longo do tempo, com a complexidade dos projetos e assídua preocupação

em obter os resultados esperados em campo, os estudos sobre fundações

profundas se aprimoraram pela busca de novas metodologias, com o propósito de

aprimorar os sistemas de execução já existentes e realização de investigações

comparando os benefícios relevantes para o desenvolvimento desta operação.

Segundo a ABNT-NBR 6122(2010), as fundações profundas se caracterizam

por serem estruturas responsáveis pelo processo de transmissão de cargas da

edificação para o solo. Suas cargas podem ser transmitidas por sua base, chamada

de resistência de ponta, por sua superfície lateral, chamada de resistência de fuste

ou pela atuação simultânea das duas.

A norma também estabelece que sua profundidade seja de no mínimo 3,0

metros e que sua base esteja em uma profundidade acima do dobro de sua menor

dimensão, sendo este, o fator que a diferencia das fundações superficiais (ou rasas).

A engenharia de fundações se diversificou em grande escala, com uma

variedade de máquinas e equipamentos que possibilitaram a abertura para novas

análises, pois houve uma grande preocupação com a segurança e eficiência da

estabilidade das estruturas. Aliado a esta informação, ao longo do último século é

notória a preocupação crescente das empresas em relação à utilização de novas

soluções de fundações profundas, levando em consideração a natureza

heterogênea e variabilidade dos solos entre as regiões (FALCONI; SANTOS;

CORREA; 2014).

Destacando-se também, a necessidade de evitar problemas de engenharia

associados às características do solo e soluções de fundações inadequadas, tendo

como exemplo atual os casos observados principalmente na baixada santista.

Mediante este cenário, a introdução de novas tecnologias pode proporcionar maior

segurança aos usuários e economias executivas de projeto.

Page 10: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

4

Nesta perspectiva, o mercado focado em engenharia de fundações, identifica

cada vez mais, a relevância em contratar profissionais especializados e engenheiros

qualificados que coloquem em prática estes conhecimentos sobre os avanços que

surgiram na área de fundações profundas, na execução de seus tipos mais usuais

como estacas escavadas, hélice contínua e raiz, sempre obedecendo à topografia

do terreno e analisando todos os fatores sociais, econômicos e ambientais da obra.

Neste cenário procura se demonstrar a eficiência das novas metodologias com foco

em destacar as vantagens e desvantagens.

1.2 OBJETIVOS

1.3 Objetivos geral

Identificar as novas tecnologias emergentes na área de fundações profundas

e indicar suas principais características, vantagens e desvantagens.

1.4 Objetivos Específicos

Analisar as antigas e novas soluções em termos de fundações

profundas, incluindo a metodologia de dimensionamento e da

estimativa da capacidade de carga.

Comparar as diferentes soluções, identificando as principais vantagens

e desvantagens sobre os métodos de estimativa de capacidade de

carga e suas metodologias de dimensionamento.

Indicar as possíveis soluções atuais que mais se destacam em relação

às antigas.

Page 11: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

5

2 REVISÃO DE BIBLIOGRAFIA

A engenharia de um modo geral nos permite o emprego de um olhar

detalhado sobre as possibilidades que existem em solucionar um problema, levando

em conta o estudo e análise de seu contexto onde está inserido. Com iniciativas

vindas de empresas e construtoras, os desafios da engenharia relacionam seus

propósitos lucrativos com a logística operacional, sobre criar soluções e meios para

desenvolver projetos de interesse coletivo, destinados ao benefício da sociedade

(SILVA; 2011).

O estudo focado em obras de fundações possui um grande potencial

investigativo, visto que um dos fatores estudados está associado com os diversos

tipos de solos, onde cada um possui diferentes comportamentos quando existe a

presença de obras. A evolução da engenharia de fundações possui uma grande

ligação com a engenharia geotécnica, na qual é notória a busca por condições

favoráveis para o desenvolvimento de uma obra, dentro de uma realidade onde

existe uma grande variedade de solos para serem estudados (VELLOSO; LOPES;

2010).

O projeto bem executado de obras de fundações possui influência importante

em qualquer desenvolvimento de suas estruturas, sejam obras de pequeno e grande

porte, onde o projetista estrutural deve estar ciente dos requisitos e sobre como

prosseguir diante de possíveis dificuldades, durante e após a execução de um

projeto de fundações. Um caso típico a ser citado está na influência dos recalques

existentes no solo, possibilitando o surgimento de danos funcionais, como

desnivelamento de pisos, problemas no alinhamento de tubulações, rampas,

escadas, além de danos estruturais prejudiciais a sustentação da estrutura

(DANNEBROCK et al, 2010).

Para a segurança e eficiência de um projeto de fundações, o projetista

estrutural deve repassar de forma detalhada os valores de cargas provenientes do

edifício, para serem analisadas pelo projetista de fundações e definir a resistência

adequada para suportar as tensões causadas pelos esforços solicitantes, além de

realizar sondagens para análise do tipo de solo (VELLOSO; LOPES; 2010).

Page 12: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

6

Seguindo as recomendações de Aoki e Velloso (2010), as etapas necessárias

para o projeto de fundações são:

1. Topografia da área

Levantamento Topográfico

Análise de dados sobre taludes e encostas no terreno

Dados sobre erosões

2. Dados geológicos e geotécnicos

Investigação do subsolo (às vezes em duas etapas: preliminar e

complementar)

Resistência e compressibilidade dos solos

Profundidade e variabilidade das camadas.

Existência de camadas resistentes ou adensáveis

Posição do nível da água

Outros dados geológicos e geotécnicos (mapas, levantamentos

aerofotogramétricos, artigos sobre experiências na área, etc)

3. Dados da estrutura a construir

Sistema estrutural (hiperestaticidade, flexibilidade, etc)

Sistema construtivo (convencional ou pré-moldado)

Cargas (ações nas fundações)

4. Dados sobre as construções vizinhas

Número de pavimentos, carga média por pavimento

Tipo de estrutura e fundações

Desempenho das fundações

Existência de subsolo

Consequências de escavações e vibrações

5. Aspectos econômicos

Custo direto para execução do serviço

Prazo de execução

Page 13: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

7

DANNEBROCK et al (2010) realizaram estudos onde o custo de um bom

projeto de fundações pode representar de 3% a 10% do custo total da obra, mas em

contrapartida, se forem mal executadas podem chegar de 5 a 10 vezes o custo da

fundação mais adequada para o caso. Além disso, o valor de uma obra pode

aumentar em casos onde as características de resistência do solo são insuficientes

com os esforços transmitidos, havendo necessidade de buscar elementos de

fundação mais complexos, fora existir a necessidade de troca de solo, reaterro e

compactação, serviços estes que geram custos não previstos no início do projeto.

2.1 Tipos de Fundações

Neste capítulo é apresentada uma breve revisão bibliográfica sobre os tipos

de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo

descritas de maneira técnica e operacional.

As fundações estão divididas em dois grandes grupos: fundações superficiais

e profundas, ilustradas na Figura 1, onde a escolha do tipo mais apropriado

dependerá da combinação da profundidade das camadas de solo com as cargas da

estrutura a ser construída. Após essa análise, serão estudados os custos e os

prazos de execução, levando em conta fatores que possam afetar a vizinhança local

como a presença de vibrações e ruídos.

Figura 1 – Fundação superficial (a) e profunda (b)

Fonte: Velloso; Lopes (2010)

Page 14: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

8

Nomeadas de superficiais ou diretas, são caracterizadas por sua carga

recebida ser transmitida ao solo, predominantemente pelas tensões distribuídas sob

a base do elemento estrutural de fundação, sendo sua profundidade menor que

duas vezes o valor da menor dimensão (B) do elemento de fundação (H < 2B), onde

estão incluídas as sapatas, blocos, grelhas e radier’s, ilustrados na Figura 2

(VELLOSO; LOPES; 2010).

Figura 2 – Principais tipos de fundações superficiais Fonte: Velloso; Lopes (2010)

Se diferenciando por sua profundidade e seu modo de transmissão de carga

para o solo, as fundações profundas, representadas na Figura 3, permitem ao

mesmo tempo, a transferência da carga através da sua superfície lateral, com a

capacidade de ser distribuída ao longo de sua base, onde sua profundidade de

assentamento é maior que o dobro da menor dimensão, sendo classificadas em três

grupos: estacas, tubulões e caixões (Velloso; LOPES; 2010).

Page 15: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

9

Figura 3 – Principais tipos de fundações profundas: a) estaca; b) tubulão; c) caixão.

Fonte: Velloso; Lopes (2010)

2.2 Fundações profundas

Esta seção possui foco na descrição e aplicação do grupo composto das

fundações profundas mais utilizadas em campo, sendo detalhados os avanços e

dificuldades que seus equipamentos possuem na etapa de execução.

Em seguida, suas principais características executivas serão elencadas, junto

com as vantagens e desvantagens que existem entre elas, sendo o grupo das

estacas (cravadas e moldadas “in situ”), o escolhido para ser estudado, além de

apontar o uso de suas técnicas de dimensionamento e métodos para cálculo de

capacidade de carga detectado durante a pesquisa.

Segundo a ABNT-NBR 6122 (2010), as fundações profundas possuem uma

diversidade maior de métodos construtivos em comparação as fundações rasas, por

permitir a sua transmissão de esforços ao solo por sua base (resistência de ponta), e

ao mesmo tempo se propagar de modo a transmitir estas cargas em sua superfície

lateral (resistência de fuste), ilustradas na Figura 4 além de possibilitar a utilização

em paralelo de ambas.

Page 16: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

10

Figura 4 – Partes da estaca: fuste, bulbo, base e ponta. Fonte: Revista PINI

Ao longo do tempo, com a complexidade dos projetos e assídua preocupação

em obter os resultados esperados em campo, os estudos sobre fundações

profundas se aprimoraram pela busca de novas metodologias, com o propósito de

aprimorar os sistemas de execução já existentes e realização de investigações

comparando os benefícios relevantes para o desenvolvimento desta operação

(CINTRA; AOKI; 2010).

