0PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Curso de Engenharia Civil FUNDAÇÕES RASAS E PROFUNDAS Belo Horizonte 2014 1 FUNDAÇÕES RASAS E PROFUNDAS Dissertação apresentada a disciplina de Estruturas de Fundações e Contenções do curso de Engenharia Civil da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. Prof. Sidney Santos Barradas Belo Horizonte 2014 2 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Etapas de execução da estaca tipo Franki ................................. 18 Figura 2 – Fases de execução das estacas do tipo hélice contínua ........... 20 Figura 3 – Etapas de execução das estacas raiz ........................................ 22 Figura 4 – Etapas de execução das microestacas ...................................... 24 3 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ......................................................................................... 5 2 OBJETIVOS ............................................................................................. 6 3 INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNINCAS PARA FINS DE FUNDAÇÕES ..... 6 4 TIPOS DE FUNDAÇÕES ......................................................................... 8 4.1 FUNDAÇÕES RASAS ........................................................................... 8 4.1.1 Sapata ................................................................................................ 8 4.1.1.1 Sapata Isolada ................................................................................ 8 4.1.1.2 Sapata associada ............................................................................ 8 4.1.1.3 Sapata corrida ................................................................................. 9 4.1.2 Bloco de Fundação ............................................................................ 9 4.1.3 Radier ................................................................................................. 9 4.2 Fundações Profundas ........................................................................... 9 4.2.1 Estacas Broca .................................................................................... 10 4.2.1.1 Estaca Franki .................................................................................. 10 4.2.1.3 Estaca Strauss ................................................................................ 10 4.2.1.4 Estaca escavada ............................................................................. 11 4.2.1.5 Estaca hélice contínua .................................................................... 11 4.2.1.6 Estaca injetada ................................................................................ 11 4.2.1.7 Estacas pré-moldadas ..................................................................... 12 4.2.1.8 Estacas mega .................................................................................. 12 4.2.2 Tubulão .............................................................................................. 12 4.2.2.1 Tubulão a céu aberto ....................................................................... 13 4.2.2.2 Tubulão a ar comprimido ................................................................. 13 4.2.3 Caixão ................................................................................................ 13 4.2.4 Retangulão ......................................................................................... 14 5 PROCEDIMENTOS EXECUTIVOS .......................................................... 14 5.1 Sapata ................................................................................................... 15 5.2 Tubulões ................................................................................................ 16 5.3 Estaca tipo broca ................................................................................... 17 5.4 Estaca tipo Franki .................................................................................. 17 5.5 Estaca tipo Strauss ............................................................................... 18 4 5.6 Estacas escavadas mecanicamente com trado helicoidal ..................... 19 5.7 Estacas tipo hélice contínua .................................................................. 19 5.8 Estacas injetadas .................................................................................. 20 5.8.1 Estacas raiz ........................................................................................ 21 5.8.2 Microestacas ...................................................................................... 22 5.9 Estacas pré-moldadas ........................................................................... 23 5.9.1 Estacas de concreto ........................................................................... 