EnC - Planilha de Calculo de Fundacoes Em Estacas v2-20150630
6 Fundacoes Em Estacas Introducao
Transcript of 6 Fundacoes Em Estacas Introducao
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução1
Prof. José Mário Doleys Soares
FUNDAÇÕES EM ESTACAS
1. Objetivos:
Tipos de estaca;
Análise do comportamento de fundações profundas ;
Mecanismo de interação solo x estaca ;
Capacidade de carga do elemento de fundação ;;
Recalque dos elementos de fundações ;
Aspectos especiais: - efeito de grupo de estacas;- atrito negativo;
Projeto de fundações.
2. Critérios de projeto:
Material da estaca não deve ser solicitado em excesso ;
Segurança adequada à ruptura ao cisalhamento do solo ;
Recalques mantidos dentro de níveis de tolerância adequados.
3. Mecanismos de Interação solo -estaca:
Carga é constituída de duas parcelas :
Atrito desenvolvido ao longo do fuste ;
Resistência de ponta da estaca ;
ssBASEBASE
LATERALPONTA
dfpqAQ
QQQ
onde: p = perímetro do fuste da estaca
fs = atrito unitário
l = comprimento da estaca
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução2
Prof. José Mário Doleys Soares
qs = resistência de ponta por unidade de área
4. Efeitos de Instalação:
Métodos de instalação de estacas :
Estacas Cravadas (Pré-moldadas); Estacas Escavadas e Moldadas In Situ; Estacas Cravadas e Moldadas In Situ .
Efeitos: Amolgamento do material ao redor da estaca ; Alteração do estado de tensões ; Dissipação do excesso de pressões neutras; Deslocamentos ao redor da estaca.
5. Conclusões:
Dificuldade nas previsões de comportamento:
- Método de instalação afeta propriedades do solo ;
Complexidade no mecanismo de interação solo x estrutura ;
Projeto.
1) Teorias de capacidade de carga ;2) Métodos semi-impíricos (estatísticos);3) Métodos avançados (numéricos) .
6. Tipos de Estaca:
A. Estacas Cravadas:
Pré-moldadas de concreto Aço (perfil, tubulares) Madeira
B. Moldadas In Situ (Escavar e Concretar):
Strauss Rotativa
C. Cravadas & Moldadas In Situ (Cravar e Concretar):
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução3
Prof. José Mário Doleys Soares
Franki
7. Escolha do tipo de estacas:
Localização e tipo de estrutura; Condições do solo (atenção ao lençol freático) ; Disponibilidade de equipamento ; Relação custo x benefício;
Durabilidade (Madeira, Aço) ;
7.1 Pré-moldadas de concreto:
Vantagens:
Controle do material; Pré-determinação de nega; Estável em solos compressíveis / colapssíveis ; Não há problemas associados ao lençol freático ; Aumento no nível de tensões e densidade: cravação ;
Desvantagens:
Deslocamentos podem afetar fundações vizinhas ; Armadura – Levantamento e Transporte ; Pode sofrer danos durante a cravação; Vibrações; Limitações de altura de equipamento ; Não pode se modificar comprimento com rapidez .
L = 20 a 25 metrosP = 100 ton (carga nominal usual)NSPT = 20 / 22NSPT = 80 (perfil metálico)
7.2 Escavadas:
Vantagens:
Não há problemas com fundações vizinhas ; Comprimento pode ser alterado ; Diâmetro pode ser alterado;
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução4
Prof. José Mário Doleys Soares
Alargamento de base (exceção areias) .
Desvantagens:
Eventuais problemas de colapso ; Eventuais problemas de concretagem (estrangulam) ; Dificuldade de concretagem submersa; Presença/ migração de água com danos no concreto .
L = 20 metros (em Porto Alegre)45 metros (limite)
P = 1000 ton (carga nominal máxima)NSPT = 25 (usual)NSPT = 80 (máquinas especiais)
7.3 Cravadas e moldadas no local
Vantagens:
Nega pré-determinada; Comprimentos ajustáveis; Base alargada; Não há problemas com lençol freático .
Desvantagens:
Movimento de estruturas vizinhas ; Levantamento de estacas próximas (ruptura à tração) ; Controle de qualidade do concret o; Limitações de comprimento:
- Força necessária para levantar o revestimento Vibrações, barulho; Limitações de altura do equipamento .
L = 20 / 25 metrosP = 150 ton (carga nominal máxima)NSPT = 20 (usual)NSPT = 85 (limite forçado)
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução5
Prof. José Mário Doleys Soares
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução6
Prof. José Mário Doleys Soares
ESTACAS
Cravadas Escavadas FrankiI
L (m) 20 / 25 20 / 45 20 / 25
NSPT20 / 22
80 (metálico)25 (usual)
80 (rotativa)20 (usual)
25 (forçado)
P (ton) 100 1000 150
Figura 1 - Estaca Strauss
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução7
Prof. José Mário Doleys Soares
Figura 2 - Estaca Strauss
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução8
Prof. José Mário Doleys Soares
Fases de execução de uma estaca escavada sem utilização deLama Bentonítica.
