INTRODUÇÃO

Tecnicamente fundação é o elemento estrutural localizado abaixo das

edificações, geralmente feitas em concreto e aço onde são recebidas as cargas que

chegam ao solo, por sua vez são distribuídas de maneira uniforme fazendo a

estabilidade da edificação tornando-a firme sobre o chão.

Sendo a parte mais importante de uma edificação as fundações são

classificadas em rasas e profundas, as escolhas da fundação não fica a critério

apenas do custo beneficio da obra, mas sim de uma serie de fatores que são

levados em consideração, tais como os parâmetros técnicos que determinam as

cargas a serem distribuídas para o solo da obra, os prazos de execução da obra, e

claro o solo onde será locada a edificação avalizando os ensaios pertinentes ao tipo

de fundação escolhidos.

As fundações profundas que será o tema abrangente nesta pesquisa terá

ênfase nas estacas e suas classificações.

1. FUNDAÇÕES PROFUNDAS1.1DEFINIÇÕES

Segundo a NBR 6122/1996, define-se como fundação profunda aquela que

transmite a carga proveniente da superestrutura ao terreno pela base (resistência de

ponta), por sua superfície lateral (resistência de fuste), ou pela combinação das

duas. Além disto, segundo este referida norma, nas fundações profundas a

profundidade de assentamento deve ser maior que o dobro da menor dimensão em

planta do elemento de fundação, conforme esquematicamente mostrado na Figura.1

Figura 1 Fundação profunda segundo a NBR 6122/1996

De acordo com a NBR 6122/1996, se enquadram na definição apresentada acima os

seguintes elementos:

Estacas: elemento de fundação profunda executado com o auxílio de

ferramentas ou equipamentos sem que haja descida de operário em qualquer

fase de execução (cravação a percussão, prensagem, vibração, ou por

escavação, etc), podendo ser constituído de madeira, aço, concreto, etc;

Tubulões: elemento cilíndrico de fundação profunda que, em pelo menos na

sua fase final, ocorre descida de operário, podendo ser executado a céu

aberto ou a ar comprimido, e ter ou não, a base alargada;

Caixões: elemento de fundação de forma prismática, concretado na superfície

do terreno, e instalado por escavação interna, podendo-se ainda na sua

instalação usar, ou não, ar comprimido, e ter, ou não, a sua base alargada.

As fundações profundas são normalmente utilizadas quando os solos

superficiais não apresentam capacidade de suportar elevadas cargas, ou estão

sujeitos a processos erosivos, e também, quando existe a possibilidade da

realização de uma escavação futura nas proximidades da obra.

1.2 FUNDAÇÕES POR ESTACAS1.2.1 CLASSIFICAÇÃO DAS ESTACAS

Atualmente é grande a variedade de estacas empregadas como elementos de

fundação nas obras civis correntes, diferindo-se entre si basicamente pelo método

executivo e materiais de que são constituídas.

Vários são os critérios para a classificação das estacas, dentre os quais se

destacam:

Efeito produzido no solo:

Grande deslocamento;

Pequeno deslocamento;

Sem deslocamento;

Processo de execução:

Estacas moldadas in loco:

Estacas tipo Franki;

Estacas sem lama bentonítica: estacas tipo Strauss, estacas

escavadas mecanicamente com trado helicoidal, estacas tipo broca,

etc;

Estacas tipo hélice contínua;

Estacas escavadas com lama bentonítica;

Estacas injetadas: microestacas e as estacas-raiz;

Estacas pré-moldadas:

Estacas de concreto;

Estacas de madeira;

Estacas metálicas, etc.

Forma de funcionamento:

Estacas de ponta: trabalham basicamente pela resistência de ponta;

Estacas de atrito ou flutuante: trabalham somente por atrito lateral

desenvolvido no fuste;

Estaca mista;

Forma de carregamento:

Estacas de compressão;

Estacas de tração;

Estacas de flexão;

Neste trabalho só serão abordadas classificação de estacas de acordo com

seu processo de execução.

1.2.1.1 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS

As estacas pré-moldadas caracterizam-se por serem cravadas no terreno por

percussão, prensagem ou vibração, podendo ser constituídas por um único

elemento estrutural ou pela associação de dois desses materiais, quando será então

denominada de estaca mista. Pela natureza do processo executivo este tipo de

estacas classifica-se como estacas de grande deslocamento.