24 5.9.2 Estacas de madeira ............................................................................. 24 5.9.3 Estacas metálicas .............................................................................. 24 6 VANTAGENS E DESVANTAGENS ......................................................... 25 6.1 Fundações Rasas ................................................................................. 25 6.1.1 Sapata ................................................................................................ 25 6.1.2 Bloco de Fundação ............................................................................ 25 6.1.3 Radier ................................................................................................. 26 6.2 Fundações Profundas ........................................................................... 26 6.2.1 Estacas ............................................................................................... 26 6.2.1.1 Estaca broca ................................................................................... 26 6.2.1.2 Estaca Franki .................................................................................. 27 6.2.1.3 Estaca Strauss ................................................................................ 27 6.2.1.4 Estacas escavadas .......................................................................... 28 6.2.1.5 Estacas Hélice Contínua ................................................................. 28 6.2.1.6 Estacas injetadas ............................................................................ 29 6.2.1.7 Estacas pré-moldadas ..................................................................... 30 6.2.1.8 Estacas mega .................................................................................. 30 6.2.2 Tubulão .............................................................................................. 30 6.2.2.1 Tubulão a céu aberto ....................................................................... 30 6.2.2.2 Tubulão a ar comprimido ................................................................. 31 6.2.3 Caixão ................................................................................................ 31 6.2.4 Retangulão ......................................................................................... 31 7 ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÃO ...................................................... 32 8 CONCLUSÃO ........................................................................................... 33 9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................... 34 5 1 INTRODUÇÃO A fundação é onde a estrutura de uma obra de engenharia civil se apoia no terreno. O terreno precisa estar preparado para resistir ao impacto das cargas mortas e vivas advindas desta obra. Dependendo do carregamento, fundações rasas resolverão o problema, caso contrário será necessário escavar fundações profundas. Mais tarde iremos abordar esses conceitos preliminares. Para não gerar duabilidade com os termos fundação e terreno, a partir daqui trataremos como terreno de fundação o espaço físico no solo onde serão alojados os elementos de fundação que tem a função de receber estruturalmente os carregamentos (tensões) dos pilares e transmiti-los à base de apoio dos terrenos de fundação. Vamos apresentar esses elementos oportunamente. Além da definição qualitativa e quantitativa das cargas que serão aplicadas sobre o terreno de fundação, temos que saber, se o terreno de fundação está em condições de suportar essas solicitações ou seja, resistência em absorver o carregamento sem se romper ou deformar, o que colocaria a obra em risco de colapso. Sendo assim, no desenvolvimento de um projeto de fundações é indispensável o reconhecimento dos perfis dos solos envolvidos e de suas respectivas características geotécnicas. A investigação geotécnica, além de permitir a identificação de características geométricas e estruturais (que podem condicionar determinadas soluções), fornece parâmetros de resistência, de deformabilidade e de fluxo d’água. Vamos saber então, primeiramente, no que consiste as investigações geotécnicas para fins de fundações. Em seguida os tipos de fundações, os elementos de fundações, seus procedimentos executivos, as vantagens e desvantagens nas aplicações e por fim os parâmetros de escolha do tipo de fundação. 6 2 OBJETIVOS Conhecer os tipos e elementos de fundações padronizados na engenharia civil. As etapas de investigação do terreno, do projeto e execução das fundações. 