DECivil GESTEC ESTACAS CRAVADAS - civil.ist.utl.ptjoaof/tc-pb/06 Estacas cravadas - 7ª e 8ª... ·...

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il ESTACAS CRAVADASESTACAS CRAVADAS

Autor: Eng.º Paulo Pedro

Coordenação: Prof. F.A. Branco, Prof. Jorge de Brito, Prof. Pedro Vaz Paulo e Prof. João Pedro Correia

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1. INTRODUÇÃO

2. TIPOLOGIAS

3. VANTAGENS E DESVANTAGENS

4. ESTACAS EM MADEIRA

5. ESTACAS METÁLICAS

6. ESTACAS PRÉ-FABRICADAS EM BETÃO

7. PROCESSO DE EXECUÇÃO

ESTACAS CRAVADASESTACAS CRAVADAS

ÍÍNDICENDICE

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8. CONTROLO DE QUALIDADE NO FABRICO

9. CONTROLO DE QUALIDADE NA EXECUÇÃO

10. REFERÊNCIAS


ÍÍNDICENDICE

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1. INTRODUÇÃO

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Estacas cravadas

1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO


Pré-fabricadas

Fundações indirectas (profundas)

Alternativa às estacas moldadas

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Processo pouco utilizado em Portugal

Emissão de ruído Mais oneroso Emissão de vibração

Evolução das técnicas de cravação

Redução de ruído Diminuição de custos Redução de vibração

1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO


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2. TIPOLOGIAS

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2. TIPOLOGIAS 2. TIPOLOGIAS


CLASSIFICAÇÃO DAS ESTACAS

a) Quanto ao tipo de fundação

Fundações superficiais ou directas .................................. D/B < 4 (sapatas ou ensoleiramentos)

Fundações semi-profundas ou semi-directas ................... 4 ≤ D/B < 10 (pegões ou poços)

Fundações profundas ou indirectas..................................... D/B ≥ 10 (estacas)

(Nota: D = profundidade e B = largura ou diâmetro)

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ilCLASSIFICAÇÃO DAS ESTACAS

b) Quanto ao processo de execução

1. Cravadas

2. Moldadas

2.1 Executadas sem tubo moldador

2.1.1 Trado contínuo

2.1.2 Trado curto

2.1.3 Lamas bentoníticas 2.2 Executadas com tubo moldador

2.2.1 Recuperável

2.2.2 Perdido



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CLASSIFICAÇÃO DAS ESTACAS

c) Quanto ao comportamento e modo de funcionamento:

- ponta

- atrito lateral

- ponta e atrito lateral



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2. TIPOLOGIAS2. TIPOLOGIAS


c) quanto ao comportamento e modo de funcionamento(função dos estratos de solo que a estaca atravessa)

Estacas de ponta Mobilização de resistência na ponta da estaca, por compressão do solo;

Terrenos atravessados pelo fuste da estaca de qualidade medíocre e terreno onde a estaca se apoia, resistente e espesso

Estacas flutuantes Mobilização de resistência ao longo do fuste, por atrito ou adesão lateral;

Resistência do terreno no apoio muito pequena relativamente ao terreno atravessado pelo fuste da estaca (camada resistente a uma profundidade demasiado elevada);assentamentos não desprezáveis

Estacas mistas Mobilização de resistência ao longo do fuste e na ponta da estaca;

Conjugação das duas situações anteriores

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c) quanto ao comportamento e modo de funcionamento• Fundação rígida de 1ª ordem - funcionamento de ponta.

Estrato de terreno firme de grande espessura Pressão sobre a

ponta

Estrato de terreno sem capacidade resistente

Atrito

Carga

Nota: As estacas cravadas são geralmente dimensionadas como estacas de ponta pelo facto de o processo de cravação fazer geralmente diminuir drasticamente a resistência lateral mobilizável. Esta noção não é encarada de modo consensual por projectistas e fabricantes.

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c) quanto ao comportamento e modo de funcionamento

• Fundações rígidas de 2ªordem - funcionamento deponta e atrito lateral.