São normalmente utilizadas quando os solos superficiais não apresentam

capacidade de suportar cargas elevadas, ou estão sujeitas a processos erosivos, e

também, quando existe a possibilidade da realização de uma escavação futura nas

proximidades da obra, havendo a possibilidade de serem usadas para contenção de

empuxos (ABNT- NBR 6122; 2010).

De acordo com a norma ABNT-NBR 6122 (2010), estão presentes neste

grupo os caixões, tubulões e as estacas, sendo esta diferente das demais pela sua

execução fazer uso de equipamentos e ferramentas específicos, e não necessitar da

presença de operários no interior de seu furo, na etapa de escavação.

Já os caixões e tubulões, são elementos onde o diâmetro do furo possibilita a

descida de operários para manutenções, onde estes métodos estão cada vez mais

entrando em desuso, devido a grande diversidade de equipamentos no mercado,

sendo mais seguros e mais eficientes. São encontrados em formatos prismáticos e

cilíndricos respectivamente, executados a céu aberto e por ar comprimido para

estruturas de grande porte com cargas elevadas (VELLOSO; LOPES; 2010).

Page 17: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

11

2.3 Estacas pré-moldadas

Na construção/desenvolvimento de uma estaca, os modelos/tipos mais usuais

encontrados no cenário da construção civil são as de concreto e as de perfil

metálico. São elementos com facilidade de execução, quando o lençol freático está

em proximidade com o solo. O dano ambiental observado na obra é de pequena

gravidade, pois ao final da cravação não ocorrem desperdícios de concreto e aço,

gerando uma obra organizada e limpa, sem resíduos de escavação (DANNEBROCK

et al, 2010).

Segundo Velloso e Lopes (2010) descrevem as características de

dimensionamento de ambas em:

Pré-moldadas de concreto: são desenvolvidas no canteiro de obras,

sendo sua maioria quadrada, desde 20 cm x 20 cm até 40 cm x 40 cm

com comprimentos de 4 a 8 m, ou em fábricas de pré-moldados, para

cargas e comprimentos maiores, onde podem ser designadas, quanto

ao seu método de confecção em: (a) concreto vibrado, (b) concreto

centrifugado, (c) extrusão e, quanto à sua armadura, em: (i) concreto

armado e (ii) concreto protendido.

Estacas de perfil metálico: são dimensionadas com o seu aço laminado

em forma de “H” ou “I” com tubos de chapas dobradas podendo ser

circulares ou quadrados, com dimensões de até 20 metros de

comprimento chegando a pesar 25 toneladas, onde esses dois valores

serão importantes na resistência a futuras corrosões.

Os perfis laminados fabricados no Brasil, citados na Figura 5, seguem as

especificações da norma ASTM A6/6M e são produzidos em aço ASTM A 572, grau

50, com tensão de escoamento de ƒ = 3.500,00 kg/cm² (38% maior em comparação

com o aço ASTM A 36) (TSUHA; 2009).

O emprego das estacas em perfil metálico como solução nas fundações

profundas é um método antigo de pouca complexidade em sua execução, havendo

dificuldades somente na obtenção de um material de qualidade, que seja adequado

a determinada situação, onde em alguns casos para suprir esta dificuldade eram

Page 18: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

12

utilizados trilhos vindos de obras de mudança das linhas férreas e tubulações

antigas encontradas em ferro-velho (MARTINS; RESENDE; 2014).

Figura 5 – Estacas de aço (seções transversais): (a) perfil de chapas

soldadas; (b) perfis I laminados, associados (duplo); (c) perfis tipo cantoneira, idem; (d) tubos; (e) trilhos associados (duplo); (f) idem (triplo).

Fonte: Velloso; Lopes (2010)

Recentemente, as estacas metálicas eram vistas apenas como soluções

alternativas para situações adversas, como exemplo: nos pilares de divisa, em

estruturas de contenções, para perfurar lentes de pedregulhos ou concreções ou

para reduzir as vibrações ocasionadas pela cravação de estacas de deslocamento

(CINTRA; AOKI; 2010)

Sob as observações de Resende e Martins (2014), o aspecto geotécnico pode

definir informações sobre a execução das estacas metálicas, sendo definidos como

principais:

a) Presença de solo residual através da alteração de rocha, onde a

profundidade das estacas não é constante, o que gera perdas por sobras e

quebras quando se utilizam estacas pré-moldadas;

b) Em solos sedimentares quando há necessidade de ultrapassar horizontes de

argila dura ou pedregulho;

Page 19: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

13

c) Em locais com camadas espessas de solos orgânicos moles e/ou areias

fofas onde é possível a diminuição da seção da estaca com a profundidade.

Seu desempenho está relacionado ao comportamento conhecido de seu

material, onde estas estruturas metálicas conseguem suportar bem as flexões e

atingir grandes capacidades de carga, mas necessitam de precauções relacionadas

com a sua proximidade ao nível do lençol freático, evitando o risco de corrosão. O

emprego das estacas metálicas é bastante comum nos reforços de fundações, onde

profundidades altas são atingidas com a cravação de trilhos simples ou compostas,

sendo emendados por solda (MARTINS; RESENDE; 2014).

Segundo Aoki e Cintra (2010) suas principais vantagens e desvantagens são:

Vantagens:

Devido ao seu peso e volume, possuem uma maior facilidade de

manuseio em seu armazenamento, quando comparadas as estacas

pré-moldadas de concreto.

Sua cravação pode ser feita em solos de difícil transposição, sem o

risco de levantar estacas próximas já cravadas, como ocorre em casos

de estacas Franki e pré-moldadas de concreto, não havendo prejuízos

de estacas quebradas.

Grande diversidade de bitolas no mercado, promovendo uma melhor

interação entre as cargas atuantes e resistentes.

Desvantagens:

Elevado custo quando comparada às estacas pré-moldadas, estacas

Franki e estacas Strauss;

Risco de ser danificada pela presença de água e solos corrosivos

(pântanos, pontos alcalinos, solos contaminados);

Para fabricação exige maquinário específico, a distância entre

fabricação e destino pode acarretar custos altos.

Page 20: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

14

As estacas que são moldadas a partir do concreto, possuem uma grande

variedade de formatos/modelos geométricos, que podem ser vistos na Figura 6,

sendo moldados com concreto protendido ou armado, centrifugado ou vibrado, afim

de possuir uma resistência equivalente com as especificações de projeto, onde sua

cravação é caracterizada pelas tensões de cravação serem inferiores à tensão

característica do concreto (CINTRA; AOKI; 2010).

Para evitar o esmagamento do topo da estaca, é recomendado o uso de

altura de queda abaixo de 1m, onde as tensões de compressão serão diretamente

proporcionais a altura que o martelo bate estaca irá cair, possibilitando o uso de

amortecedores em alguns casos como precaução (VELLOSO; LOPES; 2010).

Figura 6 – Estacas pré-moldadas de concreto: (a) a (d) seções transversais típicas;

(e) seção longitudinal com armadura típica; (f) estaca com furo central e anel de

emenda (apenas o concreto representado)

Fonte: Velloso; Lopes (2010)

Velloso e Lopes (2010) definem suas características relacionadas ao seu

modo de execução, onde podem ser moldadas dentro do canteiro de obra ou em

usina, se desenvolvendo pelos seguintes procedimentos adotados pelas

construtoras/empresas:

- Percussão: em algumas situações se torna inadequado, por seu ruído

sonoro elevado incomodar a região/vizinha. É bastante utilizado no país, onde

Page 21: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

15

o uso de pilões de queda livre é tão comum quanto o seu sistema

automatizado.

- Prensagem: é utilizado quando se precisa de um método que evite a

produção de vibrações e barulhos, com o uso de macacos hidráulicos que são

inseridos contra uma plataforma sofrendo esforço da sobrecarga ou sobre a

própria estrutura.

- Vibração: Pode propagar vibrações de alta intensidade dentro do perímetro

da obra, mas possui a vantagem de ser utilizada para cravar ou remover a

estaca do terreno. Seu mecanismo é caracterizado pelo uso de um martelo

possuindo garras, fazendo uso de rotações de alta frequência para o

firmamento da estaca.

Aoki e Cintra (2010) indicam suas vantagens e desvantagens em:

Vantagens:

Elevada qualidade dos elementos de fundação construídos;

Boa execução em solos moles e com lençol freático próximo ao nível

do solo;

Obra mais limpa e um canteiro mais organizado;

Redução de custo quando comparado a outros tipos de estaca;

Execução de baixa complexidade.

Desvantagens:

Produtividade baixa quando comparada a outros tipos de estacas;

Provoca vibração e ruídos conforme o tipo de equipamento utilizado para

cravação;

As estacas podem quebrar durante a cravação, quando encontram uma

camada de solo muito resistente, matacões ou rocha.

Page 22: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

16

2.4 Estacas moldadas “in situ”

2.4.1 Strauss

Esta estaca é caracterizada por ser moldada na obra, fazendo uso de um

equipamento chamado “bate estaca Straus”, presente na Figura 7, formado por um

guincho que possui um tripé, um pilão, sonda e tubos de revestimento que definirão

o diâmetro da estaca e uma ferramenta para escavação.

Sua execução é iniciada com a cravação de um furo no solo feito por um

soquete, onde serão inseridos tubos de aproximadamente 700kg, que possuem um

diâmetro menor que o tubo de revestimento. Após o furo, a primeira porção dos

tubos é aprofundada no solo com golpes de sonda de percussão e em seguida

rosqueia-se a próxima porção até chegar na profundidade obtida em projeto.

(FALCONI; SANTOS; CORREA; 2014).