1. Escavação mecânica do furo através de trado ou caçamba.
2. Perfuração executada até a profundidade necessária, cota de ponta da
estaca.
3. Posicionamento da armação na estaca.
4. Concretagem da estaca.
5. Colocação das esperas do pilar imediatamente após a concretagem. Estaca
pronta.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução9
Prof. José Mário Doleys Soares
Figura 3 - Estaca Escavada - Trado Contínuo
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução10
Prof. José Mário Doleys Soares
Fases de execução de estaca escavada com utilização de LamaBentonítica.
1. Escavação mecânica com utilização de caçamba e preenchimento do furo
com lama bentonítica .
2. Conclusão da escavação atingida a cota de apoio da estaca. Parcela de
carga absorvida por atrito é da ordem de 8O% da carga de trabalho.
3. Lançamento da armação e início da concretagem .
4. Concretagem armazenamento da lama, desarenação e reoproveitamento
posterior se possível.
5. Estoca pronta.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução11
Prof. José Mário Doleys Soares
Estacas tipo Broca e Apiloadas
Estacas tipo Broca:
- As estacas tipo broca são usualmente escavadas manualmente com tr ado
concha.
- Os diâmetros variam de 0,20 a 0,50m dependendo do diâmetro do trado
concha utilizado e a profundidade pode variar de 6 a 8m.
- Para este tipo de estaca não se utilizam cargas superiores a 12 tf.
- Utilizada sempre acima do lençol freático.
Estacas Apiloadas:
- As estacas apiloadas ou soquetão ou estacas pilão, como também são
chamadas, são escavadas utilizando-se soquetes.
- A escavação consiste na queda de um soquete de 300 a 600 Kgf abrindo um
furo de 0,20 a 0,50m que posteriormente é pr eenchido com concreto.
- Não existe padronização para utilização de cargas nestas estacas, sendo
que, alguns estudos sobre a sua utilização na cidade de São Paulo, mostraram
que uma estaca de 35 cm suporta até 85,5 tf.
- Ideal para terrenos porosos e de b aixa resistência.
- Utilizada sempre acima do lençol freático.
Concreto:
O concreto deve ter consistência plástica, com abatimento mínimo de 8
cm.
Controle de qualidade das estacas escavadas sem Lama Bentonítica :
De acordo com a norma NBR 6122, anota -se os seguintes elementos
para controle da qualidade na execução destas estacas:
- Comprimento real de estaca abaixo da cota de arrasamento.
- Desvio de locação.
- Características dos equipamentos de escavação.
- Qualidade dos materiais empregados
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução12
Prof. José Mário Doleys Soares
- Consumo de materiais por estaca e comparação do consumo real em rela ção
ao teórico. O consumo do concreto pode ser controlado na betoneira pelo
número de massadas ou pelo número de sacos de cimento utilizados. O
volume real menor que o teórico indica problemas na estaca.
- Controle de posicionamento da armadura durante a concretagem.
- Horário do início e fim da escavação e de cada etapa de concretagem.
- Execução de prova de carga estática a cada grupo de 100 estacas ou quando
houver dúvidas sobre o comportamento da estaca.
- Pode-se também realizar o ensaio de integridade PIT.
- Por fim, confronta-se os valores observados com as tolerâncias e se
necessário executa-se as modificações necessárias.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução13
Prof. José Mário Doleys Soares
Estacas MegaConstitui-se na instalação de pequenos elementos superpostos de
estacas, os quais podem ser compostos por peças de c oncreto armado vazada
ou perfis metálicos.
Execução:
- Cravação com macaco hidráulico que reage contra uma cargueira, contra a
estrutura ou contra uma fundação já exis tente.
- Quando o macaco reage contra as paredes de alvenaria, pode -se construir
viges de concreto armado sob estas paredes, para que resistam aos esforços
aplicados pelo macaco.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução14
Prof. José Mário Doleys Soares
- São constituídas por seguimentos de 0,50m a 1,0m, conforme as condições
locais.
- As estacas de concreto são normalmente vazadas (tubos).
- Para dar continuidade entre os diversos seguimentos, usa -se preencher o
espaço interno do tubo com concreto e ferragem antes de seu encunhamento
contra a estrutura.
Emprego:
- Pelo fato de serem introduzidos no terreno por meto de macacos hidráulicos
e em pequenos seguimentos, este tipo de reforço mostra -se bastante
conveniente, pois podem ser executados em locais pequenos e de dífícrt
acesso ao pessoal.