• Fundações flutuantes - atritolateral:

Terreno sem capacidade resistente

Atrito

Carga


Estrato de terreno firme de grande espessura

Estrato de terreno firme mas pouco espesso


Pressão sobre a ponta

Atrito

Carga

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d) Quanto à perturbação do solo

Relativamente a estacas cravadas, tem-se:

com grande perturbação pré-fabricadas maciças (betão e (sem extracção de solo) madeira)

pré-fabricadas tubulares (metálicas) com ponta obturada durante a cravação;

com pequena perturbação pré-fabricadas tubulares (metálicas)(sem extracção de solo) sem ponta obturada durante a cravação;

perfis metálicos (I, H);

Nota: Em geral, as estacas moldadas não causam perturbação no solo (única excepção: utilização de tubo moldador obturado na ponta)

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e) Quanto ao tipo de material

madeira

metálicas

Estacas

betão armado

mistas

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e) Quanto ao tipo de material

Estacas mistas - exemplos

Soluções de estacas mistas: (a) betão armado e madeira; (b) betão armado e aço; (c) betão armado com ponta metálica; (d) betão armado (secção vazada) e

betão armado

Soluções de estacas mistas: betão armado e madeira

a) b) c) d)

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f) Quanto à geometria

circular

quadrada

hexagonal

Secção octogonal

tubular

H

I

composta

etc.

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g) Quanto à posição:

- estacas verticais;

- estacas inclinadas.

h) Quanto à disposição:

- estacas isoladas;

- estacas em grupo.

Estacas verticais em grupo

Estacas inclinadas em grupo

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Factores na escolha:

- Características da estrutura e valores das cargas a suportar

- Qualidade e durabilidade necessárias (importância da obra)

- Tipo de solos atravessados (coerência, blocos rochosos)

- Existência de água no terreno (nível freático, percolação, “dentro de água”)

- Profundidade de um estrato resistente

- Zona de implantação (meio urbano, meio rural,…)

- Possibilidade de transporte e manuseamento das estacas

- Tipo e estado de degradação das estruturas adjacentes

- Tipo de equipamento disponível

- Número de estacas a executar

- CustoESTACAS CRAVADASESTACAS CRAVADAS

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3. VANTAGENS E DESVANTAGENS

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3. VANTAGENS E DESVANTAGENS3. VANTAGENS E DESVANTAGENS


Vantagens das estacas cravadas:rapidez de execução;

limpeza da obra;

podem ser cravadas até à nega prevista;

o terreno na ponta fica compactado e em contacto com esta;

estáveis em terrenos sem auto-sustentação (argilas moles, lodos);

possibilidade de serem recravadas quando sujeitas a levantamento do solo;

possibilidade de inspeccionar a estaca antes da cravação;

controlo da qualidade na execução da estaca;

resistência a ataques químicos;

o nível freático não afecta processo construtivo;

possibilidade de cravar grandes comprimentos;

possibilidade de execução através da água em estruturas marítimas;

podem ser instaladas a uma cota superior à do terreno;

podem aumentar a compacidade relativa da camada granular da fundação;

técnica de cravação e equipamento pouco dependentes das condições “in situ”.

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3. VANTAGENS E DESVANTAGENS3. VANTAGENS E DESVANTAGENS


Desvantagens das estacas cravadas:mais onerosas;

dificuldade na variação e ajuste do comprimento;

poderem ser danificadas por excessiva energia de cravação;

inadequadas em solos contendo elementos ou blocos duros;

espaço em estaleiro antes da cravação;

não poderem ser cravadas com grande diâmetro ou em condições de limitação do pé-direito;

provocam ruído e vibrações e deformação do terreno;

perturbação do terreno que pode levar a reconsolidação e desenvolvimento de atrito negativo nas estacas;

subida (expulsão) de estacas anteriormente cravadas, quando a penetração da ponteira destas estacas, na camada de apoio, não foi suficiente para mobilizar a necessária resistência às forças de levantamento;

levantamento e perturbação do terreno envolvente pode causar dificuldades e ter repercussões nas estruturas vizinhas.