Figura 7 – Execução da estaca Strauss Fonte: TEC GEO – Sondagens e Fundações

Quando se atinge a cota de assentamento do elemento de fundação, é feita a

limpeza do interior do tubo com água, onde a concretagem terá início com o

lançamento do concreto no tubo, sendo apiloado pelo soquete em cada camada

preenchida, ocorrendo de forma simultânea a retirada do tubo pelo guincho, onde

após o tempo de cura, estará formado o fuste da estaca (DANNEBROCK et al,

2010).

Page 23: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

17

As estacas Strauss podem ser desenvolvidas com a presença de ferragens

retas (longitudinais) vistos na Figura 8, juntamente com estribos que possam permitir

a descida do soquete no momento da compactação, assegurando um cobrimento

acima de 3 cm, e se não forem armadas, é necessário uma ligação com o bloco (de

coroamento) com o uso de ferragem cravada na fase de concretagem (MARTINS;

RESENDE; 2014).

Figura 8 – Execução da estaca Strauss Fonte: Revista PINI

Por seus equipamentos serem de baixa complexidade e simples manuseio, a

estaca Strauss garante alguns aspectos positivos como a possibilidade de

locomoção dentro de um local em construção, baixa vibração proporcionando uma

redução de impacto sobre construções vizinhas, custo/benefício relevante, além de

garantir a segurança da equipe técnica sem haver necessidade de descida pelo furo

(FALCONI; SANTOS; CORREA; 2014).

Entretanto, possuem algumas desvantagens em relação as demais, como a

incapacidade de executar seu processo de escavação em solos moles, pela

possibilidade de causar um dano a integridade do fuste; profundidade limitada se

houver a presença de lençol freático, e limitações no seu potencial, visto que uma

estaca Strauss pode obter a metade da capacidade de carga de uma fundação

profunda do tipo pré-moldada (NAKAMURA; 2013).

Page 24: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

18

2.4.2 Franki

As estacas tipo Franki, se diferenciam pelo seu grande porte, sendo moldadas

com concreto armado no terreno delimitado para o seu processo de cravação,

abrangendo a faixa de carga de 500 a 1700 kN. São recomendadas para tipos de

solo de alta resistência, tendo seu processo de execução caracterizado pelo uso de

areia e brita, combinação esta chamada de “bucha”, que impede o contato do solo e

da água no procedimento visto na Figura 9 (NAKAMURA; 2013).

Figura 9 – Etapas de desenvolvimento da estaca Franki Fonte: Revista PINI

Inseridas na parte inferior de um tubo metálico de revestimento, a bucha

recebe golpes em queda livre de um pilão, representado na Figura 9 onde seu peso

pode variar de 1t a 4,5t para promover sua cravação, tendo sua execução finalizada

com o lançamento do concreto, junto da introdução da armadura que além de

exercer sua função estrutural, irá prevenir a interrupção do fuste, no momento em

que o tubo de revestimento for retirado (VELLOSO; LOPES; 2010).

Page 25: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

19

Figura 10 – Execução da estaca Franki Fonte: GEOSERVICE GEOTECNIA E FUNDAÇÕES LTDA – MEKSOL

Sua capacidade de assegurar grandes cargas se justifica numa característica

diferente das outras estacas: o alargamento da sua base, no momento em que o

tubo é fixado por cabos, para que haja a expulsão da mistura de areia e brita, para

serem lançadas parcelas de concreto para a formação do fuste (FALCONI;

SANTOS; CORREA; 2014).

A execução desse tipo de estaca deve ocorrer de maneira distante em

relação a outros elementos de fundação, pois devido o deslocamento de solo na sua

implantação, tanto verticalmente quanto lateralmente, existe o risco de movimentar

estacas já implantadas, danificando sua capacidade de carga com o aparecimento

de fissuras no fuste ou pela perda da ligação entre a base da estaca com o solo.

(VELLOSO; LOPES; 2010).

Com base nesses fatores, as estacas Franki são recomendadas para obras

distantes, por causa do seu alto nível de vibração, somada ao longo tempo de

execução, pela grande dimensão de seus equipamentos, e necessitam de atenção

por parte da equipe técnica para o controle na concretagem do fuste (NAKAMURA;

2013).

Page 26: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

20

2.4.3 Raiz

São estacas escavadas com perfuratriz, executadas com equipamento de

rotação ou rotopercussão com circulação de água, lama bentonítica ou ar

comprimido. A execução desse tipo de estaca compreende a seguinte sequência:

perfuração auxiliada por circulação de água, instalação da armadura, preenchimento

do furo com argamassa, e remoção do revestimento e aplicação de golpes de ar

comprimido (NBR ABNT 6122).

A estaca-raiz foi desenvolvida na Itália, no final da década de 1950, tendo

como função básica o reforço de fundações. No entanto, os desenvolvimentos da

técnica executiva e dos conhecimentos da mecânica dos solos estão permitindo

aumentar, com segurança, a capacidade de carga e a produtividade desse tipo de

estaca (GIRIBOLA; 2015).

Sua execução, ilustrada na Figura 11, é caracterizada pela perfuração rotativa

(ou roto-percussiva), não havendo vibrações, através de seguimentos de tubos de

aço rosqueáveis, com 1m de comprimento, havendo circulação de água para os

resíduos de perfuração serem removidos, com o uso de bombas adaptadas para a

profundidade, diâmetro e resíduo a ser perfurado, podendo circular até 15.000 litros

de água em uma estaca, assegurando a estabilidade e limpeza do furo do furo.

(NAKAMURA; 2013).

Figura 11 – Execução da estaca Raiz

Fonte: Revista PINI.

Page 27: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

21

Podendo ser utilizada em diversos tipos de terrenos, a técnica de estaca raiz

é bastante aplicada em solos rochosos e em canteiros que apresentam limitações de

acesso a equipamentos de grande porte, como bate-estacas e perfuratrizes para

hélice contínua (GIRIBOLA; 2015).

O material escavado é eliminado continuamente por uma corrente fluida

(água, lama bentonítica ou ar) que, introduzida por meio dos equipamentos vistos na

Figura 12, reflui pelo espaço entre o tubo e o terreno. Na sequência, coloca-se a

armadura e concreta-se à medida que o tubo de perfuração é retirado (VELLOSO;

LOPES; 2010).

Figura 12 – Perfuração do solo pelo equipamento da estaca raiz.

Fonte: Contral Fundações

Por conta da ausência de vibrações e de descompressão do terreno

propiciadas pelo processo de perfuração, a estaca-raiz é indicada em casos como

reforço de fundações, fundações de obras com vizinhanças sensíveis a vibrações ou

poluição sonora, ou em terrenos com presença de matacões, rocha ou até mesmo

concreto (NAKAMURA; 2013).

Page 28: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

22

2.4.4 Hélice Contínua Monitorada

Segundo a ABNT NBR 6122(2010), a estaca hélice contínua é caracterizada

por ser uma estaca moldada “in situ”, onde sua execução é feita a partir da

introdução de um trado helicoidal contínuo, com a introdução do concreto no furo

pela haste central do trado, ao mesmo tempo em que ocorre a sua retirada do

terreno, para finalizar o processo com a colocação da armadura.

Devido ao seu crescente uso no mercado da construção civil, 60% das obras

prediais são feitas utilizando a estaca hélice-contínua monitorada. Seu método

evoluiu de tal modo, que atualmente sua execução possibilita elementos com

diâmetros de até 1,20 m, visto na Tabela 1, com profundidades medidas entre 30 e

32 m. Sua perfuração é obtida a partir de novos equipamentos que possuem torques

de até 35 tf x m, podendo obter avanços de 3 a 5 m em terrenos resistentes de NSPT

superior a 50 golpes (FALCONI; SANTOS; CORREA; 2014).

Tabela 1 – Equipamentos para execução de estacas hélice-contínua disponíveis no mercado

Fonte: Fundações de concreto: avanços tecnológicos na execução de fundações e contenções (2014)

Page 29: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

23

Dentro de suas características, possui um sistema de monitoração para o

registro de dados obtidos durante a sua perfuração ilustrada na Figura 13, como:

profundidade de penetração, velocidade de rotação, velocidade de avanço e pressão

na bomba de injeção que possibilita o torque (NAKAMURA; 2013).

Figura 13 – Execução da estaca hélice contínua monitorada: 1) Equipamento,

2) Perfuração, 3) Injeção de concreto, 4) Colocação de armadura, 5) Controle e

monitoramento.

Fonte: Interestruturas – Tecnologia, Consultoria & Projetos de estruturas.

O desempenho dessas estacas segundo FALCONI et al (2014), necessita de

uma sondagem prévia, e um projeto apropriado para aquele terreno, onde a equipe

responsável pela execução do projeto em obra deve se atentar ao controle e

verificação desses fatores, visto que alguns problemas podem surgir, como:

Desconfinamento lateral do furo: ocasionado pela baixa velocidade de avanço do

trado, onde o mesmo adquire a função de transportar verticalmente o solo.

Equipamento danificado: uma velocidade de avanço elevada pode gerar danos de

pressão de torque no funcionamento do instrumento.

Page 30: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

24

2.4.5 Estaca hélice de deslocamento

As estacas Hélice de deslocamento, vistas na Figura 14, perfuram o solo

transferindo pouco ou quase nenhum material escavado à superfície, se

diferenciando da hélice-contínua que atua como um parafuso carregador de solo

(NAKAMURA; 2013).

Figura 14 – Sequência executiva de estacas hélice de deslocamento. Fonte: Fundações de concreto: avanços tecnológicos na execução de fundações e contenções (2014)

Existem diversos tipo de trados capazes de efetivar as estacas, como o

Berkel, o Ômega, o Atlas e o Fundex. No Brasil, as estacas de deslocamento mais

aplicadas têm o trado de forma cônica, com o diâmetro do núcleo e do trado

aumentando gradativamente, de modo a minimizar a energia integrante para

transportar e compactar lateralmente o terreno. (FALCONI; SANTOS; CORREA; 2014).