- São ideais também para uso onde quer-se evitar vibrações, reduzindo assim
o risco de instabilidade que possa existir devido a precariedade das fundações
existentes.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução15
Prof. José Mário Doleys Soares
Figura 4 - Estaca Mega
Estaca RaizÉ uma estaca concretada "in loco", com diâmetro acabado variando de
80 a 450 mm e de elevada tensão de trabalho do fuste, que é constituído de
argamassa de areia e cimento e é inteiramente armado ao longo de todo o seu
comprimento.
As estacas raiz foram inicialmente desenvolv idas como função básica o
reforço de fundações. No entanto, os recentes desenvolvimentos da técnica
executiva e dos conhecimentos da mecânica dos solos permitiram aumentar,
com segurança, a capacidade de carga e a produtividade deste tipo de estaca.
Vantagens:
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução16
Prof. José Mário Doleys Soares
- alta capacidade de carga com recalques muito reduzidos;
- possibilidade de execução em áreas restritas e alturas limitadas;
- perturbação mínima do ambiente circunstante;
- pode ser executada em qualquer tipo de terreno e em dire ções especiais;
- com utilização quer a tração quer a compressão .
Aplicações:
- Reforço de-fundações;
- fundações de difícil execução pelos métodos tradicionais quer
pela ocorrência de matacões no subsolo, quer pela exi guidade de espaço
em superfície e pé-direito;
- reforço de cais de atracação;
- fundações de bases de equipamentos em unidades industriais em operação;
- fundações de pontes;
- paredes de contenção (estacas justapostas);
- contenção de taludes;
- proteção para escavação de galerias de metros;
- fundações de máquinas sujeitas a vibração;
- ancoragem de muros de arrimo e paredes diafragma;
- tirante-raiz.
Metodologia Executiva:
a) Perfuração
a.1) Perfuração em solo
A perfuração por rotação com revestimento contínuo do furo e com
auxílio de um fluído em circulação (geralmente água). Os detritos resultantes
da perfuração são trazidos à superfície pelo fluido através do interstício anelar
que se forma entre o tubo e o terreno.
A medida que prossegue a perfuração, o revestimento metálico penetra
no terreno e os vários segmentos são ligados entre si por juntas rosqueadas.
a2) Perfuração em rocha
Ao atingir a rocha e havendo a necessidade de penetrá -la, esta
perfuração é feita normalmente utilizand o martelo de fundo a roto-percussão
até a cota de projeto.
b) Armadura
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução17
Prof. José Mário Doleys Soares
Terminada a perfuração é colocada a armadura metálica no interior do
revestimento.
Montar a armadura da estaca em forma de gaiola, com os estribos
helicoidais, prevendo-se a armadura longitudinal com aço CA-50 A, podendo os
estribos ser em aço CA 25.
c) Concretagem
É colocado no tubo de perfuração o tubo de concretagem, que é
introduzido até o fundo. É lançado, então, argamassa de cimento com 600
kg/m3 de areia peneirada, com uma relaçã o média a/c de 0,6 dependendo do
tipo de areia utilizada.
A argamassa de cimento, lançada de baixo para cima, garante que a
água (ou lama de perfuração) seja deslocada para fora sendo substituída pela
própria argamassa. Durante esta operação o furo permane ce sempre revestido.
Após o preenchimento com argamassa, procede -se à extração da coluna de
perfuração ao mesmo tempo que se aplica ar comprimido, nos casos em que
as características do terreno assim o exigirem.
Fases de execução de uma Estaca tipo “Raiz”1- Perfuração com utilização de circulação d'agu a e revestimento do furo.
2- Perfuração concluída ao atingir a cota de ponta da estaca.
3- Colocação da armadura após limpeza final do interior do tubo.
4- Introdução de argamassa de cimento e areia com teor de Ci ≥ 500 kg/m3.
5- Retirado do tubo de revestimento e aplicações parciais de ar comprimido 2
a 4 kg/cm2.
6- Estoco tipo "RAIZ" pronta .
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução18
Prof. José Mário Doleys Soares
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução19
Prof. José Mário Doleys Soares
MicroestacasExecução:
1° Perfuração auxiliada por circulação de água (feita de forma similar às
estacas raiz).
2° Instalação do tubo manchete que é um tubo de aço ou PVC rígido (envolvido
com armadura) com válvulas espaçadas de 1m.
3° Execução da bainha. A bainha é confeccionada injetando -se calda de
cimento pela válvula inferior do tubo manchete até extravasar calda pela boca
do furo. A espessura da bainha não deve ser inferior a 3 cm para que não se
consiga abrir as válvulas manchetes na execução. Concomitantemente com
esta operação, o tubo de revestimento vai sendo removido. Após concluída a
bainha o tubo manchete é lavado jnternamente com circulação de água.