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4. ESTACAS DE MADEIRA

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4. ESTACAS DE MADEIRA4. ESTACAS DE MADEIRA


Edifícios antigos

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Generalidades

processo mais antigo e simples de fundações indirectas;

Baixa Pombalina assente sobre estacas cravadas de madeira;

utilização actual reduzida má qualidade do material;

incremento das cargas nas estruturas;

comprimentos dos troços - troncos de árvores (dificilmente > 12 m);

posicionamento do tronco influencia a capacidade de carga da estaca:

resistência lateral => estaca cravada com a parte mais grossa para cima;

resistência de ponta => estaca cravada com a parte mais grossa para baixo;

boa durabilidade e resistência ao choque;

durabilidade influenciada pelo nível freático e humidade (fungos, insectos xilófagos - térmitas e carunchos -, moluscos, crustáceos);

tratamentos: produtos oleosos (creosote), sais à base de zinco, mercúrio e cobre (tóxicos e dissolvem-se com o tempo).

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Capacidade de cargapara solicitações verticais (valores indicativos)

Diâmetro(cm)

Carga(kN)

20 150

25 200

30 300

35 400

40 500

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5. ESTACAS METÁLICAS

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Generalidades

5. ESTACAS MET5. ESTACAS METÁÁLICASLICAS

Peças esbeltas;

muito resistentes;

aço laminado (I, H, tubos, etc.) ou soldado;

troços normalmente com comprimentos de 12 m;

emendas de troços por soldadura, com utilização

de talas soldadas e talas aparafusadas;

utilizados essencialmente como elementos de

estruturas de contenção.

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Vantagens


Pouca perturbação do terreno (excepto secções tubulares com ponta obturada);

fácil cravação em quase todos os tipos de terrenos;

prazos de entrega reduzidos (perfis de secção comercial);

facilidade de transporte e manuseamento;

facilidade em executar emendas e cortes;

possibilidade de comprimentos diferenciados;

possibilidade de acoplagem de várias estacas;

elevada resistência à compressão, flexão e corte;

elevado controlo de qualidade;

profundidades de cravação elevadas.

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Desvantagens


Encurvadura;

ruído na cravação por percussão;

vibração;

reduzida resistência de ponta;

Nota: possibilidade em aumentar

a área da ponta da estaca,

aumentando a resistência.

custo;

corrosão;

Nota: Corrosão controlável por:

• decapagem e protecção com pinturas (à base de óxido de chumbo);

• sobre-espessura - em geral adopta-se 1.5 mm (corrosão de 0.014 mm/ano);

• protecção catódica.

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6. ESTACAS PRÉ-FABRICADAS DE BETÃO

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6. ESTACAS PR6. ESTACAS PRÉÉ--FABRICADAS DE FABRICADAS DE BETÃOBETÃO

Generalidadesestacas em betão armado ou pré-esforçado;

executadas em fábrica, sendo depois transportadas para o estaleiro;

elevado consumo de cimento (460 a 550 kg/m3 de betão) e baixas relações a/c;

betões de alta resistência (tipicamente, acima de B45, sendo normal B60);

em fábrica, processo de compactação do betão por vibração (em geral) ou por centrifugação (estacas circulares vazadas);

dimensões das estacas de secção quadrada - de 200 mm a 400 mm.

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permitem comprimentos totais na ordem dos 50 m;

armazenamento feito em fábrica, sendo expedidas de acordo com as necessidades da obra;

possibilidade de controlo da qualidade na fase de fabrico, incluindo a colocação de armaduras e respectivos recobrimentos;

elevada resistência a ataques químicos - durabilidade em geral;

capacidades de carga desde 200 kN a 1500 kN;

boa resistência tanto à compressão como à flexão (devido à armadura longitudinal);

boa resistência ao corte (devido à armadura transversal, geralmente helicoidal);

solução apropriada quando importantes camadas de solos de fraca consistência se sobrepõem aos estratos escolhidos para fundação.

Vantagens

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Troços limitados a 12 m de comprimento (transporte);

tempo de cura do betão elevado (excepção: cura acelerada por vapor);

terrenos com seixo grosso / blocos rochosos;

terrenos com camadas alternadas de maior e menor resistência (punçoamento);

condicionadas pelas secções correntes;

secções não correntes => tempo de entrega mais elevado;

=> comprimentos condicionados;

cuidados especiais para o transporte e manuseamento (armadura condicionada pelo transporte e não apenas pelas solicitações de cravação e de serviço da estrutura).