Page 31: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

25

Figura 15 – Trado Cônico de hélice de deslocamento Fonte: Fundações de concreto: avanços tecnológicos na execução de fundações e contenções (2014)

Os equipamentos utilizados para a perfuração das estacas hélice de

deslocamento, vistos na Figura 15, são idênticos aos já mencionados na execução

da hélice-contínua, porém se restringe àquelas que têm maior potência em mover

lateralmente o solo. A execução limpa é uma das características diferenciais deste

tipo de estaca, onde dispensa o uso de escavadeiras e caminhões basculantes,

contribuindo para a organização gerencial e ao mesmo tempo um elemento redutor

do impacto ambiental (NAKAMURA; 2013).

Sendo necessário alcançar uma profundidade maior, o dispositivo da estaca

hélice de deslocamento deve ser mais potente, quando comparado ao da hélice-

contínua, pois apresenta maior resistência na penetração do solo, porém em um

determinado terreno, onde a profundidade a ser alcançada seja a mesma, a estaca

hélice de deslocamento manifesta maior desempenho (FALCONI; SANTOS;

CORREA; 2014).

Page 32: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

26

2.4.6 Estacas-barrete

Com seção retangular, as estacas-barrete são escavadas com a utilização de

lama bentonítica, executadas com máquinas de grande porte, como o clam-shell e

hidrofresas, visto na Figura 16, respectivamente. A técnica, de rápida execução,

permite atingir profundidades de até 70 m, bem como executar a estaca em

praticamente todos os tipos de terreno, com nível de água ou não, e atravessar

matacões. As estacas-barrete são indicadas quando é necessário atravessar

camadas de grande resistência (RESENDE; MARTINS; 2014).

Figura 16 - Caçamba Clamshell (esquerda) e Hidrofresa (direita) Fonte: Revista PINI

A sequência executiva das estacas-barrete, vista na Figura 17, pode ser

dividida em algumas etapas; Primeiro, coloca-se a guia (que tem o papel de guiar a

ferramenta de escavação), completando com lama o volume escavado. Uma vez

atingida a profundidade prevista, coloca-se a armadura e a bomba de submersão

para a troca de lama usada por nova. Em seguida, é realizada a concretagem

submersa com concreto plástico. Finalizada a concretagem, procede-se ao aterro da

parte superior e ao arrancamento da guia (FALCONI; SANTOS; CORREA; 2014).

Page 33: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

27

Figura 17 – Execução da Estaca Barrete Fonte: Revista PINI

A produtividade do sistema implantado pode variar em função do tipo de solo e

condições do terreno, mas como dado inicial, é possível executar 50 m de estacas-

barrete por dia com uma espessura de 40 cm (NAKAMURA; 2013).

Na escavação de uma estaca barrete, visto na Figura 18, a lama bentonítica

utilizada no processo é um fluido resultado da mistura de água e bentonita que

cumpre o papel de estabilização. A bentonita é uma argila que, em presença de

água, forma uma película impermeável (cake) sobre uma superfície porosa, como é

o caso do solo, sem se misturar ao concreto (FALCONI; SANTOS; CORREA; 2014).

Figura 18 - Escavação de uma estaca barrete com uso de lama bentonítica Fonte: COSTA FORTUNA – Engenharia de Fundações

Page 34: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

28

2.5 Métodos da estimativa de capacidade de carga

A seguir serão apresentadas duas das formas mais usuais de cálculo de

capacidade de carga no desenvolvimento de projetos de fundações, desenvolvidas

por Aoki & Velloso e Decourt Quaresma.

2.5.1 Método de Aoki Velloso (1975)

Este método para o cálculo da capacidade de cargas de estacas isoladas foi

apresentado para a comunidade acadêmica e científica em 1975, no 5º Congresso

Panamericano de Mecânica dos solos e Engenharia de Fundações. Possui origem

no ensaio de penetração estática, mas por meio da utilização de um coeficiente K

ligado ao tipo de solo, é possível calcular a capacidade de carga, através dos

resultados correlatos de ensaios de penetração estática (cone, CPT) e dinâmica

(amostrador, SPT).

A partir do ensaio CPT, o fuste da estaca ultrapassa diferentes tipos de

camadas de solo, onde a capacidade de carga da estrutura (3) será medida pela

soma de duas parcelas: resistência de ponta (1) e resistência lateral (2), presentes

nas expressões:

Onde:

QU – Carga de ruptura da estaca.

QP –. Parcela da carga de ruptura resultante da ponta da estaca.

QL – Parcela da carga de ruptura resultante do atrito ao longo do fuste.

U – Perímetro da estaca.

(1)

(2)

(3)

Page 35: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

29

∆L – Espessura da camada

qL – Tensão média de atrito lateral na ruptura na camada de espessura ∆L.

Ap – Área da ponta da estaca

qP – Resistência de ponta da estaca.

Figura 19 – Distribuição de resistência ao longo da escada. Fonte: Velloso (2010)

Nas equações (4) e (5) abaixo estão presentes as correlações entre

resistência de ponta e o atrito lateral de ensaio de cone

qc – Resistência de ponta do ensaio de Cone (CPT)

fc – Atrito lateral unitário do ensaio de Cone (CPT)

(4)

(5)

Page 36: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

30

F1 e F2 – Fatores de transformação (escala e tipo de estaca), de acordo com a

tabela 2.

Tabela 2 – Fatores de Transformação.

Fonte: Velloso (2010)

Em 1985, Aoki propôs uma modificação para estacas pré-moldadas de

pequenos diâmetros, onde uma nova proposição foi desenvolvida para o valor F1 de

1,75, utilizado para estacas pré-moldadas (ou pré fabricadas) de concreto, conforme

ilustrada abaixo na equação (6) (VELLOSO; LOPES; 2010).

Sendo:

D – Valor em metros do diâmetro do fuste da estaca.

No momento em que o ensaio CPT não esteja disponível para o uso, os

cálculos para medição da capacidade de carga podem ser feitos a partir de dados

como o número de golpes (N) durante a sondagem e um coeficiente (K) indicados na

Tabela 3 (por Aoki – Velloso, 1975) em relação ao tipo de solo analisado, obtidos no

ensaio SPT, conforme as Equações (7), (8) e (9) (VELLOSO; LOPES; 2010).

(6)

Page 37: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

31

Onde:

Np – NSPT na cota da ponta da estaca

NL - NSPT médio na camada de espessura ∆L.

Tabela 3 – Coeficientes K e α (Aoki – Velloso, 1975)

Fonte: Velloso (2010)

(7)

(8)

(9)

Page 38: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

32

Ao final destas correlações de fórmulas, a capacidade de carga na equação

(10) junto com seu valor de carga admissível por estaca na equação (11), podem ser

demonstradas como:

2.5.2 Método de Decourt Quaresma (1978)

De acordo com as análises feitas por VELLOSO e LOPES (2010), Decourt e

Quaresma apresentam um método de cálculo relacionado unicamente com os

resultados das sondagens à percussão SPT. O processo de desenvolvimento é

justificado pelos autores para se obter um método que o foco principal não fosse a

precisão de valores, mas sim a realização de aproximações, de maneira segura, e

que fossem de fácil determinação.

Inicialmente, para a determinação da resistência lateral, Decourt e Quaresma

consideram alguns valores médios de SPT ao longo do fuste vistos na Tabela 4,

desconsiderando os valores encontrados para a resistência de ponta, sem haver

diferenciação quanto ao tipo de solo:

Tabela 4 – Valores de resistência lateral sugeridos por Decourt e Quaresma(1978).

Fonte: Velloso (2010)

(10)

(11) (Carga Admissível)

Page 39: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

33

Em seguida, para a estimativa da resistência de ponta em (kPa), os autores

utilizam um coeficiente (C) que se relaciona com os tipos de solo, junto com os valor

de NSPT, medidos na profundidade anterior à ponta, posterior e onde ela está

assente, fazendo parte da equação da capacidade de carga(Eq. 12):

Onde:

QU – Carga de ruptura da estaca

QL – Parcela da carga resultante do atrito ao longo do fuste

QP – Parcela da carga de ruptura resultante da ponta da estaca

U – Perímetro da estaca

L – Comprimento da estaca

qL – Adesão ao longo do fuste

AP – Área da ponta da estaca

qP – resistência de ponta da estaca.

(12)

(13)

(14)

(15)

Page 40: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

34

3 METODOLOGIA

No método de pesquisa adotado neste trabalho, procurou-se realizar uma

revisão bibliográfica para a seleção de literaturas relevantes e atuais sobre

fundações profundas e suas características executivas, para promover um

comparativo entre os métodos antigos e as inovações, seguindo uma sequência

metodológica de ações ilustradas na Figura 20.

Figura 20 – Fluxograma da metodologia adotada Fonte: Autor

O estudo pôde ser dividido em etapas desde a busca por materiais

acadêmicos até a discussão de resultados e conclusões sobre as comparações

feitas entre as técnicas utilizadas.

Etapa 1: Inicialmente serão escolhidas as literaturas relevantes para a

realização do estudo sobre os principais aspectos/tipos relacionados aos

conceitos de fundações, sendo o grupo das Fundações Profundas o escolhido

para este trabalho acadêmico.

Etapa 2: Informações sobre os avanços na capacidade de carga e nos

processos de execução serão o foco desta etapa, destinada a identificar estes

Page 41: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

35

parâmetros em estacas de grande utilização no mercado como estaca hélice

contínua monitorada, Franki, estacas ômega (de deslocamento), Strauss e

estacas escavadas de grande diâmetro com fluido estabilizante.

Etapa 3: Para a elaboração dos avanços nos tipos de fundações estudadas,

esta etapa se dará pela busca científica de benefícios e limitações que

existem nessas novas técnicas, utilizando critérios de escolha como: recalque

do solo, capacidade de carga da estrutura e o tipo de inovação tecnológica

existente.