As estacas pré-moldadas são ainda subdivididas, conforme o material

empregado nasua execução, em:

Estacas de concreto:

Podem ser de concreto centrifugado ou protendido;

Exigem controle tecnológico na sua fabricação;

Não é recomendado o seu uso em terrenos com matacões ou camadas

pedregulhosas;

Exige cuidados adicionais durante o transporte;

Deve ser feita a verificação de sua integridade antes da sua cravação;

Estacas de madeira:

Devem ser de madeira dura, resistente, em peças retas, roliças e

descascadas;

O diâmetro da seção pode variar de 18 a 35 cm e o comprimento de 5,0 a

8,0 m;

Durante a cravação, as cabeças das estacas devem ser protegidas por um

anel cilíndrico de aço destinado a evitar o rompimento ou desgaste da

madeira sob a ação do pilão, e se a estaca tiver que atravessar camadas

resistentes, as pontas devem também ser protegidas por ponteiras de aço;

Apresenta vida útil praticamente ilimitada quando mantida

permanentemente abaixo do nível d’água;

Deve receber tratamento para evitar o apodrecimento precoce e o ataque

de insetos;

As madeiras mais utilizadas são os eucaliptos, peroba do campo,

maçaranduba, aroeira, etc;

Estacas metálicas:

Apresentam elevada capacidade de suporte, podendo ser utilizadas em

solos muito resistentes;

São executadas com grande rapidez;

As perturbações produzidas no solo durante o processo de cravação são

inferiores àquelas produzidas durante a cravação das estacas de concreto

e metálicas;

Devem ser tomados cuidados adicionais na soldagem dos perfis

constituintes de uma mesma estaca, de forma a se garantir uma união

eficiente;

1.2.1.2 ESTACAS MOLDADAS IN LOCO

Estacas Franki: Estaca de concreto armado que usa um tubo de revestimento

cravado dinamicamente com a ponta fechada, por meio de bucha e

recuperado ao ser executada a estaca. Abrangem a faixa de carga de 500 a

1.700 kN.

Indicações: Recomendadas quando a camada resistente localiza-se em

camadas variadas. Também no caso de terrenos com pedregulhos ou

pequenos matacões relativamente dispersos. A forma rugosa do fuste

garante boa aderência ao solo (resistência por atrito).

Limitações: Seus maiores inconvenientes dizem respeito à vibração do

solo durante a execução. Demanda área para o bate-estaca. Há

possibilidade de alterações do concreto do fuste por deficiência do

controle.

Estaca Raiz: Estaca de pequeno diâmetro cuja perfuração é realizada por

rotação ou rotopercussão em direção vertical ou inclinada. Dependendo do

equipamento utilizado, as estacas podem ser executadas em ângulos

diferentes da vertical (0º a 90º).

Indicações: Locais com espaços restritos, solos com matacões, rocha ou

concreto, reforços de fundações, estabilização de escostas; locais onde

haja necessidade de ausência de ruídos, quando são expressivos os

esforços horizontais transmitidos pela estrutura às estacas de fundação,

quando há esforços de tração a solicitar o topo das estacas.

Limitações: Concebida para reforço de fundação passou a ser utilizada em

fundações de novas estruturas. Assim, as cargas adotadas foram

aumentadas, ultrapassando 1.000 kN. Por isso, a NBR 6122 fixou a

obrigatoriedade de realizar o número mais alto de provas de carga nesse

tipo de estaca.

Hélice contínua monitorada: Estaca executada por meio de trado contínuo e

injeção de concreto pela haste central, operação que ocorre durante a

retirada do trado espiral do furo. O concreto normalmente utilizado apresenta

resistência aracterística de 20 MPa, é bombeável (composto de areia e

pedrisco com consumo de cimento de 350 a 450 kg/m³), sendo facultativa a

utilização aditiva. O slump é mantido entre 200 e 240 mm.

Indicações: Obras que demandam rapidez, ausência de barulho e de

vibrações prejudiciais ã prédios da vizinhança. Podem ser executadas em

terrenos coesivos e arenosos, na presença ou não de lençol freático e

atravessam camadas de solo resistente. Também oferece uma solução

técnica e economicamente interessante em obras onde há um grande

número de estacas sem variações de diâmetros, pela produtividade

alcançada.