3 INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNINCAS PARA FINS DE FUNDAÇÕES O reconhecimento das condições do subsolo é pré-requisito importante para o desenvolvimento de qualquer projeto de engenharia geotécnica, e portanto, nada justifica que um bom programa de investigação e campanhas de ensaio não seja feito de forma criteriosa e em tempo hábil. As investigações geotécnicas é que vão fornecer os subsídios necessários para o desenvolvimento do projeto, sendo as informações obtidas necessárias para tomadas de decisão para uma boa solução de projeto, tecnicamente e economicamente viável. Os ensaios de campo, juntamente com os ensaios de laboratório, definirão de forma satisfatória os diversos parâmetros do comportamento dos estratos da camada do subsolo, expondo suas propriedades geomecânicas. As investigações geotécnicas no Brasil são realizadas através de sondagens. Sondagens são perfurações executadas no local da obra com a finalidade de verificar a natureza e a origem do solo na área em estudo gerando dados que permitam a escolha do tipo de fundação. Estas pesquisas do solo variam de acordo com o tipo da obra, tempo e recursos disponíveis para tais estudos e fornecerão ao profissional dados estimados das camadas características do subsolo no local de implantação de uma obra, que é fator imprescindível para as decisões técnicas e financeiras. Sondagens, de acordo com o grau de exigência do tipo de obra, podem ser: Sondagem a trado ou cavadeira É um método de investigação geológico-geotécnica de solos que utiliza como instrumento o trado: um tipo de amostrador de solo constituído por lâminas cortantes, que podem ser em forma espiral ou convexas (trado concha ou cavadeira). Tem por finalidade a coleta de amostras deformadas, 7 determinação de profundidade do nível d'água e identificação dos horizontes do terreno. Sondagem a percussão (SPT) É o ensaio mais difundido em todo o mundo. Consegue determinar o nível do lençol freático, capacidade de carga e o perfil das camadas de solo como também a consistência e a compacidade em solos argilosos e arenosos respectivamente. Sondagem com a retirada de amostras indeformadas Processo quase todo manual, no qual são retiradas do subsolo amostra com o mínimo de perturbações (indeformadas) sendo mantida a sua estrutura e umidade natural, para que posteriormente em laboratório seja determinada vários índices, como massa específica e resistência do solo indeformado. Ensaios de resistência com penetração “in situ” – Dinâmicos ou Estáticos No ensaio de penetração estática (Cone Penetration Test) um cone é cravado verticalmente por pressão no solo. Medindo assim a fricção da camisa de atrito acima da ponteira do cone, como também a resistência a penetração da ponta do mesmo. Já no ensaio dinâmico (Piezocone) é medido também a poropressão. Métodos geofísicos – sísmicos Além da geometria das camadas rochosas, o método também permite a extração de parâmetros físicos, tal como a densidade das rochas. Método que exige técnicos especializados, equipamentos sofisticados e onerosos, recomendado somente para serviços em rochas, em obras com grande poder de capital. Sondagem rotativa Esse método é usado para retirar amostras contínuas em formato cilíndrico (testemunho de rocha) de materiais rochosos. Para realizar essa extração é utilizado um conjunto moto mecanizado através de movimentos de penetração e rotação aplicados ao barrilete acoplado a broca diamantada. 8 TIPOS DE FUNDAÇÕES 4.1. Fundações Rasas Fundações ditas rasas, superficiais ou diretas, são aquelas apoiadas logo abaixo da infraestrutura, caracterizam-se pela transmissão da carga ao terreno de fundação predominantemente pelas pressões distribuídas sob a base da fundação, e cuja profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação. 4.1.1. Sapata Elemento de fundação executado em concreto armado, de altura reduzida em relação às dimensões da base, dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo emprego de armadura disposta para esse fim, e que se caracterizam por trabalhar à flexão. 4.1.1.1. Sapata isolada Situação em que a sapata suporta apenas um pilar, no caso particular de o pilar ser de divisa, a sapata é chamada de divisa. 4.1.1.2. Sapata associada Situação em que a sapata é comum a vários pilares, cujos centros, em planta, não estejam alinhados. 9 4.1.1.3. Sapata corrida Sapata sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente ou de pilares ao longo de um mesmo alinhamento. 4.1.2. Bloco de Fundação Elemento de fundação superficial de concreto de grande rigidez, dimensionado de modo que as tensões de tração nele produzidas sejam resistidas pelo concreto, sem necessidade de armadura, sendo executado com concreto simples ou ciclópico. Pode ter as faces verticais, inclinadas ou escalonadas e apresentar planta de seção quadrada ou retangular. 