4° Inieção da calda de cimento. A injeção é feita com auxílio de um tubo dotado
de obstáculos duplos acoplado a um misturador e bomba de injeção. A injeçã o
é iniciada após a bainha Ter concluído a pega e estar em início de cura (12
horas). Quanto maior o tempo, maiores são as pressões necessárias para
rompê-la. A injeção é feita no sentido ascendente pelas válvulas. Quando o
consumo na injeção for superior a dois sacos por válvula interrompe -se a
injeção por esta válvula e passa -se para as superiores, retornando -se
posteriormente para a mesma até o b ter -se as pressões de injeções
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução20
Prof. José Mário Doleys Soares
desejadas. Isto faz com que o fuste tome a forma de bulbos fortemente
comprimidos sobre o solo, o que melhora sua capacidade de carga.
5° Vedação do tubo manchete. Após concluída a injeção a parte central do tubo
manchete é preenchida com nata de cimento ou argamassa. Nesta fase pode -
se completar a armadura da estaca.
Argamassa:
- Pela NBR 6122o consumo de cimento da argamassa deve ser de 600 Kg/m 3
com traço de 8 l de areia para 1 saco de 50 Kg de cimento e 20 a 25 l de água.
A argamassa deve ter resistência característica elevada, superior a 20 Mpa.
Aço:
- As estacas raiz são armadas com barras de aço.
- As microestacas são armadas com tubo metálico ou tubo de PVC rígido com
madura. Este tubo dispõe de válvulas manchete para injeção e podem conter
armadura complementar.
Utilização:
- Fundações em local de difícil acesso.
- Fundações em terrenos com antigas fundações.
- Reforço de fundações.
- Fundações em locais próximos a construções em locais precários ou com
restrição de barulho.
- Estabilização de encostas.
- Estacas raiz como substituição a paredes diafragma.
- Fundações de equipamentos industriais.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução21
Prof. José Mário Doleys Soares
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução22
Prof. José Mário Doleys Soares
Estacas tipo Hélice ContínuaÉ uma estaca de concreto 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.
Equipamento: Permitem executar estacas de até 24 m e diâmetro de 275 e
1000 mm.
Torre metálica com duas guias
Mesa rotativa de acionamento hidráulico.
Guincho compatível com os esforços de arrancamento necessários.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução23
Prof. José Mário Doleys Soares
Figura 5 - Hélice Contínua
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução24
Prof. José Mário Doleys Soares
Figura 6 - Fases de execução estaca hélice contínua
Figura 7 - Sequência executiva estaca hélice contínua
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução25
Prof. José Mário Doleys Soares
Fases de execução de uma estaca tip o Hélice Contínua1 - Cravação da hélice no terreno por rotação com torque apropriado para
vencer a sua resistência;
2 - Concretagem simultânea à extração da hélice com concreto bombeado
através do tubo central, preenchendo simultaneamente a cavidade deix ada
pela hélice;
3 - Colocação da armadura imediatamente após o sua concretagem.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução26
Prof. José Mário Doleys Soares
Execução:
1° A perfuração consiste em cravar a hélice no terreno até a profundidade
determinada em projeto por meio da mesa rotativa colocada no seu topo que
aplica um torque para vencer a resistência do terreno. A perfuração é uma
operação contínua, sem a retirada da hélice do terreno para não permitir alívio
significativo do terreno, tomando possível a sua execução em solos coesivos e
arenosos, na presença ou não do lençol freático.
2° O concreto é bombeado através do tubo central, preenchendo a cavidade
deixada pela hélice, que é extraída do terreno sem girar, ou, no caso de
terrenos arenosos, girando lentamente no mesmo sentido da perfuração.
- A limpeza da hélice, na sua extração, é feita manualmente ou com o limpador
de acionamento hidráulico acoplado ao equipamento.
- Este método de execução exige a colocação da armação após a sua
concretagem. A armação é introduzida por gravida de com o auxílio de um pilão
ou vibrador.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução27
Prof. José Mário Doleys Soares
3° O preparo da cabeça das estacas deverá ser feito ressaltando -se o
posicionamento correto do ponteiro e admitindo -se a utilização de um martelo
pneumático leve em estacas com diâmetros superiores a 40 cm.
Concreto:
- O concreto utilizado deve ter fck 20 Mpa e é composto por areia e pedrisco ou
brita 1. O abatimento ou slump deve ser de 20 a 24 cm.
Aço::
- A armação é em fornia de "gaiola", constituída de barras grossas, estribo
helicoidal soldado nas barras longitudinais e a extremidade inferior levemente
afunilada para evitar deformação durante sua introdução no concreto.
- No caso de estacas submetidas a esforços de compressão, pela NBR 6122,
estas não necessitam de armação, ficando a critério do projet ista a armação de
ligação com o bloco.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução28
Prof. José Mário Doleys Soares
- Para estacas submetidas a esforços transversais ou de tração (que exigem o
uso de gaiolas longas) usa-se espirais em substituição aos estribos evitando -se
assim, emendas.