Limitações: Em função do porte do equipamento, as áreas de trabalho

devem ser planadas e de fácil movimentação. Exige-se central de

concreto nas proximidades do local de trabalho. É necessário um número

mínimo de estacas compatíveis com os custos de mobilização dos

equipamentos envolvidos. Os equipamentos disponíveis permitem

executar estacas de no máximo 32 m de profundidade e inclinação de até

1:4 (H:V)

1.2.2 MÉTODOS DE PREVISÃO DE CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS

A Norma Brasileira NBR 6122/96 define a carga admissível de uma estaca

isolada como sendo a força que, aplicada sobre a estaca, provoca apenas recalques

compatíveis com a construção e oferecendo simultaneamente segurança satisfatória

contra a ruptura do solo e contra a ruptura do elemento de fundação. Como

geralmente o solo é o material menos resistente, a capacidade de carga de uma

fundação está condicionada às características geotécnicas finais do maciço que

envolve a estaca (i.e. ao mecanismo de interação solo-estaca).

A capacidade de carga do maciço pode ser avaliada através de métodos

racionais ou por métodos semi-empíricos. Os métodos racionais ou teóricos utilizam

soluções clássicas de capacidade de carga (e.g. Terzaghi, 1943) a partir de

parâmetros do solo como ângulo de atrito e coesão. Já os métodos semi-empíricos

baseiam-se em correlações entre a capacidade de carga do elemento com

resultados de ensaios “in situ” como o CPT e o SPT.

1.2.2.1 MÉTODOS RACIONAIS OU TEÓRICOS

São inúmeras as teorias clássicas existentes para a determinação da

capacidade de carga de fundações (e.g.Terzaghi, 1943; Meyerhof, 1951, 1976;

Berezantzev, 1961 e Vésic, 1972), nas quais cada uma postula diferentes

mecanismos de ruptura da base da estaca, conforme se apresenta na figura abaixo.

Diante das inúmeras teorias existentes optou-se em destacar, neste trabalho,

a solução de Vésic (1972) que relaciona o mecanismo de ruptura do solo com a

expansão de uma cavidade em um meio elasto-plástico. Deste modo, Vésic sugere

que a resistência de ponta (qp) seja calculada pela seguinte equação:

Ko= coeficiente de empuxo ao repouso;

σ’v= tensão vertical efetiva no nível da ponta da estaca;

Nc,Nσ= fatores de capacidade de carga, calculados em função do ângulo de

atrito interno e da rigidez do solo.

c = coesão do solo.

O tratamento teórico para a determinação do atrito lateral unitário (τl) é em

geral análogo ao utilizado para analisar a resistência ao deslizamento de um sólido

em contato com o solo. Seu valor é, usualmente, considerado como a soma de duas

parcelas, conforme a equação.

Onde:

ca= é a aderência entre a estaca e o solo;

σh= é a tensão horizontal média na superfície lateral da estaca;

δ= é o ângulo de atrito entre a estaca e o solo.

A abordagem geral para solos granulares, adota tg δ= tg φ’, onde φ’ é o

ângulo de atrito interno do solo amolgado em termos de tensões efetivas. Em solos

granulares Ca é nulo. Atensão horizontal (σh) é convencionalmente relacionada com

a tensão vertical efetiva na profundidade, antes da execução da estaca através de

um coeficiente de empuxo Ks. Deste modo a equação acima pode ser reescrita na

seguinte forma.

O coeficiente Ks depende, principalmente, do estado de tensões iniciais do

solo e do método de execução da estaca. Para estacas cravadas curtas e de grande

deslocamento em areia, Ks pode se aproximar do coeficiente de empuxo passivo Kp

(Kp= tg2(45º +φ’/2)). Detalhessobre outras formulações podem ser obtidos em

Terzaghi, 1943, Meyerhof, 1951, 1976 e Berezantzev, 1961.

1.2.2.2 MÉTODOS SEMI-EMPÍRICOS

Como o ensaio SPT é geralmente o único ensaio de campo disponível,

difundiu-se no Brasil a prática de relacionar medidas de Nspt diretamente com a

capacidade de carga de estacas (e.g.Aoki & Velloso, 1975; Décourt & Quaresma,

1978; Amaral, Viezzer & Amaral, 2000). Embora, os métodos normalmente adotados

constituírem-se em ferramentas valiosas à engenharia de fundações, é importante

reconhecer que, devido a sua natureza estatística, a validade está limitada à prática

construtiva regional e às condições específicas dos casos históricos utilizados em

seu estabelecimento (Schnaid, 2000). A seguir serão apresentados dois métodos

consagrados nacionalmente de previsão da capacidade de carga que

posteriormente serão comparados com o método de capacidade de carga proposto

nesta pesquisa.