Etapa 4: Para esta etapa será feita uma demonstração envolvendo os

métodos de previsão de capacidade de carga para as estacas hélice contínua

e ômega, que são frequentemente escolhidas para integrar um projeto de

fundações.

Etapa 5: Interpretação e conclusões sobre os resultados obtidos através do

estudo comparativo entre os diferentes tipos de fundações profundas e suas

respectivas metodologias de execução.

4 AVANÇOS NA PRÁTICA DE FUNDAÇÕES EM MACEIÓ

Em Maceió, a evolução da prática de fundações se deu por elaborar uma nova

metodologia construtiva, com o propósito de superar as dificuldades locais devido as

características de seu solo. Localizados na parte alta da cidade, encontram-se os

tabuleiros presentes numa altitude média de 40m, formados por sedimentos dos

períodos do Piloceno e do Pleistoceno (Formação Barreiras). Já na parte baixa de

Maceió, são encontradas camadas de sedimentos do Holoceno, com espessura

média de 25m e formados por areias, siltes e calcário arenítico (MARQUES; 2005).

Segundo MARQUES (2005), este fato impossibilitava a execução de práticas

de fundações já conhecidas como:

Estacas pré-moldadas: apresentavam danos ao longo de seu fuste ao

penetrar em camadas de areia compacta.

Page 42: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

36

Estacas metálicas: Para alcançar a capacidade de carga admissível,

necessitavam de grandes profundidades, se tornando economicamente

inviável.

Franki: atravessava a camada de areia compacta com dificuldades, mas

devido a sua execução gerar elevados índices de vibrações,

construções próximas ao local apresentavam rachaduras.

As estacas raiz eram uma possibilidade na época para as fundações

profundas, porém esse tipo de estaca trazia também um elevado custo de produção

para o mercado da região. Mas a partir de 1985 essa limitação construtiva foi

vencida com o desenvolvimento de novas soluções como as estacas rotativas

injetadas com bulbos, pela empresa AGM Geotécnica LTDA, que até os dias atuais

é uma solução de fundação profunda bastante utilizada na cidade de Maceió

(MARQUES; 2005).

Figura 21 – Execução da estaca rotativa com bulbos

Fonte: Marques (2005)

Inicialmente, possuíam diâmetro máximo de 300mm e sua média de carga de

trabalho era de aproximadamente 35tf. Com o progresso do procedimento executivo,

Page 43: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

37

as estacas apresentaram diâmetros maiores, chegando a 450mm e contendo bulbos

na extensão do fuste, vistos na Figura 21. A partir disto, obteve-se ganho na

capacidade de carga das estacas e na época atual são projetadas estacas com

vários bulbos e com até 100tf de carga de trabalho (MARQUES; 2005).

A AGM Geotécnica, empresa responsável por realizar sondagens geotécnicas,

projetos de fundações, provas de cargas e consultorias em diversos estados do

Brasil, segue investindo no aprimoramento de suas técnicas. Em 2013 adquiriu uma

perfuratriz MC150, equipamento que foi desenvolvido para as estacas rotativas-

injetadas com a possibilidade de fazer estacas escavadas com diâmetro a partir de

300mm junto à divisa, vista na Figura 22. (AGM Geotécniaca Ltda. Em:

<http://www.agmgeotecnica.com.br/noticia.php?id=11>. Acesso em 05 maio 2017).

Figura 22 - Perfuratriz MC150

Fonte: AGM Geotécnica Ltda.

Page 44: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

38

5 INOVAÇÕES EM FUNDAÇÕES PROFUNDAS

O que define o sistema mais adequado não é o porte da obra, mas o tipo de

estrutura e as características do solo. Atualmente o mercado possui uma grande

variedade de tecnologias para a execução das fundações profundas moldadas “ in

loco”. Essas técnicas são regularmente associadas a estruturas que possuam

grandes capacidades de carga, em que determinados tipos de solos necessitam de

uma solução para garantir a estabilidade da estrutura a ser construída (RESENDE;

MARTINS; 2014).

A partir de artigos e periódicos relacionados a este tema, foram encontradas

informações relevantes sobre os avanços das soluções em fundações profundas.

Inovações nas máquinas e equipamentos que possibilitam uma execução mais

segura e com menos vibrações sentidas, serão abordadas neste capítulo, junto de

novas hipóteses de previsão da capacidade de carga, apresentando suas limitações

e benefícios que existem em relação a métodos já utilizados na engenharia de

fundações.

5.1 Atualização da ABNT NBR 6122 – Projeto e Execução de Fundações

Um dos fatos que motivou a atualização da norma ABNT NBR 6122 (1996)

feita em 2010, foi o surgimento de novas tecnologias construtivas relacionadas aos

seus novos conceitos sobre projeto e segurança das fundações profundas.

Sua primeira modificação diz respeito à sua estrutura. Existe uma delimitação

entre a parte de projeto e a parte de execução das fundações, onde as

particularidades de cada tipo de estaca são conceituadas de maneira clara.

A norma revisada apresenta o conceito de região representativa do terreno, o

qual permite uma otimização dos elementos de fundação, possibilitando inclusive

tensões de trabalho maiores em alguns tipos de estacas. Porém, é exigido um

controle maior de qualidade sendo obrigatória a execução de provas de carga em

todas as obras com mais de 100 estacas e monitoramento do índice de recalques.

Page 45: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

39

5.1.1 Prova de carga estática

A prova de carga estática é uma das técnicas mais utilizadas de ensaio para

determinar a capacidade de carga de estacas, sendo sua metodologia caracterizada

pela aplicação progressiva de esforços estáticos sobre a estaca, sendo medidos os

deslocamentos e os valores de cargas suportadas. É uma prática que agrega mais

segurança e confiabilidade na execução dos dados exigidos pelo projeto de

fundações, evitando riscos e prejuízos a obra (CINTRA; AOKI; 2010).

Para o carregamento da estaca, é necessária a utilização de macacos

hidráulicos associados à vigas metálicas e ancoragens embutidas no terreno,

caracterizando um sistema de reação estável, visualizados na Figura 23, onde a

direção e o sentido da aplicação das cargas devem ser observados para evitar erros

na execução do ensaio. Recomenda-se que não haja qualquer trepidação no local,

como por exemplo; movimentação de equipamentos, vibração de concreto e ruídos

(VELLOSO; LOPES; 2010).

Figura 23 – Croqui executivo da prova de carga

Fonte: Geofix Fundações

Page 46: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

40

Segundo a ABNT-NBR 6122 (2010), atualmente para este monitoramento de

provas de carga são utilizados dois tipos de sensores:

Células de carga ou sensores de força: são instalados na superfície de

contato entre o macaco hidráulico e a estaca, havendo necessidade da

utilização de mais de um sensor para o carregamento máximo requisitado.

Sensores de deslocamento: Responsáveis por medir o deslocamento da

estaca durante a aplicação da carga. São instalados simetricamente em

quatro pontos do bloco no topo da estaca, sendo fixados por vigas de

referência, na Figura 24.

Figura 24 – Realização da prova de carga Fonte: AGM Geotécnica Ltda.

Segundo a ABNT-NBR 6122 (2010), este ensaio permite a verificação do

comportamento da estaca em campo, proporcionando medidas preventivas como

reduzir o número de estacas ou especificar medidas de comprimento e seções

menores.

Page 47: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

41

A partir da medição destes sensores, o ensaio de Prova de carga estática obtém

os seguintes dados de campo:

Capacidade de carga da estaca;

Curva carga versus deslocamento;

Resistência de ponta e atrito lateral;

Recalque referente à carga de trabalho;

Coeficiente de segurança do estaqueamento.

5.2 Estaca Ômega

Segundo Nakamura (2013), a estaca Ômega é similar a hélice continua em

algumas etapas da sua execução, conforme pode ser observado na Figura 25, como

concretagem e colocação da armadura para finalizar o processo. Uma das

justificativas da escolha de seu método é a falta de espaço no canteiro de obras

para armazenamento de terra escavada. É caracterizada por permitir o

deslocamento lateral do terreno compactado sem o transporte de solo até a

superfície, aumentando o atrito lateral do solo. No mercado são encontrados os

diâmetros disponíveis da estaca iniciando com 270 mm, e posteriormente de 320

mm a 620 mm.

Figura 25 – Perfuração do terreno e concretagem da estaca Ômega Fonte: GEOFUND – Fundações Especiais

Page 48: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

42

O diferencial que existe entre os dois tipos de estacas está no formato das

hastes responsáveis pela perfuração, observadas na Figura 26. Na hélice contínua,

a rotação das hastes permite o deslocamento do solo até a superfície do terreno,

enquanto que nas estacas Ômega, este volume de solo é transportado até certo

nível da haste para ser compactado contra a parede do furo, aumentando o atrito

lateral do furo (RESENDE; MARTINS; 2014).

Figura 26 – Perfuração da Hélice Contínua com transporte vertical de solo

(esquerda) e perfuração da estaca Ômega com deslocamento lateral do solo (direita) Fonte: Fundações de concreto: avanços tecnológicos na execução de fundações e contenções (2014)

De acordo com os estudos de Martins e Resende (2014) o custo dos dois

métodos é semelhante. Em uma análise global, a fundação feita com a estaca

Ômega consegue poupar gastos em relação a hélice contínua, mesmo com

dificuldades de manutenção ocasionadas pela falta de peças disponíveis no

mercado. Além de ser mais curta em pelo menos 2 metros, à estaca Ômega garante

a redução do consumo do concreto em 10%, em consequência da compactação

feita no solo no momento da perfuração devido ao seu trado cônico visto na Figura

27.