- Para estacas solicitadas á Oração, sem es forço horizontal, dispensam-se os
estribos, podendo a armadura ser constituída apenas por barras isoladas.
Vantagens:
- É uma solução técnica e economicamente viável em casos como centros
urbanos, por não produzir distúrbios ou vibrações e por não causar
descompressão no terreno e também em obras onde há grande número de
estacas sem variação de diâmetro, pela produtividade alcançada. (Até 400m de
perfuração/dia).
- Este tipo de estaca se adapta à maioria dos tipos de terreno, exceto ma tacoes
e rochas e que a perfuração não produz detritos poluentes como a lama
bentonítica, além de reduzir o cronograma da obra.
Desvantagens::
- Algumas restrições quanto ao uso destas estacas são que as áreas de
trabalho devem ser planas devido ao porte do equipamento, exige central de
concreto nas proximidades do local de trabalho, necessita equipamento (pá
carregadeira) para retirar o material escavado, além dos comprimentos serem
limitados.
- Para se utilizar este tipo de execução, é preciso um número de estacas que
viabilize os custos de mobilização dos equipamentos envolvidos.
Estacas tipo Hélice Contínua com deslocamento do soloPelo menos dois tipos de estacas hélice com deslocamento de solo devem ser
mencionadas, e começam a ser introdu zidas em nosso país. Estas estacas
diferem da descrita anteriormente na medida em que o trado é concebido de
maneira a afastar o solo lateralmente na hora em que a ferramenta é
introduzida ou extraída.
Estacas OmegaO princípio desse sistema é baseado no "design" do trado, com diâmetro
do eixo e passo da hélice, aumentados progressivamente, de forma a utilizar o
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução29
Prof. José Mário Doleys Soares
mínimo de energia possível durante a perfuração, otimizando o aproveitamento
do torque.
Os diâmetros de hélice ômega disponíveis iniciam com 270m m e vão de
320mm a 620mm, com incremento de 50mm no diâmetro. Pode atingir até 28
m de profundidade. Não há nenhuma limitação teórica para os diâmetros,
contanto que haja quantidade de. energia disponível (torque) para cravar o
trado no terreno.
Vantagens:
- Tensão de trabalho média no concreto de 6 Mpa, com uma menor relação
carga x diâmetro, com consequente redução no volume de concreto;
- menor sobreconsumo de concreto, devido à compactação do
terreno;
- ausência de material escavado;
- maior agilidade na mudança de diâmetro, onde só o elemento com trado é
trocado.
Metodologia Executiva:
a) Perfuração
Penetração por movimento de rotação e, eventualmente, força de
compressão do trado. O tubo central é fechado por uma ponta met álica que
será perdida.
b) Concretagem
Alcançada a profundidade desejada, o concreto é bombeado pelo
interior do eixo do trado que é retirado do terreno girando -se no sentido da
perfuração. A parte superior do trado é constituída de forma a empurrar de
volta o solo que possa cair sobre o trado.
c) Colocação da armadura
Pode ser introduzida no tubo central do trado antes da concretagem ou
ao fim da concretagem pela equipe ou com ajuda de um pilão ou vibrador.
Todo processo executivo é monitorado através de sensores ligados a um
computador colocado na cabine do operador.
Estacas Atlas
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução30
Prof. José Mário Doleys Soares
Esse tipo de estaca pode ser executado também nos diâmetros 36 a
60cm, e atingir comprimentos de até 25m. A execução é semelhante à da
estaca Omega, diferindo na forma de ret irada do tubo, que é feita por
movimento de rotação em sentido contrário ao da introdução do mesmo.
Figura 8 - Execução estaca tipo Omega
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução31
Prof. José Mário Doleys Soares
Figura 9 - Seqüência executiva estaca Omega
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução32
Prof. José Mário Doleys Soares
Figura 10 – Ômega Figura 11 - Apiloada
Figura 12 - Hélice Contínua Figura 13 - Franki
Figura 14 – Concreto Figura 15 - Metálica
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução33
Prof. José Mário Doleys Soares
Fases de execução de uma estaca tipo “Franki” Standard1- Laçamento de areia e brita para formação da bucha, na ponta do tubo.
2- Cravação do tubo tipo "franki" com bucha de areia e brita, mediante pilão
de queda livre.
3- Atingido a profundidade necessária execut a-se a base com tubo suspenso
nos cabos de tracdo.
4- Colocando do armadura ancorada na base.
5- O fuste é formado introduzindo - se concreto ao mesmo tempo que o tubo é
retirado, mantendo-se uma altura de concreto conveniente dentro do tubo e
apiloando.
6- Estaca pronta.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução34
Prof. José Mário Doleys Soares
Fases de execução de uma Estaca tipo “Franki” com reforço preliminardo terreno1- Cravação do tubo tipo franki com bucha de areia e brita.