Método de Aoki & Velloso (1975)

O método de Aoki-Velloso (1975) foi concebido originalmente a partir da

comparação de resultados de prova de carga em estacas com resultados de ensaios

de cone. Para que a metodologia proposta possa ser aplicada à ensaios de

penetração dinâmica, deve-se utilizar um coeficiente de conversão “k” da resistência

da ponta do cone para Nspt. A expressão da capacidade de carga última é

representada pela equação:

onde:

Ap = representa a área da seção transversal da estaca;

U = perímetro da estaca;

∆L = o segmento de estaca que está sendo calculado.

Os coeficientes “F1” e “F2” são fatores de correção das resistências de ponta

e lateral que levam em conta diferenças de comportamentos entre a estaca e o cone

estático. Na Tabela 2.1 são apresentados os valores de “F1” e “F2” originalmente

propostos por Aoki-Velloso (1975), os valores propostos por Laprovitera (1988) &

Benegas (1993) e os coeficientes propostos de Monteiro (1997).

Os coeficientes “k” e “α” são dependentes do tipo de solo e, assim como os

valores de “F1” e “F2”, existem trabalhos recentes que sugerindo novos valores. Na

Tabela 2.2 são apresentados os valores de “k” e “α” propostos originalmente por

Aoki & Velloso (1975), os valores propostos por Laprovitera (1988) e por Monteiro

(1997).

Em 1994, em três trabalhos finais de curso da UFRJ foram feitas avaliações

deste método para estacas tipo raiz e hélice contínua. Os valores de F1= 2 e F2 = 4

conduziram a estimativas razoáveis, ligeiramente conservadoras (Velloso & Lopes,

2002).

Método Décourt & Quaresma (1978)

Este é um método expedito de estimativa da capacidade de carga de ruptura

baseada exclusivamente em resultados do ensaio SPT. Inicialmente esta

metodologia foi desenvolvida para estacas pré-moldadas de concreto e

posteriormente foi estendida para outros tipos de estacas, como estacas escavadas

em geral, hélice contínua e injetadas. Na segunda versão, Décourt & Quaresma

(1982) procuram aperfeiçoar o método na estimativa da carga lateral. Deste modo, a

expressão final de capacidade de carga proposta pelos autores é apresentada na

equação abaixo.

Onde:

Np = Nsptmédio da ponta;

Ap = seção transversal da ponta da estaca;

K = coeficiente que relaciona a resistência de ponta com o valor Np em função do

tipo de solo;

U = perímetro da estaca;

Nm = Nspt médio ao longo do fuste.

Na determinação de Nm, os valores e Nspt menores que 3, devem ser

considerados iguais a 3 e os maiores que 50 devem ser considerados iguais a 50.

Os valores dos coeficientes αeβ apresentados na Tabela 2.4 foram sugeridos por

Quaresma et al(1996). Estes valores são apresentados nas Tabelas 2.4 e 2.5, a

seguir.

1.2.3 PROCESSOS EXECUTIVOS

A seguir são apresentadas as definições, processos executivos, vantagens e

desvantagens de alguns dos principais tipos de estacas empregadas no Brasil como

elemento de fundação:

a) Estaca tipo Franki

Estaca executada por meio da cravação no terreno de um tubo de ponta

fechada, por meio da bucha, e execução de uma base alargada, que é obtida

introduzindo-se no terreno certa quantidade de material granular por meio de golpes

de um pilão. A estaca do tipo Franki foi introduzida como fundação há mais de 85

anos por Edgard Frankignoul na Bélgica, sendo empregada pela primeira vez no

Brasil em 1935, na Casa Publicadora Baptista no Rio de Janeiro (Hachich et al.,

1998)

Seqüência de execução das estacas tipo Franki, classificadas como estacas

de grande deslocamento, que são:

• Etapa 1: posicionamento do tubo de revestimento e formação da bucha a

partir do lançamento de brita e areia no interior do tubo e compactação pelo impacto

do pilão fazendo o material aderir fortemente ao tubo;

• Etapa 2: cravação do tubo no terreno por meio da aplicação de sucessivos

golpes do pilão na bucha formada na etapa anterior;;

• Etapa 3: terminada a cravação, o tubo é preso à torre do bate-estaca por

meio de cabos de aço, para expulsar a bucha e iniciar a execução da base alargada,

que se dá pelo apiloamento de camadas sucessivas de concreto quase seco;

• Etapa 4: colocação da armação da estaca, tomando-se o cuidado de garantir

a sua ligação com a base alargada;

• Etapa 5: concretagem do fuste, com o lançamento de camadas sucessivas

de pequena altura de concreto e recuperação do tubo;

• Etapa 6: Finalização do processo executivo, onde a concretagem do fuste

ocorre até 30 cm acima da cota de arrasamento.