Page 49: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

43

Figura 27 – Trado Cônico da estaca Ômega. Fonte: Fundações de concreto: avanços tecnológicos na execução de fundações e contenções (2014)

Tendo conhecimento de suas particularidades técnicas, NETO (2002) delimita as vantagens e desvantagens da estaca ômega na Tabela 5:

Page 50: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

44

Tabela 5 – Vantagens e desvantagens da estaca ômega

VANTAGENS DESVANTAGENS

Elevada produtividade;

Dificuldade na instalação de armaduras

mais profundas, quando são instaladas

após a concretagem;

Não causam vibrações e ruídos

durante a execução;

Necessita de máquinas com elevado

torque, dificultando ou impedindo sua

execução em solos resistentes e para

grandes diâmetros;

Execução monitorada

eletronicamente;

Sua qualidade na execução está sujeita

à sensibilidade e experiência do

operador da perfuratriz de execução da

ômega;

Não causam danos em fundações

vizinhas, já que não causam grandes

descompressões no terreno

Dificuldade de controle da qualidade do

concreto como em todas as estacas

moldadas in loco e de obtenção de um

concreto de boa qualidade;

Não produzem material de descarte,

sendo assim, não necessita da

presença de máquinas, para a

retirada de terra;

Dependência de fornecimento de

concreto da concreteira, o que muitas

vezes pode levar a uma interrupção da

concretagem por atraso no

fornecimento, ou o fornecimento de

concreto de má qualidade;

Arrasar o concreto na cota prevista de

projeto, e não na cota de terreno,

como para a hélice contínua;

Concreto injetado sob pressão

garante uma melhor aderência no

contato estaca-solo.

Fonte: NETO (2002)

Page 51: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

45

5.3 Estaca Raiz (Martelo DTH)

Segundo GIRIBOLA (2015) com a modernização dos equipamentos de

execução, é possível dimensionar estacas com capacidade de carga à compressão

de até 200 tf, dependendo do diâmetro final delas. Indicado na Figura 28, esse tipo

de equipamento pode ser executado na vertical ou em posição inclinada, a depender

do equipamento utilizado, as estacas podem ser executadas em ângulos diferentes

da vertical (0° a 90°) e permite alcançar profundidades de até 60 m.

Figura 28 – Execução da estaca Raiz com ângulo diferente da vertical Fonte: Revista PINI

Na presença de material de alta resistência, onde o avanço da estaca pode

ser prejudicado por uma massa de rocha (matacão), é utilizada a rotação do tubo

associada a um novo equipamento na execução das estacas raiz, chamado de

martelo de fundo – DTH (“Down The Role”) visto na Figura 29, contendo ferramentas

de caráter desagregador (bits) localizados em sua extremidade inferior, trabalhando

por ar comprimido (FALCONI; SANTOS; CORREA; 2014).

Page 52: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

46

Figura 29 – Martelo DTH (Bits na parte inferior) Fonte: DRILLMINE

O Martelo DTH leva em consideração alguns fatores como diâmetro do furo,

profundidade da perfuração, profundidade da porção de rocha, tipo de rocha e

alguns aspectos estruturais como plano de inclinação da estrutura, vazios e

ocorrência de fraturas. O avanço do DHT no trecho com presença de rochas é

alcançado graças ao impacto da energia produzida nas porções de solo rochoso,

que serão reduzidas a detritos (GIRIBOLA; 2015).

A Figura 30 indica a metodologia executiva chamada de telescopagem,

justificada pelo aparecimento de matacões no solo, o diâmetro da estaca é reduzido,

pois as dimensões dos martelos são inferiores aos diâmetros da tubulação de

revestimento. Esta limitação é temporária, visto que no mercado já existem

pesquisas sobre o desempenho de novos modelos de martelos como o Centrex e

Symetrix que são encaixados diretamente no tubo de revestimento, sem a

necessidade de reduzir o seu diâmetro (FALCONI; SANTOS; CORREA; 2014).

Page 53: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

47

Figura 30 – Detalhe da armação da estaca-raiz

Fonte: Fundações de concreto: avanços tecnológicos na execução de fundações e contenções (2014)

Segundo as observações feitas por Giribola (2015) e Falconi et al. (2014),

vistas na Tabela 6, a estaca raiz, sendo elemento de fundação moldado “in loco”

com elevada tensão em seu fuste, possui atributos e peculiaridades de forma

compensatória. Por exemplo, o seu custo elevado (consumo de cimento e ferragens)

pode ser justificado por benefícios como ausência de vibrações, perfurações em

rocha e a possibilidade de reforço de outras fundações.

Tabela 6 – Vantagens e desvantagens da estaca raiz.

VANTAGENS DESVANTAGENS

Não provoca ruídos e vibrações; Custo elevado;

Podem atingir grandes profundidades; Alto consumo de cimento;

Reforço de fundações; Alto consumo de ferragens;

Pode ser executada tanto em solo

quando em rocha; Obra alagada;

Possibilidade de execução em áreas de

espaço limitado

Desperdício de água (até 15.000 L de

água em uma estaca).

Utiliza-se no reforço de fundações.

Fonte: GIRIBOLA (2015) e FALCONI et al (2014)

Page 54: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

48

5.4 Estacas escavadas de grande diâmetro com fluido estabilizante

Para a sustentação das paredes do furo, no momento da cravação é utilizado

um fluido estabilizante, atualmente lama bentonítica e/ou polimérica, sendo um

material tixotrópico onde seu estado físico tende a se alterar de acordo com o nível

de agitação de suas moléculas, possuindo um comportamento fluido quando

agitada, mas capaz de formar um gel anti-infiltrante quando em repouso (FALCONI;

SANTOS; CORREA; 2014).

Em seus estudos, Nakamura (2013) ressalta que a utilização dos polímeros

em substituição à bentonita está intimamente associada ao fato de o polímero ser

um produto biodegradável, o que facilita a disposição dos materiais provenientes das

perfurações. Através da Tabela 7, o autor destaca as principais vantagens e

limitações entre os dois fluidos.

Sua escavação, ilustrada na Figura 31 é feita de maneira contínua e

simultânea ao lançamento do fluido, tendo cuidado para que esteja no mínimo a 1,5

m acima do lençol freático, sendo inserida inicialmente uma camisa metálica de 0,50

m de profundidade, havendo necessidade da desarenação do furo (remoção de

detritos sólidos), finalizando com a colocação e centralização da armadura

(RESENDE; MARTINS; 2014).

Page 55: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

49

Tabela 7 – Vantagens e desvantagens na escolha do fluido estabilizante

VANTAGENS DO USO DO

POLÍMERO EM RELAÇÃO À

BENTONITA

DESVANTAGENS EM RELAÇÃO À

BENTONITA, PODEMOS DESTACAR:

Aceitável biodegradabilidade,

viabilizando obras;

Custo unitário do fluido polimérico superior

Descarte barato, podendo ser

realizado em qualquer tipo de bota-

fora;

Necessidade de monitoramento contínuo

de suas propriedades já que a

contaminação por cloretos ou matéria

orgânica pode ser desastrosa.

Necessidade de pequena área para

estoque e frete mais barato;

Fácil preparo e dispersão em água;

Aplicação imediata após

aproximadamente 15 min de mistura;

Alto índice de reaproveitamento da

mistura (3,5 a 5 vezes);

Minimiza ou elimina a necessidade

de desarenação antes da

concretagem;

Obra mais limpa sendo possível

visualizar com boa definição as

características do material escavado;

Menor desgaste dos equipamentos e

ferramentas, ocasionando menor

número e tempo de paralisações por

quebra de equipamentos;

Menor formação de borra de

concretagem na cabeça da estaca,

ocasionando em média menores

quebras para arrasamento.

Fonte: Nakamura (2013)

Page 56: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

50

Como limitações, esse tipo de fundação requer um amplo canteiro de obras

para equipamentos e tanques de armazenamento de lama e depósito de solo

escavado. O nível do lençol freático muito alto ou lençol com artesianismo podem

dificultar a execução, principalmente quando em camadas de areias finas e fofas

(NAKAMURA; 2013).

Pelas observações feitas por FALCONI et al (2014), este tipo de estaca se

caracteriza pelo suporte de grandes quantidades de cargas, aplicadas em solos com

condições variáveis, atingindo profundidades de 90 m, apresentando condições de

segurança graças a variedade de seus equipamentos, com diâmetro de até 300 cm

e profundidades de 90 m descritos na Tabela 8.

Tabela 8 – Exemplos de equipamentos de escavação para estacas de grande diâmetro.

Fonte: Fundações de concreto: avanços tecnológicos na execução de fundações e contenções (2014)

Page 57: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

51

A introdução de equipamentos compactos e mais potentes como o “Casagrande

B125” visto na Figura 32, permitiu ampliar o campo de aplicação desse tipo de

estaca em substituição a outros tipos de fundações antigas como estacas cravadas

pré-moldadas, metálicas e tubulões pneumáticos (FALCONI; SANTOS; CORREA;

2014).

Figura 32 – Equipamento Casagrande B125

Fonte: Mascus

5.5 Método de LOBO (2005) para cálculo de capacidade de carga

O SPT (Standart Penetration Test), visto na Figura 33, é o ensaio mais

utilizado no Brasil pela sua simplicidade de execução, baixo custo e devido à sua

facilidade de aplicação para a estimativa da capacidade de carga a partir do NSPT

(resistência do solo é obtida pelo número de golpes necessários para cravar um

amostrador padrão) (CINTRA; AOKI; 2010).

Page 58: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

52

Figura 33 – Execução do ensaio SPT

Fonte: WC SONDAGENS

No entanto, apesar da normatização do mesmo (ABNT NBR 6484:2001),

desde 1948, com a publicação do livro de Terzaghi e Peck: “Soil mechanics in

Engineering Practice”, sobre o início da utilização do ensaio SPT, constata-se a falta

de uniformidade dos seus resultados. Esta falta de uniformidade se deve a grande

variedade de equipamentos e métodos adotados na sua execução, os quais afetam

a energia de sua cravação (VELLOSO; LOPES; 2010).

Os métodos de Aoki & Velloso (1975) e Decourt & Quaresma (1978) que são

comumente utilizados no dimensionamento de fundações profundas, tomam como

base o NSPT para estimativa da capacidade de carga de fundações profundas, onde

a eficiência dos mesmos está condicionada a energia de cravação do amostrador

aplicada no ensaio SPT.