4.1.3. Radier Elemento de fundação que assemelha-se a uma placa ou laje de concreto armado ou protendido que abrange parte ou todos os pilares de uma estrutura, distribuindo os carregamentos uniformemente no terreno de fundação. 4.2. Fundações Profundas Fundações ditas profundas são aquelas que transmitem a carga ao terreno de fundação pela base, resistência de ponta, ou por sua superfície lateral, resistência de atrito do fuste, ou por uma combinação das duas, devendo sua ponta ou base estar assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no mínimo 3,0 metros. 10 4.2.1. Estaca Elemento de fundação esbelto que, colocado ou moldado no solo por cravação ou perfuração, tem a finalidade de transmitir cargas ao solo, seja pela resistência sob sua extremidade inferior (resistência de ponta ou de base), seja pela resistência ao longo de sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas. É executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas, sem que, em qualquer fase de sua execução, haja descida de pessoas. Quanto ao material as estacas podem ser de: madeira, aço ou metálicas, concreto pré-moldado ou moldado in loco, ou pela combinação dos anteriores. 4.2.1.1. Estacas Broca Executada por perfuração com trado e posterior concretagem in loco, normalmente com diâmetro variando entre 15 e 25 cm e comprimento de até 6,0 m. As estacas tipo broca são normalmente empregadas para pequenas cargas. 4.2.1.2. Estaca Franki 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. 4.2.1.3. Estaca Strauss Executada por perfuração através de piteira, com uso parcial ou total de revestimento recuperável e posterior concretagem in loco. 11 4.2.1.4. Estacas Escavadas Executada a partir de uma escavação prévia feita no terreno por um trado helicoidal mecânico onde, posteriormente, é feita a concretagem in loco. 4.2.1.5. Estacas Hélice Contínua Estaca 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. 4.2.1.6. Estacas Injetadas Executada através de injeção sob pressão de produto aglutinante, normalmente calda de cimento ou argamassa de cimento e areia, com o objetivo de garantir a integridade do fuste ou aumentar a resistência por atrito lateral, de ponta, ou de ambas. A injeção do produto aglutinante pode ser feita durante, ou após a instalação da estaca. Estacas Raiz São aquelas em que se aplicam injeções de ar comprimido, a baixas pressões (inferiores a 5,0 MPa), imediatamente após a moldagem do fuste e no topo do mesmo, simultaneamente com a remoção do revestimento. 12 Microestacas As injeções são realizadas empregando-se válvulas tipo “manchete” instaladas nas escavações previamente realizadas. 4.2.1.7. 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 subdivididas conforme o material empregado: concreto, madeira ou metálicas. 4.2.1.8. Estacas Mega Estacas geralmente de concreto cravadas com auxílio de um macaco hidráulico que pode reagir contra uma cargueira ou contra a própria estrutura. Muito utilizada no reforço de fundações, podendo também ser usada como fundação inicial nos casos em que há a necessidade de reduzir a vibração ao máximo e quando nenhum outro tipo de estaca pode ser feito. 4.2.2. Tubulão Elemento de fundação cilíndrico escavado no terreno em que, pelo menos na sua etapa final, há descida de pessoas, que se faz necessária para executar o alargamento de base ou pelo menos a limpeza do fundo da escavação, uma vez que neste tipo de fundação as cargas são transmitidas preponderantemente pela ponta. Pode ser feito a céu aberto ou sob ar comprimido, e ter ou não base alargada. 13 4.2.2.1. Tubulão a céu aberto Elemento de fundação constituído concretando-se um poço aberto no terreno, geralmente dotado de uma base alargada, sendo executado acima do nível da água natural ou rebaixado, ou, em casos especiais, em terrenos saturados onde seja possível bombear a água sem risco de desmoronamentos. No caso de existir apenas carga vertical, este tipo de tubulão não é armado, colocando-se apenas uma armadura de topo para ligação com o bloco de coroamento. 4.2.2.2. Tubulão a ar comprimido Elemento de fundação executado em solo onde haja água e não seja possível esgotá-la devido ao perigo de desmoronamento. Utilizam-se tubulões pneumáticos com camisa de concreto ou de aço. Caso a camisa seja de concreto, todo o processo de cravação da camisa, abertura e concretagem da base é feito sob ar comprimido, com auxílio de operários executando o serviço manualmente. Se a camisa for de aço, a cravação da mesma é feita com auxílio de equipamentos e, portanto a céu aberto, apenas os serviços de abertura e concretagem da base são feitos sob ar comprimido. A pressão máxima de ar comprimido utilizada é de 3 atm., limitando a profundidade dos tubulões pneumáticos a 30 metros de profundidade. 