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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
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
AGRADECIMENTOS
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.
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
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
5.7 Conclusões .................................................................................................... 64
5.7.1 Máquinas e equipamentos....................................................................... 64
5.7.2 Métodos para cálculo de capacidade de carga ...................................... 65
REFERÊNCIAS ............................................................................................................ 66
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.
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.
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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).
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
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)
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).
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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.
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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).
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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
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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;
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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.
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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
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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.
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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).
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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).
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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).
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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).
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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.
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).
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)
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.
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).
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).
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).
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
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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
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.
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,
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.
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.
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
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.
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
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.
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:
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)
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).
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).
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)
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).
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)
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)
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).
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).
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)
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)
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.
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.
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)
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,
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)
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.
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).
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)
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)
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
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.
66
REFERÊNCIAS
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de fundações – Rio de Janeiro, 2010.
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