A execução das estacas do tipo Franki para ser bem sucedida depende do

atendimento ao método executivo, do uso de equipamentos adequados e mão-de-

obra especializada e experiente.

b) Estacas tipo hélice contínua

Tipo de fundação profunda constituída por concreto moldado in loco,

executada por meio de trado contínuo e injeção de concreto, sob pressão

controlada, através da haste central do trado simultaneamente a sua retirada do

terreno. A Figura abaixo mostra o equipamento empregado para execução das

estacas do tipo hélice contínua.

As fases de execução das estacas tipo hélice contínua, mostradas

esquematicamente na Figura, são:

• Perfuração: cravação da hélice no terreno até a cota determinada no projeto;

• Concretagem simultânea à extração da hélice do terreno: bombeamento do

concreto pela haste de forma a preencher completamente o espaço deixado pela

hélice que é extraída do terreno sem girar, ou, no caso de terrenos arenosos,

girando-se lentamente no sentido da perfuração;

• Colocação da armadura: apesar do método de execução da hélice contínua

exigir a colocação da armadura após a sua concretagem, se as estacas forem de

compressão, esta armadura pode ser dispensada, segundo a NBR 6122/1996.

1.2.4 SEGURANÇA DAS FUNDAÇÕES

1.2.4.1 ESTACAS CRAVADAS

Riscos Comuns

Tombamento do bate-estaca;

Ruptura de cabos de aço;

Ruptura de mangueiras e conecções sob pressão;

Ruptura de tubulações de cabos elétricos e de telefonia;

Vibrações afetando obras vizinhas ou serviços de utilidade pública;

Queda do pilão;

Queda do trabalhador da torre do bate-estaca;

Ruído;

Circulação de trabalhadores junto ao bate-estaca.

Medidas Preventivas

Preparação da área de trabalho levando-se em conta o acesso, o

nivelamento necessário e a capacidade do solo de suportar o apoio da

torre. O responsável técnico deve avaliar a interferência da escavação

na estabilidade de construções vizinhas e na qualidade dos serviços de

utilidade pública.

Os cabos e mangueiras devem passar por inspeção periódica.

Na operação de bate-estacas a vapor, devemos dar atenção especial

às mangueiras e conexões, sendo que o controle de manobra das

válvulas deverá estar sempre ao alcance do operador.

As operações de instalação, de funcionamento e de deslocamento do

bate-estaca devem ser executadas segundo procedimentos de

segurança estabelecidos pelos responsáveis das referidas atividades.

NEGA

O conceito de “nega” a ser aplicado, deve ser empregado para o controle de

cravação da estaca, não sendo recomendável seu uso para determinação da

capacidade de carga de estaca. Quando não definido no projeto ou especificações,

a “nega” admitida pela Fiscalização deve ser de 20mm para 10 golpes do martelo

obtida na terceira tentativa consecutiva.

REPIQUE ELÁSTICO

Parcela elástica do deslocamento máximo de uma seção da estaca,

decorrente da aplicação de um golpe de pilão.

Determina-se o repique elástico fixando-se a folha de ensaio na face da

estaca. Coloca-se o suporte e começa a mover lentamente o lápis sobre o papel

enquanto se aplica um golpe do martelo sobre a cabeça da estaca. O repique é a

parcela elástica do deslocamento máximo de uma seção da estaca, decorrente da

aplicação de um golpe do martelo.

PROVA DE CARGA ESTÁTICA E DINÂMICA

A prova de carga estática é um ensaio do tipo “tensão x deformação”

realizada no solo estudado para receber solicitações, ou um elemento estrutural de

fundação construído para a obra ou especialmente para ser testado. Este ensaio

vem sofrendo evoluções para permitir sua execução da forma mais representativa

para entrada em operação da fundação estudada, bem como para torná-lo mais

preciso, rápido e econômico.