4.2.3. Caixão 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. 14 4.2.4. Retangulão Caso especial dos caixões, com seção retangular, muito empregado em reforço de muros de divisa, garantindo a estabilidade dos mesmos e do entorno durante o processo de escavação para a implantação da obra. 5. PROCEDIMENTOS EXECUTIVOS Os elementos necessários para o desenvolvimento de um projeto de fundações são: Topografia da área Levantamento topográfico (planialtimétrico); Dados sobre taludes e encostas no terreno (ou que possam no caso de acidente atingir o terreno); Dados sobre erosões (ou evoluções preocupantes na geomorfologia). I. Dados geológico-geotécnicos Investigação do subsolo; Outros dados como mapas, fotos aéreas, artigos sobre experiências anteriores na área, etc. II. Dados da estrutura a construir Tipo e uso que terá a nova obra; Sistema estrutural; Cargas (ações nas estruturas). III. Dados sobre construções vizinhas Tipo de estrutura e fundações; Número de pavimentos, carga média por pavimento; 15 Desempenho das fundações; Possíveis consequências de escavações e vibrações provocadas pela nova obra. IV. Ações nas fundações As solicitações que a estrutura está sujeita podem ser classificadas em dois grupos: a. Cargas vivas: Cargas operacionais (ocupação, armazenamento, passagem de veículos, frenagens, etc.); Cargas ambientais (ventos, correntes, etc.); Cargas acidentais (colisão, explosão, fogo, etc.). b. Cargas mortas ou permanentes Peso próprio da estrutura; Máquinas fixas; Empuxo de terra e água. A seguir estão descritos os procedimentos executivos de diversos tipos de elementos de fundação. 5.1 Sapata A execução das sapatas é dividida nas seguintes etapas: Etapa 1:Gabarito da obra contendo os eixos dos pilares; Etapa 2: Boletim do controle da execução contendo – identificação e dimensões teóricas, cota de apoio, verificação da locação, dimensões reais da sapata, controle do posicionamento da armação, consumo real de concreto e resistência do concreto; Etapa 3: Locação dos CG dos pilares e das sapatas; 16 Etapa 4: Definição da cota de apoio das sapatas pelo engenheiro de solos (função do solo de apoio, proximidade com as outras sapatas e altura estrutural das sapatas); Etapa 5: Informar ao engenheiro estrutural sobre mudança no comprimento dos pilares (problemas com flambagem), caso haja necessidade de rebaixar o apoio da sapata; Etapa 6: Verificação do terreno de apoio pelo engenheiro de solos; Etapa 7:Concreto magro no fundo da cava que deve estar limpa (sem lama e sem solo proveniente do reaterro e sem água); Etapa 8: Forma com medidas corretas, armação de arranque dos pilares e viga de travamento de acordo com o projeto; Etapa 9: Concretagem; Após a concretagem, o reaterro da sapata é compactado manualmente ou com auxílio de sapo mecânico. 5.2 Tubulões A execução de tubulões é dividida nas etapas apresentadas a seguir: Etapa 1: Locação dos tubulões; Etapa 2: Boletim de controle de execução contendo: identificação, dimensões do tubulão, cota de apoio, comprimento escavado e concretado, dimensões finais da base, consumo real de concreto, slump e resistência do concreto; Etapa 3: Definição da cota de apoio pelo engenheiro; Etapa 4: Inspeção no solo de apoio para a liberação da abertura de base; Etapa 5: Inspeção da base para liberação da concretagem do tubulão pelo engenheiro; Etapa 6: Posicionamento da armação; Etapa 7: Moldagem do corpo de prova para romper ao 7,14 e 28 dias; Etapa 8: Etapa 9: Poceiro adensa e espalha o concreto na base, pisoteando-o; 17 Etapa 10: Concretagem da cota de arrasamento do tubulão acrescido de 5 cm (borda). 5.3 Estaca tipo broca Este tipo de fundação profunda é executado por perfuração com trado, concretagem in loco. O diâmetro destas estacas varia entre 15 e 25 cm e 6,0 m de comprimento. As estacas tipo broca são usualmente utilizadas para pequenas cargas, devido às limitações que envolvem seu processo de execução. 5.4 Estaca tipo Franki A estaca Franki é executada por meio da cravação no terreno de um tubo de ponta fechada, por meio da bucha, e execução de uma base alargada, obtida por intermédio da introdução no terreno de certa quantidade de material granular por meio de golpes de um pilão. A execução da estaca Franki é feita por um bate-estaca e tubos para revestimento do furo e pilões. A execução é dividida em 6 etapas: 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 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: Após a cravação, o tubo é preso à torre do bate-estaca por cabos de aço, com o intuito de expulsar a bucha e iniciar a execução da base alargada, que é realizada pelo apiloamento de camadas sucessivas de concreto quase seco; Etapa 4: Nesta fase há a colocação da armação da estaca, garantindo a sua ligação com a base