2- Atingida a profundidade necessária executa -se o “reforço" do terreno
mediante injeção de pedra e areia.
3- Recravaçâo dotubo "frankl" até a cota de base, expulsão da bucha e
execução da base alargada.
4 - Colocação da armadura ancorada na base.
5- O fuste é formado introduzindo- se concreto ao mesmo tempo que o tubo é
retirado, mantendo-se uma altura de concreto dentro do tubo e apiloando.
6 -Estaca pronta.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução35
Prof. José Mário Doleys Soares
Parede DiafragmaA parede diafragma consiste em se realizar, no subsolo, um muro
vertical de profundidades e espessuras variáveis, constituído de painéis
elementares, quer alternados , quer sucessivos.
A parede poderá ter função estática ou de interceptação hidráulica,
podendo se constituída de concreto simples ou armado, pré -moldada ou de
coulis, conforme o escopo a que se destinar.
As paredes diafragma encontram hoje um vasto campo d e atuação,
podendo ser usadas com sucesso em variados setores da engenharia de
fundação, por exemplo:
- fundações de obras de arte;
- serviços de subfundação e de proteção de obras ameaçadas pela erosão
das águas;
- parede de contenção para escavações na construção de subsolos, inclusive
nas proximidades de*edifícios existentes;
- na construção de galerias de metro e passagens subterrâneas;
- portantes com função de fundações profundas;
- -estruturas de contenção para p revenção" de deslizamentos;
- paredes para isolar terrenos contaminados; .
- proteção de fundação de pelares de pontes;
- para estruturas portuárias (cais);
- execução de garagens subterrâneas;
A parede diafragma pode ser:
- moldada "in loco"
- pré-moldada
- de "coulis" ( diafragma plástico)
Parede diafragma moldada “in loco”Espessura variável de 30 até 120 cm, apto a absorver cargas, axiais^ empuxos
horizontais e momentos fletores, podendo alcançar e superar profundidades
superiores a 50 metros.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução36
Prof. José Mário Doleys Soares
Vantagens:
- facilidade em adaptar-se a geometria do projeto;
- quase total ausência de vibração;
- não causar modificações no terreno, evitando assim, danos às estruturas
existentes;
- alcançar profundidades abaixo do nível d'água;
- a possibilidade dos vários painéis fazerem parte da estrutura permanente;
- servir como contenção de escavações profundas;
Metodologia executiva:
a) Execução de mureta guia ao longo do perímetro;
b) Escavação do terreno ou trincheiras com comprimento de 2,50m, ou seus
múltiplos, até a profundidade do projeto substituindo o material escavado
por lama bentonítica.
c) Execução da desarenação ou troca da lama bentonítica, se necessário.
d) Colocação das chapas juntas.
e) Instalação das armaduras em gaiola.
f) Colocação do JUDO tremonha com funil.
g) Concretagem submersa que deverá ser contínua até cerca de 50cm acima
da cota de arrasamento.
h) Retirada lenta das chapas juntas após o início da pega do concreto.
Parede diafragma PlásticaA parede diafragma plástica é uma barreira vertical escavada com a
utilização de "coulins" (mistura de cimento, bentonita e água), com o objetivo
de reduzir a percolação horizontal da água. Para melhorar sua eficiência, a
parede deve penetrar na camada de solo impermeável subjacente.
Aplicações:
- execução de "cut-offs" de barragens;
- proteção de diques, cais e estruturas sensíveis a deformações;
- isolamento de áreas contaminadas ou aterros sanitários para
impedir a degradação de lençol freático;
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução37
Prof. José Mário Doleys Soares
Figura 16 - Execução do "cut-off"
Figura 17 - Proteção das escavações
Características do “Coulins”
A função do "coulis" na execução de uma parede diafragma plástica ou
premoldada é:
- redução da percolação horizontal da água;
- preenchimento de todos os vazios entre as placas e o terreno, de maneira a
garantir interligação e continuidade entre os dois;
- impermeabilização das juntas, melhorando as condições de estanque idade
Baseando-se em tal Know-How e pesquisas bem como na prática de
execução de obras é possível definir os seguintes princípios básicos:
- para substituir a lama bentonítica pelo "coulis" sem contaminação entre
os dois, a quantidade de cimento aconselhável é mais de 300 kg/m3 de
"coulis";
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução38
Prof. José Mário Doleys Soares
- a resistência do "coulis" é fortemente influenciada pelo fator A/C, enquanto é
menos influenciada pelo teor de bentonita. Com uma dosagem de 300 kg/m³ de
cimento atinge-se normalmente uma resistência a 28 d ias superior a 0,5 MPa.