Logo, surge a necessidade da utilização de métodos de dimensionamento

que corrijam a influência da energia de cravação na estimativa da capacidade de

carga de fundações profundas, para maior segurança e controle dos resultados.

Na linha de correção da energia de cravação tem-se o método de Lobo

(2005). O método proposto consiste em utilizar a força dinâmica (Fd) para estimar a

capacidade de carga, relacionando os mecanismos de mobilização da resistência do

amostrador, com os mecanismos da estaca. A Tabela 9 apresenta os coeficientes α

e β propostos por Lobo (2005).

Page 59: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

53

Tabela 9 - Coeficientes α e β em função do tipo de estaca

Fonte: Lobo (2005)

Lobo (2005) define a força dinâmica de penetração do amostrador pela

equação 16, para ser inserida no cálculo da capacidade de carga (Eq. 17) onde:

Sendo suas variáveis definidas por:

n1 = eficiência do golpe; Mm = massa do martelo

n2 = eficiência das hastes; Mh = massa da haste

n3 = eficiência do sistema; g = aceleração da gravidade.

De maneira semelhante a cravação de uma estaca, a cravação do

amostrador no solo mobiliza duas parcelas de resistência: o atrito lateral ao longo

das faces internas e externas e as forças normais a ponta. Deste modo, a

capacidade de carga total é definida pela Equação 17:

α = coeficiente de correção da resistência lateral;

a1 = área lateral total do amostrador (área lateral externa + interna);

β = coeficiente de correção da resistência de ponta;

∆L = espessura de cada camada de solo considerado;

U = perímetro da estaca;

Ap = área da ponta da estaca;

ap = área da ponta do amostrador SPT.

(16)

(17)

Page 60: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

54

Pagnussati e Santos (2011) realizaram um estudo de caso onde foram

utilizados os métodos Aoki & Velloso (1975), Decourt & Quaresma (1978 e 1991) e

Lobo (2005) para a estimativa da capacidade de carga total das estacas pré-

moldadas de concreto, e raiz com as características de diâmetro de 30 cm e

comprimento de 22,00 m, implantadas no perfil estratigráfico da Figura 34.

Figura 34 - Perfil estratigráfico estimado de cálculo.

Fonte: Pagnussati e Santos (2011)

A análise dos dados da Tabela 10 demonstra que no presente caso o método

mais conservador é o de Aoki & Velloso (1975), e que o mais dispersante foi o

método de Decourt & Quaresma (1991)

Page 61: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

55

Fato que pode ser confirmado pela diferença percentual entre eles obtida

para capacidade de carga, que foi de 34,65%. Já os métodos de Aoki & Velloso

(1975) e Decourt & Quaresma (1978) apresentaram capacidade de carga total muito

próximas.

Tabela 10 - Valores da capacidade de carga total da estaca pré-moldada de

concreto

Fonte: Pagnussati; Santos (2011)

Estas diferenças podem ser melhor observadas pelo gráfico da Figura 35, que

apresenta a capacidade de carga total da estaca pré-moldada de concreto ao longo

da profundidade obtida para cada método. O referido gráfico também apresenta a

capacidade de carga total média ao longo da profundidade, obtida a partir dos

valores alcançados pelos métodos em questão.

Page 62: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

56

Figura 35 - Gráfico da capacidade de carga total da estaca pré-moldada de concreto Fonte: Pagnussati; Santos (2011)

Na análise dos dados da capacidade de carga total da estaca Raiz, na Tabela

10, deixa claro que para o presente caso o método de Decourt & Quaresma (1978)

como o mais conservador e o método de Decourt & Quaresma (1991) ilustrado na

linha de cor cinza, como o mais arrojado. Fato que pode ser constatado pela

diferença percentual obtida para capacidade de carga total, que foi de 36,3%.

Apesar do método de Lobo (2005) apresentar o menor valor de capacidade

de carga, não se considerou o mesmo na análise comparativa. Isto se justifica pelo

fato de que o mesmo não apresenta coeficientes que permitam a estimativa da

capacidade de carga para estaca raiz.

Page 63: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

57

Tabela 11 - Valores da capacidade de carga total da estaca raiz

Fonte: Pagnussati; Santos (2011)

Cabe lembrar que para cálculo foi adotado coeficientes determinados por

Lobo (2005) para a estaca escavada (α=0,7 e β=0,5). O gráfico da Figura 36

apresenta a capacidade de carga total da raiz ao longo da profundidade obtida para

cada método. O referido gráfico também apresenta a capacidade de carga ao longo

da profundidade, obtida da média dos valores alcançados pelos métodos em

questão.

Figura 36 - Gráfico da capacidade de carga da estaca Raiz Fonte: Pagnussati; Santos (2009)

Page 64: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

58

A análise do gráfico da Figura 5 demonstra que o método de Decourt &

Quaresma (1978) (linha vermelha), apesar de se mostrar conservador, quando

comparado com a sua versão mais recente (Decourt & Quaresma (1991)), é o que

apresenta os valores de capacidade total mais equilibrado, uma vez que a diferença

percentual entre ele e a capacidade de carga média é de 6% (PAGNUSSATI;

SANTOS; 2009).

Logo, conclui-se que para o presente caso o método mais adequado para o

dimensionamento de estacas submetidas a esforços de compressão é o método

Decourt & Quaresma (1978), sendo que muito próximo desse encontra-se o método

de Aoki & Velloso (1975).

5.6 Metodologia SCCAP aplicada aos estaqueamentos tipo hélice contínua

5.6.1 Considerações Iniciais

Monitorar o comportamento e o controle da execução das fundações na

engenharia ainda é um desafio, permeado de peculiaridades que necessitam da

introdução de medidas preventivas mais criteriosas.

A utilização das estacas hélice contínua tem início na década de 50 nos

Estados Unidos. Seus equipamentos eram constituídos por guindastes de torre

acoplada, que executavam estacas com diâmetros de 27,5 cm, 30 cm e 40 cm,

apresentando torques de 10 a 30 KN.m. No Brasil, as estacas hélice contínua foram

inseridas por volta de 1987. Mas somente a partir de 1993, houve um notável

desenvolvimento com a importação de equipamentos com torques de até 85 KN.m,

possibilitando a execução de estacas com 800mm de diâmetro e comprimento de 24

metros (NETO; 2002).

Devido a sua aplicabilidade e adaptação positiva aos diversos tipos de solos e

suas características, a hélice contínua é a solução mais utilizada no mercado

destinado a execução de estacas, devido aos seus diferenciais de controle e

monitoramento (FALCONI; SANTOS; CORREA; 2014).

Entretanto, é justamente na etapa de escavação e concretagem que existe a

incidência de erros relacionados a interpretação de dados durante a escavação,

Page 65: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

59

como por exemplo determinar a velocidade ideal de avanço da perfuração de

maneira que minimize o alívio de tensões no corpo da estaca (fuste) (VELLOSO;

LOPES; 2010).

Diante desta situação, a metodologia SCCAP (Silva, Camapum de Carvalho,

Araújo e Paolucci) foi desenvolvida para auxiliar o monitoramento das estacas da

hélice continua a partir de conceitos físicos e probabilísticos, como a lei da

conservação da energia para quantificar o trabalho necessário para a perfuração das

estacas (SILVA; CARVALHO; 2014).

5.6.2 Melhorias no sistema de monitoramento da hélice contínua

Instalada no software de monitoramento da estaca, a metodologia permite a

correção de procedimentos relacionados a cota de assentamento ideal e a

capacidade de carga. Para minorar os riscos de falhas durante a concretagem e no

alívio de tensões no furo, Silva (2011) apresentou dois conceitos: velocidade crítica

de perfuração (Equação 18) e o da velocidade crítica de concretagem (Equação 19),

definidos pelas seguintes fórmulas:

(18)

(19)

(20)

(21)

Page 66: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

60

Explicando cada componente das fórmulas, temos:

Smesc – Volume corrigido de solo escavado;

Vmpi – Velocidade crítica de perfuração corrigida;

∆ti – tempo de escavação;

Vpi – velocidade de escavação;

Vpi,Cr – velocidade crítica de escavação;

ni – velocidade angular;

λ – passo do helicoide;

d0 – diâmetro do tubo de concreto;

dn – diâmetro do helicoide;

Ve – velocidade de extração do helicoide;

Ve,cr – velocidade crítica para extração do helicoide(concretagem);

Ω – área da projeção plana do trado;

Qc – vazão de concreto;

∆Qc – Sobreconsumo de concreto;

Sc – proporção de sobreconsumo em relação ao consumo de concreto;

Segundo Silva (2014), a velocidade crítica de perfuração (Equação 17) é

descrita como a velocidade limite abaixo da qual o volume de solo transportado para

a superfície no momento da escavação é maior que o volume esperado, ou seja,

para garantir a estabilidade do furo, sem risco de desconfinamento, a estaca deve

ser executada com velocidade de avanço igual ou superior a sua velocidade crítica.

Já a velocidade crítica de concretagem (Equação 18) é definida como a

velocidade máxima de extração do helicoide, levando em conta o sobreconsumo

característico para cada tipo de solo, o volume nominal de solo escavado e o volume

de concreto estimado no projeto de execução.

Page 67: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

61

Na Figura 37, pode ser observado o monitoramento das estacas hélice

continua com as modificações propostas pela metodologia SCCAP: perfil de torque

durante a escavação; trabalho realizado ou energia necessária para escavar a

estaca; velocidade crítica de perfuração (linha vermelha no gráfico de velocidade); e

velocidade crítica de extração (linha azul no gráfico de velocidade de extração).