Prova de carga dinâmica é um ensaio que objetiva principalmente determinar

a capacidade de ruptura da interação estaca-solo, para carregamentos estáticos

axiais. Ele difere das tradicionais provas de carga estáticas pelo fato do

carregamento ser aplicado dinamicamente, através de golpes de um sistema de

percussão adequado. A medição é feita através da instalação de sensores no fuste

da estaca, em uma seção situada abaixo do topo da estaca, a uma distância, pelo

menos duas vezes o diâmetro desta.

1.2.4.2 ESTACAS ESCAVADAS

ENSAIO DE INTEGRIDADE PIT

O que é

O PIT é um ensaio que visa determinar a variação ao longo da profundidade

das características do concreto de estacas de fundação. É usado para detectar

falhas na concretagem de estacas moldadas in loco. No entanto, o ensaio pode

também ser usado para determinar ou confirmar o comprimento de estacas.

Preparo

Retira-se o concreto de má qualidade porventura existente no topo. Em

seguida, lixa-se a superfície do topo da estaca, que deverá estar acessível e seco.

Caso já tenha sido lançado o concreto da base do bloco (magro), a estaca terá que

ser isolada dessa base, mediante a quebra de uma estreita região em volta da

estaca. Pode haver água ao redor da estaca, contanto que o topo esteja seco, e que

seja possível o acesso do operador. O acelerômetro e os golpes têm de ser

aplicados em material idêntico ao do restante da estaca.

Como é feito

O ensaio consiste na colocação de um acelerômetro de alta sensibilidade no

topo da estaca, e na aplicação de golpes com um martelo de mão. O acelerômetro é

fixado com cera de petróleo. Os golpes geram uma onda de tensão, que trafega ao

longo da estaca, e sofre reflexões ao encontrar qualquer variação nas características

do material (área de seção, peso específico ou módulo de elasticidade).

Valores e parâmetros

O ensaio também é baseado na teoria da onda. As reflexões registradas

acima causam variações na aceleração medida pelo sensor. Assim, é feito o registro

da evolução dessa aceleração com o tempo. Como a onda trafega com uma

velocidade fixa, conhecendo-se a velocidade de propagação da onda, e o tempo

transcorrido entre a aplicação do golpe e a chegada da reflexão correspondente à

variação de características, pode-se determinar a localização dessa variação.

Dados obtidos

À medida que se propaga a onda sofre reflexões em seu trajeto. Essas

reflexões podem ser provocadas por variações nas características do material da

estaca, pela presença de atrito lateral ou resistência de ponta, ou pela própria ponta

da estaca. Qualquer variação de impedância ao longo da estaca provoca reflexões

da onda. Essas reflexões, ao atingirem o ponto onde está instalado o sensor,

provocam uma variação brusca na velocidade de deslocamento da partícula nesse

ponto. Um aumento de impedância causa uma queda na velocidade, e uma

diminuição de impedância causa seu aumento.

Para que servem os dados

O PIT oferece informações sobre a integridade das estacas, se há fissuras,

estrangulamentos e alargamento de seção. Porém, não fornece nenhuma

informação quanto à capacidade de carga da estaca.

Vantagens e desvantagens

A execução é barata e rápida e podem ser realizados até 50 ensaios por dia.

O equipamento é leve e portátil. É uma das poucas maneiras de se obter

informações sobre a integridade das estacas. É capaz de detectar danos na

superfície do fuste. Porém, apresenta pouca precisão na avaliação da intensidade

do dano e isso pode fazer com que sejam detectados problemas que não

comprometeriam a utilização da estaca. Além disso, em alguns casos, a

interpretação dos sinais obtidos se torna difícil por influência do atrito lateral (que

também provoca reflexões da onda).

CROSS HOLE: TOMOGRAFIA PARA ESTACAS

No mundo todo a avaliação da integridade das estacas moldadas in loco tem

seguido uma tendência do uso de métodos indiretos e não-destrutivos, baseados em

fundamentos de emissão e recepção de ondas acústicas. Entre os ensaios que

empregam esse recurso o mais conhecido é o PIT (veja quadro). O mais recente

deles, no entanto, o Cross Hole Sonic Logging (CSL), está disponível no Brasil

desde o ano passado. Conhecida como tomografia, essa tecnologia é uma

importante ferramenta para a verificação da qualidade de fundações profundas.

Segundo a engenheira Cristiana Sanches Andreo, da In Situ Geotecnia, empresa

que trouxe o equipamento ao País, o ensaio tem como objetivo a verificação da

qualidade da concretagem do fuste.