- o abaixamento do nível do "coulis" em relação ao das muretas guia nas horas
seguintes ao seu lançamento é normalmente da ordem de 5% a 10%. Deve -se
adicionar mais "coulis" quando o nível do mesmo for baixado além do normal;
- o "coulis" normalmente utilizado apresenta um coeficiente de permeabilidade
da ordem de 10-7cm/seg, entretanto sabe-se que este valor tende a diminuir
com o tempo.
Estaca BarreteSão estacas de seção retangular derivadas de um ou mais painéis de
parede diafragma e utilizados como elementos portantes de fundações em
substituição às estacas de grande diâmetro.
Utilizada quando na ocorrência de cargas elevadas e em obras de vulto.
Vantagens:
- conhecimento imediato e real de todas as camadas atravessadas;
- ausência de vibração;
- adaptação da estaca às condições físicas do terreno, com sensível
incremento do atrito lateral;
- possibilidade de atingir grandes profundidades (até 70 metros);
- quase qualquer tipo de terreno, com nível de água ou não, e atra vessar
matacões de pequenas dimensões com a aplicação de ferramentas especiais
(trépano);
- redução no volume de concreto nos blocos de coroamento.
Metodologia executiva:
É a mesma da estaca escavada de grande diâmetro, diferindo no
equipamento de perfuração que é um clam -shell' no lugar da mesa rotativa e
guia que não será metálica e, sim, concreto conforme desenho abaixo.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução39
Prof. José Mário Doleys Soares
Figura 18 - Detalhe da Mureta Guia
Características:
- Podem suportar mais de 150 ton, por isso são usadas isoladamente.
- Nas estacas barrete a resistência depende predominantemente da resistência
ao atrito. Para uma mesma carga vertical, devido a estaca ser retangular, esta
pode ser menor, pois ser perímetro é maior.
- As estacas barretes permitem a execução de peças monolíticas
ou composições.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução40
Prof. José Mário Doleys Soares
Lama Bentonítica: Consiste numa mistura de água mais bentonita (argila).
A bentonita é uma argila encontrada em depósitos naturais. Em
presença de água suas partícu las se expandem formando uma solução
coloidal. No estado de máxima expansão, estas partículas se movem
livremente desordenando suas partículas geleificando -se. A bentonita,
dependendo do cátion permutável pode ser sódica ou cálcica. Somente as
sódicas são adequadas para preparação das lamas de perfuração.
JetgroutingEste método vaie-se da atuação de um jato líquido de calda de cimento
que, introduzido no terreno a alta pressão e elevada velocidade através de um
bico injetor, desagrega a estrutura do solo misturando-se intimamente com ela
formando uma "coluna de solo -cimento".
Execução: Podem ser executadas colunas de até 1.80m
1° Perfuração por destruição do núcleo até a profundidade de projeto (com
bombas de altíssima pressão). Esta perfuração é feita po r um monitor acoplado
a hastes e provido de bicos injetores.
2° Introdução de uma válvula no monitor (esfera de aço) para bloquear a saída
de líquido em direção axial desviando -se para bicos laterais.
3° Início da fase de injeção da nata de cimento a altís sima pressão através de
bicos injetores.
4° Levantamento das hastes de perfuração com velocidade pré fixada de
subida e rotação.
Utilização:
- São utilizados para diversos tipos de obras como: consolidação de terrenos
para intervenção sobre estruturas já existentes e escavação de túneis,
diafragmas para impermeabilização para escavação de poços e barragens, etc.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução41
Prof. José Mário Doleys Soares
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução42
Prof. José Mário Doleys Soares
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução43
Prof. José Mário Doleys Soares
Artigo:
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução44
Prof. José Mário Doleys Soares
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução45
Prof. José Mário Doleys Soares
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução46
Prof. José Mário Doleys Soares
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução47
Prof. José Mário Doleys Soares
Estacas MetálicasAs estacas metálicas são constituídas por peças de aço laminado ou
soldado ou trilhos, após serem retirados das linhas férreas. Ambos podem ser
empregados como estacas em sua forma simples ou como composição de
vários elementos.
Desvantagens:
- O custo destas estacas é relativamente alto em comparação com os outros
tipos, mas em várias situações a sua utilização se torna viável.
Vantagens:
- Este tipo de estaca é de cravação fácil, baixa vibração, trabalha bem à flexão
e não* tem maiores problemas quanto à manipulação, transporte, emendas e
cortes, além de não provocarem problemas de levantamento e risco de quebra.
- É uma* ótima solução para fundações de subsolo que vão até a divisa» pois
servem de contenção na fase de escavação e como f undação dos pilares na
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução48
Prof. José Mário Doleys Soares
divisa sem a necessidade de utilizar viga de equilíbrio, pois além de poderem
ser cravadas na divisa, absorvem os eventuais momentos fletores.