Desvantagens

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7. PROCESSO DE EXECUÇÃO


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1. Cravação por percussãoBate-estacas com pilão de queda livre

Pilão (pormenor)Bate-estacas com pilão de queda livre

7. PROCESSO DE EXECU7. PROCESSO DE EXECUÇÇÃO ÃO 7.1 PROCESSOS7.1 PROCESSOS

DE CRAVADE CRAVAÇÇÃOÃO

Cepo de Madeira dura

Coxim de Madeira mole

Peça metálica

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1. Cravação por percussãoMartelo automáticoMartelo hidráulicoBSP 357



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1. Cravação por percussãoMartelo automáticoMartelos dieselDelmag D12 / D22



• Pistão levantado pelo cabo do bate estacas e deixado cair, accionando o mecanismo da bomba de combustível:

(i) Ao descer, o pistão comprime o ar no interior do cilindro juntamente com o óleo diesel;

(ii) O impacto provoca a ignição do combustível e a explosão é transmitida à estaca pela bigorna;

(iii) O pistão é então impulsionado para cima no momento do impacto.

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1. Cravação por percussãoGuias de estacaa associar aos martelos hidráulicos, diesel e de queda livre (só guia fixa)

Guia suspensa Guia fixa, BSP



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2. Cravação por vibração



Aplicação: Estacas metálicas (estacas-prancha, cravação de tubo moldador em estacas moldadas).

martelovibrador

ICE 815

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2. Cravação por vibração


DE CRAVADE CRAVAÇÇÃOÃODevido às vibrações transmitidas ao solo e a obras próximas, hoje em dia a sua utilização é restrita.

Martelo vibradorPE 2330 VM

(Variable moment)

Areias: auxílio de injecção de água(simples ou com bentonite) a alta pressão junto à ponta da estaca.

Argilas: pré-escavaçãocom trados para minimizar vibrações e evitar levantamento do terreno.

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3. Cravação por prensagem

• Sem vibração;• sem ruído;• pequeno porte - maior flexibilidade de utilização;• necessita de se fixar a um maciço ou a uma estrutura existente.



NOTA: Solução inicialmente idealizada para reforço de fundações onde não havia pé-direito disponível para instalar o bate-estacas.

Introdução de uma pressão na cabeça da estaca por macacos hidráulicos que reagem contra uma plataforma com sobrecargas ou contra a própria estrutura.

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3. Cravação por prensagemEstacas-prancha



Com este equipamento, o processo de cravação de uma estaca baseia-se na reacção contra 3 estacas já cravadas. O processo de remoção é o inverso.

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Protecção na fase de cravação

Reforço da Reforçocabeça da ponta


Pormenores construtivos

Emendas(1) Assemblagem(2) Talas de junção(3) Anel metálico

7. PROCESSO DE EXECU7. PROCESSO DE EXECUÇÇÃO ÃO 7.2 MADEIRA7.2 MADEIRA

Processo de cravação

Percussão - pilão de queda livre

Vibração

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Processo de cravaçãopor vibração

7. PROCESSO DE EXECU7. PROCESSO DE EXECUÇÇÃO ÃO 7.2 MADEIRA7.2 MADEIRA

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SecçõesPeças de aço laminado ou soldado:

- perfis em I ou H;

- tubos ocos;

- perfis compósitos;

- estacas-prancha;

- carris reaproveitados

das linhas férreas.

7. PROCESSO DE EXECU7. PROCESSO DE EXECUÇÇÃO ÃO 7.3 MET7.3 METÁÁLICASLICAS

Processos de cravação- percussão;

- vibração;

- prensagem (estacas - prancha).