A tecnologia envolve a geração de pulsos elétricos em uma unidade de

controle e aquisição de dados. Em uma sonda transmissora, os pulsos são

convertidos em ondas ultra-sônicas, que são captadas por uma sonda receptora e

convertidas novamente em sinais elétricos. A resposta da sonda receptora é filtrada

em torno de sua freqüência de ressonância, procedimento que permite minimizar o

ruído eletrônico.

O transmissor e o receptor operam no interior de tubos preenchidos com

água, previamente incorporados à fundação durante a concretagem. Para garantir

uma varredura completa do interior do fuste, são empregados tubos dispostos em

círculo (geralmente um tubo para cada 25 a 30 cm de diâmetro), instalados próximos

à periferia da estaca e ao longo de todo seu comprimento. Os tubos podem ser

metálicos ou de PVC, sendo usualmente fixados na própria armadura da fundação.

A execução do ensaio envolve o posicionamento do transmissor e do receptor

na porção inferior de dois tubos. Em seguida, faz-se com que as sondas percorram

simultaneamente a estaca, registrando-se continuamente a profundidade, o tempo

transcorrido entre a emissão do pulso e sua chegada no receptor e a energia do

sinal recebido.

O movimento ascendente das sondas dentro dos tubos se dá mediante o

acionamento manual ou mecânico de cabos apropriados. O ensaio é repetido

diversas vezes, selecionando-se novas combinações de tubos. Com isso, possíveis

regiões defeituosas poderão ser mapeadas espacialmente ao longo da profundidade

e também por quadrante.

Os sinais monitorados em campo são analisados com software específicos.

A interpretação é efetuada com base no tempo de transmissão do pulso de

ultra-som. O princípio físico consiste no fato de que a presença de material de má

qualidade no fuste retardará ou impedirá a chegada do sinal emitido. Muitos dos

fatores que podem causar um atraso na chegada do pulso de ultra-som - tais com o

intrusões de solo (ou lama bentonítica), concreto de baixa qualidade ou formação de

vazios - levam também a uma diminuição da energia do sinal transmitido, de modo

que esta grandeza também é considerada na análise.

CARREGAMENTO ESTÁTICO

A prova de carga estática é a técnica mais tradicional de ensaio para a

determinação da capacidade de carga de estacas.

No Brasil, a metodologia está normatizada pela NBR 12.131/92 (Estacas -

Prova de Carga Estática). Os critérios da NBR-6122/96 (Projeto e Execução de

Fundações) recomendam que 1% do estaqueamento seja submetido a esse tipo

ensaio.

Na prova de carga estática, o elemento da fundação é solicitado por um ou

mais macacos hidráulicos, empregando-se um sistema de reação estável. Para

tanto, é comum o uso de vigas metálicas e ancoragens embutidas no terreno.

O tipo de ensaio mais comum envolve a aplicação de carregamentos de

compressão à estaca, em estágios crescentes da ordem de 20% da carga de

trabalho, registrando-se os deslocamentos correspondentes.

A medição dos esforços com uma célula de carga, posicionada no topo da

estaca, traz uma maior precisão e qualidade ao ensaio. A NBR 12.131/92 prescreve

que as estacas sejam solicitadas a até duas vezes a carga de trabalho. Também é

possível realizar carregamentos horizontais e de tração.

O conjunto constituído pela estaca, macaco hidráulico e sistema de reação

deve ser projetado e montado de modo a se garantir que a carga aplicada atue na

direção desejada. É importante ainda assegurar que o carregamento previsto seja

alcançado com sucesso. A Fugro In Situ, após estudar as necessidades do cliente,

costuma desenvolver projetos específicos para provas de carga estáticas. Nessa

etapa, busca-se reduzir os gastos com tirantes, a partir do aproveitamento de

estacas do próprio projeto como reações para as provas de carga.

A análise dos dados obtidos em campo traz informações importantes, tais

como:

Curva carga x deslocamento

Capacidade de carga da estaca

Recalque associado à carga de trabalho

Parcelas de resistência de ponta e atrito lateral

Coeficiente de segurança do estaqueamento

CARREGAMENTO DINÂMICO

Também chamado de ensaio dinâmico ou prova de carga dinâmica (PDA), é

um ensaio que objetiva principalmente determinar a capacidade de ruptura da

interação estaca-solo, para carregamentos estáticos axiais.

Ele difere das tradicionais provas de carga estáticas pelo fato do

carregamento ser aplicado dinamicamente, através de golpes de um sistema de

percussão adequado.