Características:
- Se totalmente enterradas no solo, estas estacas não apresentam proble mas
de corrosão, entretanto a NBR 6122 exige que se desconte 1,5mm de sua
superfície de contato com o solo.
- As emendas destas estacas são feitas por sofda ou talas de junção também
soldadas. A solda é feita com efetrodos OK 46 e OK 48.
- Faz-se uma fretagem posicionada acima da armadura de flexão do bloco.
Pode-se também envolver a estaca abaixo do pfano que contém a armadura
principal do bloco, com concreto armado e fretado, com comprimento de 50 cm.
Esta solução é adequada quando o espaçamento da armad ura do bloco for
menor que as dimensões da estaca. No caso de estacas tubulares, pode -se
preencher internamente a estaca com concreto num comprimento que garanta
a transmissão por aderência da carga resistida pela estaca.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução49
Prof. José Mário Doleys Soares
- Para os casos em que há in teresse em aumentar sua área de ponta para
permitir maior capacidade de carga, procede -se como nas figuras abaixo:
Não se deve usar o procedimento de concretar um bloco no pé da
estaca para aumentar a resistência de ponta, pois este provoca grande s
deslocamentos transversais, ameigando e desconfinando o fuste da estaca.
- Para os casos de estacas metálicas em cintato com água, usa -se a solução
abaixo:
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução50
Prof. José Mário Doleys Soares
Fases de execução de uma estaca metálica1- Colocação do elemento de estaca na posição.
2- Cracação do elemento de estaca com marteIo de queda livre ou martelo
diesel.
3- Colocação de novo segmento de estaca com utilização de emenda quando
não atingida a profundidade de projeto.
4 - Prosseguimento da cravação.
5 - Corte do excesso e preparo da cabeça. Estaca pronta .
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução51
Prof. José Mário Doleys Soares
Fases de execução de uma estaca Pré -moldada1- Posicionamento da estaca.
2- Cravação da estaca com martelo de queda livre ou martelo diesel.
3- Colocação de novo segmento de estaca com utilização de emenda quando
não atingida a profundidade de projeto.
4- Prosseguimento da cravação.
5- Cravação com prolongamento removível .
6- Estaca pronta.
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução52
Prof. José Mário Doleys Soares
Figura 19 - Estacas mistas
Figura 20 - Metálica (trilho)
Figura 21 - Pré- Moldada
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução53
Prof. José Mário Doleys Soares
Figura 22 - Estaca Pré-moldada Centrifugada
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução54
Prof. José Mário Doleys Soares
Figura 23 - Emenda deestacas pré-moldadas por luvas de aço (a) soldadas e (b) apenascomprimidas.
Estacas Prancha
São estacas utilizadas para paramentos .
Execução:
- Cravação no terreno de elementos dotados de um sistema de encaixe
longitudinal (metálicas) ou macho e fêmea (concreto) formando uma cortina.
- As estacas-prancha metálicas são implantadas através de cravação por
percussão ou vibração.
- Devido ao sistema de ligação entre as estacas, estas formam um paramento
estanque que evita o fluxo d'água e o carreamento de material para o interior
das escavações. Dependendo do comprimento de sua ficha e das
características do subsolo estas estacas podem dispensar muitas vezes a
utilização de sistemas de rebaixamento do lençol freático,
- Estas estacas podem ser reutilizadas, mas para tanto devem ser empregadas
como estrutura temporária e implantadas afastadas das estruturas definitivas. A
retirada destas estacas deixa vazios que desconfinam o terreno adjacente ,
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução55
Prof. José Mário Doleys Soares
podendo provocar recalques. No caso do escoramento ser a própria estrutura
definitiva, estas não poderão ser recuperadas para nova utilização, tornando o
processo antieconômíco. O escoramento inferior das estacas prancha é
proporcionado pelas próprias fichas que também suportam os esforços
verticais atuantes ne paramento.
- As estacas prancha de madeira são usadas em contenção de escavações de
pequena profundidade como por exemplo em valas para instalação de
tubulações de esgoto, águas pluviais, etc.
- As estacas prancha de concreto tem uso limitado para o caso de'contenções
altas, pois se torna difícil o seu manejo (pelo alto peso) e sua escavação. Além
disso apresentam falhas nas juntas entre as estacas que permitem a passagem
de água e solo para dentro das escavações.
Emprego:
Esta estrutura (quando metálica) apresenta a vantagem de ser
razoavelmente estanque à percolação de água. Entretanto seu custo é
elevado, principalmente em obras onde não for possível a sua recuperação
após a execução da estrutura definitiva.
Esta solução tem sido utilizada com mais frequência em obras marítimas
onde há necessidade de execução de ensecadeiras.
Figura 24- Preparo da cabeça da estaca
Cap.6 – Fundações em Estacas - Introdução56
Prof. José Mário Doleys Soares
Figura 25 - Modo correto de preparo da cabeça da e staca.