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Processo de cravaçãopor percussão

Martelo dieselMartelo hidráulico


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Processo de cravaçãopor vibração


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Sequência de cravação

1. Eleva-se o primeiro troço da estaca e é colocado dentro de um tubo de protecção;

2. Coloca-se o conjunto, atrás referido, em posição de cravação da estaca;

3. Crava-se a estaca;4. No fim da cravação do primeiro troço, o segundo troço, já preparado

para a soldadura, é elevado e alinhado com o troço já cravado;5. Executa-se a soldadura de topo;6. Crava-se outra estaca enquanto a soldadura se processa;7. Repete-se o processo até se atingir a profundidade desejada;8. Verifica-se o local de cravação 24 horas depois, para verificar se

houve ou não relaxação (levantamento da estaca);9. Finalmente, apara-se o topo da estaca até ao nível pretendido.


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Elevação da estaca


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Cravação da estaca


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Ponta danificada da estaca


Corte da ponta

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Ligação de troços de estacas por soldadura (à direita, pormenor da ponteira metálica de um troço

inferior da estaca)


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Ligação ao maciço de fundação

Detalhe de ligação entre estaca metálica e maciço de fundação(solução da esquerda - difícil garantir regularidade e

planeza da superfície; solução da direita - mais eficiente)


CHAPA SOLDADA AO TOPO DO PERFILARMADURA SOLDADA À CHAPA ESTACA (20 CM DENTRO DO MACIÇO)

ENVOLVIDA POR CINTA HELICOIDAL E ANEL DE BETÃO COM 50 CM

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Secções- quadrada;- cilíndricas (maciças ou vazadas);- hexagonal;- octogonal.

7. PROCESSO DE EXECU7. PROCESSO DE EXECUÇÇÃO ÃO 7.4 BETÃO (PR7.4 BETÃO (PRÉÉ--FABRICADAS)FABRICADAS)

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Processo de fabricoEstacas de secção quadrada - Acessórios

Junta de ligação

Protecção metálica da ponta da estaca


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Armadura longitudinal e cintas

Processo de fabricoEstacas de secção quadrada - Armaduras

Ligação das juntas àarmadura longitudinal


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Betonagem

Moldes metálicos

Processo de fabricoEstacas de secção quadrada - Betonagem


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Processo de fabricoEstacas de secção quadrada -

Betonagem e Armazenamento

Armazenamento

Estacas betonadas


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Processo de cravaçãoEstacas de secção quadrada

2. Armazenamento em obra

1. Transporte


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Junta de ligação

Alternativa: anéis metálicos soldados

Protecção metálica da ponta da estaca


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3. Piquetagem (negativo - local de cravação da estaca)

Cepo


Capacete

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6. Elevação da estaca

5. Encaixe da estaca no capacete

4. Verificação da verticalidade (aprumo)



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7. Cravação - bate-estacas com pilão de queda livre

7. PROCESSO DE EXECU7. PROCESSO DE EXECUÇÇÃO ÃO 7.4 BETÃO (PR7.4 BETÃO (PRÉÉ--FABRICADAS)FABRICADAS)Processo de cravação

Estacas de secção quadrada

Verticalidade da estaca garantida através de guias laterais e verificada com fios de prumo.

NOTA 1: Em areias, a cravação pode ser auxiliada pela injecção de água (simples ou com bentonite) a alta pressão junto à ponta da estaca (jetting), aplicada através de um tubo no seu interior ou dois tubos exteriores, de modo a desagregar o terreno e reduzirtemporariamente o atrito ao longo do fuste.

NOTA 2: Em argilas, pode ser necessário pré-escavar o furo das estacas (com trados) para reduzir as vibrações e evitar o levantamento do terreno.

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(J. Santos, 2008) (J. Santos, 2008)

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Cavilha

8. Ligação dos troços

7. Cravação - bate-estacas com pilão de queda livre



NOTA: Verticalidade da estaca garantida através de guias laterais e verificada com fios de prumo.

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Pormenores das juntas

(J. Santos, 2008)

(J. Santos, 2008)

(J. Santos, 2008)

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9. Desencabeçamento da estaca

Prolongadores -cravação da

cabeça da estaca em profundidade



Desencabeçador

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10. Escavação para execução do maciço de encabeçamento


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Com martelos pneumáticos

(altura de amarração das armaduras da estaca no maciço)

Armaduras endireitadas após demolição do betão

11. Demolição de um troço de cerca de 50 cm da cabeça da estaca


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Pormenor de maciço de encabeçamento

Disposições construtivas → a altura do maciço de fundação deve garantir que a rigidez deste é muito superior àdas estacas, devendo ter-se H > Φ e H > B/2;→ deve garantir-se o comprimento de amarração das armaduras da estaca na vertical.