A medição é feita através da instalação de sensores no fuste da estaca, em

uma seção situada abaixo do topo da estaca, a uma distância, pelo menos duas

vezes o diâmetro desta.

Os sinais dos sensores, aceleração e deslocamento, durante o evento

(propagação da onda de tensão gerada pelo golpe), são armazenados e

processados no equipamento PDA.

O PDA é baseado na teoria da onda (Smith - 1960). Posteriormente, Goble

desenvolveu pesquisas que levaram aos equipamentos (PDA) e métodos de ensaio

atuais.

Quando uma estaca é atingida por um golpe, é gerada uma onda de tensão

que trafega na estaca com velocidade dependente das características do material.

1.2.5 ESTUDO DO RECALQUE

Recalque, na área da Engenharia Civil, significa um fato que ocorre quando

uma edificação sofre um rebaixamento devido ao adensamento do solo(diminuição

dos seus vazios) sob sua fundação. É um desnivelamento de uma estrutura, piso ou

terrapleno, devido à deformação do solo.

Todos os tipos de solos, quando submetido a uma carga, sofrem recalques,

inevitavelmente, em maior ou menor grau, dependendo das propriedades de cada

solo e da intensidade do carregamento. Os recalques geralmente tendem a cessar

ou estabilizar após certo período de tempo, mais ou menos prolongado, e que

depende das peculiaridades geotécnicas dos solos. Por exemplo, recalques em

solos arenosos, podem se estabilizar em poucas horas ou dias, já o recalque em

solos argilosos moles tendem a cessar ou estabilizar somente após algumas

décadas.

Os recalques podem ocorrer tanto em solos que suportam edificações com

fundações rasas(sapata, radiers, etc) quanto com fundações profundas(estaca,

broca, tubulões, etc), a depender das condições geotécnicas do terreno onde as

fundações serão implantadas.

O aparecimento de trincas e fissuras generalizadas nas alvenarias das

construções, decorrentes de recalques diferenciais em solos colapsíveis, exige

reparações muitas vezes incompatíveis com o baixo custo dessas moradias,

inviabilizando economicamente sua recuperação estrutural. Em solos argilosos

moles, em virtude da elevada magnitude dos recalques diferenciais, a exemplo dos

edifícios de Santos-SP, o fator econômico também pode se tornar um obstáculo para

a recuperação total ou parcial dos edifícios de modo a garantir as mesmas

condições de funcionalidade e desempenho estrutural antes da ocorrência dos

recalques.

1.2.5.1 EFEITO DE RECALQUES EM ESTRUTURAS

Os efeitos dos recalques nas estruturas podem ser classificados em 3 grupos.

Danos estruturais - são os danos causados à estrutura propriamente dita

(pilares,vigas e lajes).

Danos arquitetônicos - são os danos causados à estética da construção, tais

como trincas em paredes e acabamentos, rupturas de painéis de vidro ou

mármore, etc.

Danos funcionais - são os causados à utilização da estrutura com refluxo ou

ruptura de esgotos e galerias, emperramento das portas e janelas, desgaste

excessivo de elevadores(desaprumo da estrutura), etc.

Segundo extensa pesquisa levada a efeito por Skempton e MacDonald

(1956), na qual foram estudados cerca de 100 edifícios, danificados ou não, os

danos funcionais dependem principalmente da grandeza dos recalques totais; já os

danos estruturais e arquitetônicos dependem essencialmente dos recalques

diferenciais específicos. Ainda segundo os mesmos autores, no caso de estruturas

normais (concreto ou aço), com painéis de alvenaria, o recalque diferencial

específico não deve ser maior que:

1:300 – para evitar danos arquitetônicos

1:150 – para evitar danos estruturais

CONCLUSÃO

Esta pesquisa evidenciou e mostrou tipos de fundações profundas dando

ênfase em estacas mostrando vantagens e desvantagens, classificação e execução.

Com base nisso entende-se que o uso de cada tipo de fundação deve levar em

consideração a obra, local onde será construída e também a viabilidade econômica.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS

COELHO, Silvério - Tecnologia de Fundações - Edições E.P.G.E., Lisboa 1996.

BRITO, Jorge de - Estacas Cravadas - Folhas da disciplina de Tecnologia de

Contenções e Fundações do Mestrado de Construção 2002/2003, I.S.T., Novembro

de 1999.

CORREIA, António Gomes - Mecânica dos Solos e Fundações II. Elementos

Teóricos, I.S.T., Lisboa, 1996.