Figura 37 – Saída gráfica com velocidades críticas de perfuração e concretagem. Fonte: Silva (2014)

5.6.3 Características da metodologia SCCAP

A metodologia é validada pela comprovação de que a energia necessária

para escavar uma estaca está associada à capacidade de carga da estaca, quando

o processo de escavação está sistematizado, ou seja, é realizado por um mesmo

conjunto máquina e operador visto na Figura 38 (SILVA; CARVALHO; 2014).

Page 68: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

62

Figura 38 – Sistema de perfuração e forças

Fonte: Silva (2014)

Para determinar a variação de energia mecânica deste sistema (máquina +

operador), a metodologia SCCAP utiliza da lei da conservação de energia para calcular

o trabalho total realizado, utilizando da seguinte fórmula:

Onde o trabalho total realizado pelas forças externas (Equação 22) é a somatória

do trabalho realizado pela força tangente ao helicoide, mais o trabalho realizado pela

força gravitacional e o trabalho realizado pela força descendente, que é igual à energia

mecânica aplicada ao helicoide, sendo:

(22)

Page 69: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

63

WR - Trabalho realizado ou a energia necessária para escavar uma estaca

Fi - força aplicada no helicoide

mhc – massa do sistema de escavação

r - raio da estaca hélice

g - aceleração da gravidade

Zi - comprimento da estaca

Fdi - força descendente aplicada ao helicoide

Para garantir uniformidade ao estaqueamento, Silva e Carvalho (2014) partiram

do conceito de que a capacidade de carga da estaca está diretamente relacionada com

a energia necessária para executá-la, ou seja, com o trabalho efetuado para escavar a

estaca.

Os ensaios de campo, nos quais são delimitadas as características de

resistência do solo, possuem como base uma medida de energia, por exemplo, o

ensaio SPT (Standard Penetration Test) registra um índice NSPT (número de golpes),

que é diretamente proporcional à variação de trabalho necessário para cravar 30 cm

do amostrador padrão, comparados a capacidade de carga na Figura 39 (SILVA;

CARVALHO; 2014).

Figura 39 - Gráfico NSPT acumulado x energia Fonte: Silva (2014)

Page 70: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

64

Conforme a Figura 40, caso se aproximem os pontos por retas, estas retas teriam

declividades semelhantes e constantes, indicando mais uma vez que a energia

dissipada na etapa de perfuração de uma estaca hélice contínua é diretamente

proporcional ao valor NSPT e, consequentemente, à capacidade e carga (SILVA;

CARVALHO; 2014).

A parcela medida da energia gasta durante a perfuração de cada estaca indica a

correlação entre energia e capacidade de carga, indicando que, quanto mais energia é

demandada para escavar a estaca, maior é a capacidade de carga associada.

5.7 Conclusões

5.7.1 Máquinas e equipamentos

Com ampla oferta de tecnologias para execução, as fundações profundas

moldadas in loco são frequentemente associadas a estruturas de grandes cargas ou

a características de solo superficial ruim. Mas, na realidade, até mesmo solos com

baixa capacidade de suporte em pequena profundidade podem obrigar a utilização

desse tipo de fundação, pois o que define o sistema mais adequado não é o porte da

obra, mas o tipo de estrutura e as características do solo.

A tecnologia voltada para o desenvolvimento de máquinas e equipamentos

sobre fundações profundas tem avançado muito nos últimos anos. A introdução de

novos equipamentos é a grande novidade como exemplo as estacas Ômega com

seu trado deslocando material de solo lateralmente, aumentando o atrito lateral e

consequentemente gerando benefícios para a estabilidade do furo.

Com a otimização da execução das fundações mecanizadas e com a

disponibilidade de equipamentos maiores, houve um expressivo aumento de

produtividade, por exemplo, como a introdução dos Martelos “DTH” na estaca raiz,

promovendo avanços sobre parcelas de solos resistentes como matacões, sem

gerar problemas no comprimento e diâmetro da estaca.

A partir dessa realidade, os atuais equipamentos permitem desenvolver

fundações cada vez mais profundas com maior produtividade, como no caso das

estacas escavadas de grande diâmetro que hoje podem chegar a 90 m de

Page 71: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

65

profundidade máxima, com o auxílio de máquinas como as hidrofresas (FALCONI;

SANTOS; CORREA; 2014).

Entretanto, ainda são utilizados métodos arcaicos, que não dão conta de

monitorar a execução das estacas com confiabilidade. Além disso, a falta de normas

específicas para cada método executivo contribui para a falta de padronização, onde

os procedimentos executivos acabam ficando a critério de cada empresa (SILVA;

CARVALHO; 2014).

5.7.2 Métodos para cálculo de capacidade de carga

No Brasil, devido à dificuldade de reproduzir analítica e numericamente o

mecanismo de interação solo-estaca, correlações empíricas são empregadas

associando os resultados do ensaio SPT com o desempenho das estruturas de

fundação.

Com a entrada em vigor da nova norma de fundações ABNT NBR 6122, em

outubro de 2010, que tornou obrigatória - e economicamente atraente - a execução

de provas de carga em determinadas circunstâncias, se tornou mais um parâmetro

de auxílio no controle e verificação dos valores de capacidade de carga das estacas.

Dos resultados obtidos por Silva e Carvalho (2014) e analisados no presente

trabalho, fica evidente que a energia dissipada na etapa de perfuração de uma

estaca hélice contínua é diretamente correlacionada com a capacidade de carga da

estaca, sendo então possível o controle do estaqueamento por meio de medidas de

energia, atestando em tempo real a qualidade da estaca executada. Como foi

observado, o desempenho da estaca escavada depende também de outros fatores,

ligados principalmente às etapas executivas.

Mesmo com o surgimento de novos métodos de cálculo, como o de Lobo

(2009), a previsão da capacidade de carga de estacas continua sendo um dos

grandes desafios da engenharia de fundações por requerer a estimativa de

propriedades do solo e o conhecimento relacionado com a interação solo-estaca,

parâmetros que ainda são passíveis de erros.

Page 72: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

66

REFERÊNCIAS

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6122 – Projeto e execução

de fundações – Rio de Janeiro, 2010.

CINTRA, J. C. A.; AOKI, N. Fundações por estacas: projeto geotécnico. São

Paulo. Oficina de Textos. 2010. p. 93.

DANNEBROCK, F. Et al. Projeto de Fundações. Trabalho Acadêmico –

Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2010.

FALCONI, F.; SANTOS, M. S.; CORREA, C. N. Fundações profundas. Concreto &

construções. v. 74, n. 1, p. 32-41, abr/jun. 2014.

GIRIBOLA, M. Como executar estaca raiz. Revista Construção Mercado –

Negócios de Incorporação e Construção Civil, São Paulo, Edição 163 – Fev

2015. Disponível em: <http://construcaomercado.pini.com.br/negocios-incorporacao

construçao/163/artigo338063-1.aspx>. Acesso em: 15 Jul. 2016.

LOBO, O, Bianca. Método de Previsão de Capacidade de Carga de Estacas:

Aplicando os conceitos de energia do ensaio SPT. 2005. Tese (Mestrado em

Engenharia Civil) Curso de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Univ. Fed. do Rio

Grande do Sul, Porto Alegre.

MARQUES, A. G. e MARQUES, J. A. F. (2005). Prática de Fundações no Estado

de Alagoas, em Gusmão, A. D.; Gusmão Filho, J. A.; Oliveira, J. T. R. E Maia, G. B.

(2005) Geotecnia no Nordeste, Cap. 5, pp.247-264, Editora UFPE.

NAKAMURA, J. Tecnologias de estacas profundas moldadas in loco. Revista

Construção Mercado – Negócios de Incorporação e Construção Civil, São

Paulo, Edição 146 – Set 2013. Disponível em:

<http://construcaomercado.pini.com.br/negocios-incorporacao-construcao. aspx>.

Acesso em: 18 Mar. 2017.

PAGNUSSATTI, H.; SANTOS, A. A.; Análise comparativa dos métodos de

estimativa de capacidade de carga de fundações profundas - estudo de caso.

Universidade do Extremo Sul Catarinense, Santa Catarina, 2011.

Page 73: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

67

NETO, J. A. A. Análise do desempenho de estacas hélice contínua e ômega –

aspectos executivos. Tese de Mestrado – Escola Politécnica da Universidade de

São Paulo, São Paulo, 2002.

AGM Geotécnica Ltda. Nova máquina para estacas escavadas e rotativas.

Maceió – AL. Disponível em: <http://www.agmgeotecnica.com.br/noticia.php?id=11>.

Acesso em: 5 Mai. 2017.

RESENDE, R. J.; MARTINS, M. Estudo comparativo de viabilidade dos principais

tipos de fundações profundas. Revista Pensar Engenharia. v. 2, n. 1, janeiro, 2014.

SILVA, C. M.; CARVALHO, J. C. Metodologia SCCAP aplicada aos estaqueamentos

tipo hélice contínua. Concreto & construções. v. 74, n. 1, p. 78-85, abr/jun. 2014.

SILVA, C.M. Energia e Confiabilidade Aplicadas aos Estaqueamentos Tipo

Hélice Contínua. Tese de Doutorado – Universidade de Brasília, Faculdade de

Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Brasília, 2011.

TERZAGHI, K.; PECK, R.B. Soil Exploration. Soil mechanics in Engineering

Practice. New York. 1 ed., Chapter 7. John Willey & Sons, Inc. 1948.

TSUHA, C. H. C Modelo teórico para controle da capacidade de carga à tração

de estacas metálicas helicoidais em solo arenoso. 2007. 275 f. Tese (Doutorado

em Geotecnia) – Escola de engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo,

São Paulo. 2009.

VELLOSO, D. A.; LOPES, F. R. Fundações: critérios de projeto, investigações

do subsolo, fundações superficiais, fundações profundas. São Paulo: Oficina de

Textos. 2010.

Page 74: ESTUDO SOBRE AS ANTIGAS E NOVAS SOLUÇÕES EM TERMOS … · de fundações encontrados em diversas obras, com suas características sendo descritas de maneira técnica e operacional

68