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www.sopecate.pt

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www.sopecate.pt

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8. CONTROLO DE QUALIDADE NO

FABRICO

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8. CONTROLO DE QUALIDADE NO 8. CONTROLO DE QUALIDADE NO FABRICOFABRICO

O controlo de qualidade no fabrico constitui uma das principais vantagens deste tipo de estacas.

Estacas metálicas - executadas em siderurgias (maior rigor na execução);

Estacas pré-fabricadas em betão - controlo de qualidade incide sobre:

• composição do betão;

• dimensão da secção transversal;

• posicionamento da armadura.

• compactação;

• cura.

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9. CONTROLO DE QUALIDADE NA

EXECUÇÃO

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9. CONTROLO DE QUALIDADE NA 9. CONTROLO DE QUALIDADE NA EXECUEXECUÇÇÃOÃO

Controlo in-situ para:verticalidade;verificação das profundidades atingidas;análise da integridade e da continuidade estrutural dos seus elementos;aferição da interacção estaca - solo;detecção da ocorrência de fenómenos de relaxação, etc.

Controlo por intermédio de :• nível;• determinação da nega;• medição do ricochete elástico (repique);• ensaio de carga estático;• ensaio de carga dinâmico;• ensaio sónico.

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• Baseado na teoria de propagação de ondas sónicas de tensão,

permitindo avaliar a integridade estrutural das estacas;

• análise das características de propagação de ondas sónicas de

tensão originadas na cabeça da própria estaca.

• detecção de descontinuidades ou anomalias na estaca tais como

fracturas, alargamentos e estreitamentos localizados, variação da

qualidade do betão da estaca, irregularidades no diâmetro no

corpo da estaca.

Ensaio sónico do eco (stress-wave)

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• O ensaio menos oneroso;

• um martelo é percutido contra a cabeça da estaca, produzindo uma onda de tensão que se propaga, sendo detectada por um acelerómetrocolocado também na cabeça da estaca;

• defeitos (descontinuidades / fracturas) provocam reflexão das ondas, que serão detectadas antes da que corresponde àbase da estaca.

Ensaio sónico do eco (stress-wave)

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Ensaio de carga estático

1. Carregar gradualmente a estaca com um peso transmitido à cabeça através de um macaco hidráulico (sem levar geralmente a estaca à rotura), medindo-se os deslocamentos correspondentes;

2. A estaca é descarregada também de uma forma gradual;

3. A partir dos resultados e nomeadamente da relação carga / deformação, épossível estabelecer correlações com a capacidade de carga da estaca.

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9. CONTROLO DE QUALIDADE9. CONTROLO DE QUALIDADE

Ensaios dinâmicos(resistência solo - estaca)São ensaios demorados e de elevado custo, sendo utilizados apenas nas obras importantes e num n.º reduzido de estacas.

Medem força e velocidade de propagação da onda de tensão gerada pelo impacto de uma carga gravítica no topo da estaca.

• Detectam localização e extensão de danos;

• permitem obter comportamento do solo e diagrama força - deslocamento do conjunto solo - estaca;

• parâmetros obtidos estão relacionados com a deformabilidade e a resistência do terreno (patente EUA).

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10. REFERÊNCIAS

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10. 10. REFERÊNCIASREFERÊNCIAS

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.

BRITO, Jorge de. SIMÕES, Teresa Nogueira - Execução de Estacas - CURSO, I.S.T., Lisboa, Janeiro de 2000.

Monografias das disciplinas de Processos de Construção e Tecnologia de Contenções e Fundações

SOPECATE - Normas, procedimentos e levantamento fotográfico

SETH - Normas, procedimentos e levantamento fotográfico

Catálogos de fabricantes de material de cravação


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Trabalho realizado com o apoio do Programa Operacional Sociedade da Informação - POSI


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