alargada; Etapa 5: Há a concretagem do fuste, com o lançamento de camadas sucessivas de concreto quase seco; 18 Etapa 6: Finalização do processo executivo, onde a concretagem do fuste ocorre até 30 cm acima da cota de arrasamento. A figura seguinte apresenta as etapas do processo de execução descritas anteriormente. Figura 1 - Etapas de execução da estaca tipo Franki Fonte: HACHICH, W. et al. 5.5 Estaca Tipo Strauss A estaca tipo Strauss é executada por perfuração através da piteira, com uso parcial ou total de revestimento recuperável e posterior concretagem in loco. O equipamento para execução é constituído por um tripé de madeira ou aço, um guincho acoplado a um motor (combustão ou elétrico), uma sonda de percussão munida de válvula em sua extremidade inferior, para a retirada da 19 terra, um soquete com aproximadamente 300 Kg, tubulação de aço com elementos entre 2 e 3 metros de comprimento rosqueáveis, guincho manual par a retirada da tubulação, cabos de aço, roldanas e ferramentas. 5.6 Estacas escavadas mecanicamente com trado helicoidal A execução da estaca escavada mecanicamente com trado helicoidal é feita a partir de uma escavação prévia no terreno por um trado helicoidal mecânico. Vale lembrar que este tipo de estaca não provoca deslocamento do solo durante sua execução. Para a execução da escavação é utilizado um trado helicoidal mecânico, com diâmetros entre 0,2m a 1,7m. Este equipamento pode executar estacas com profundidade variando entre 6,0 a 10,0 metros. As etapas de execução destas estacas são: Etapa 1: Instalação, nivelamento e posicionamento do trado onde será executada a estaca; Etapa 2: Perfuração do solo com a haste helicoidal até a cota desejada; Etapa 3: Remoção da haste, sem girar, fazendo-a girar no sentido horário ao da perfuração, a cada 2,0 m, para auxiliar a remoção do solo aderido; Etapa 4: Apiloamento do furo com soquete de concreto fabricado na própria obra; Etapa 5: Concretagem do furo, empregando-se um funil, com comprimento igual a 5 vezes o diâmetro interno do furo, até um diâmetro acima da cota de arrasamento; Etapa 6: Vibração do concreto nos 2,0 m superiores da estaca; Etapa 7: Colocação da armadura de ligação, ficando 50 cm acima da cota de arrasamento. 5.7 Estacas tipo hélice contínua Este elemento de fundação profunda é constituído por concreto moldado in loco, executada por meio de trado contínuo e injeção de concreto, sob pressão 20 controlada, através da haste central do trado e sua retirada do terreno. As etapas de execução estão apresentadas na figura a seguir. Figura 2 – Fases de execução das estacas do tipo hélice contínua Fonte: HACHICH, W. et al. O esquema acima apresenta as seguintes etapas de execução: Etapa 1: Há a perfuração, que é a cravação da hélice no terreno até a cota estipulada em projeto; Etapa 2: Concretagem simultânea à extração da hélice no terreno. Há o bombeamento do concreto pela haste, de forma a ocupar o espaço deixado pela hélice quando é extraída do terreno sem girar ou, em solos arenosos, girando-se lentamente no sentido da perfuração. Etapa 3: Nesta fase há a colocação da armadura. 5.8 Estacas injetadas A execução destas estacas é feita através de injeção sob pressão de produto aglutinante, normalmente calda de cimento ou argamassa de cimento e 21 areia. O intuito desta execução é garantir a integridade do fuste e aumentar a resistência por atrito lateral, de ponta, ou as duas simultaneamente. Diante do processo de injeção do agente aglutinante, as estacas injetadas são divididas em dois grupos: Estacas raiz: são aquelas que se aplicam injeções de ar comprimido, a baixas pressões, imediatamente após a moldagem do fuste e no topo do mesmo, com a remoção do revestimento. Microestacas: as injeções são realizadas através de válvulas tipo “manchete” instaladas nas escavações previamente realizadas. 5.8.1 Estacas Raiz O procedimento de execução das estacas-raiz compreende as seguintes etapas: Etapa 1: Perfuração do terreno auxiliada por circulação de água; Etapa 2: Instalação da armadura. As barras de aço são montadas em gaiolas ou barras simples centralizadas nos furos; Etapa 3: Preenchimento do furo com argamassa. A realização da injeção é feita de baixo para cima, até que a argamassa ou calda de cimento extravase a broca pela boca do tubo de revestimento; Etapa 4: Aplicação de golpes de ar comprimido e remoção do tubo de revestimento. A vedação da extremidade superior do tubo de revestimento é feita com um tampão metálico rosqueável ligado a um compressor de ar. A aplicação dos golpes de ar comprimido é auxiliada por macacos hidráulicos. A remoção dos tubos de revestimento é feita à medida que são aplicados os golpes de ar comprimido à argamassa existente no interior da perfuração realizada. É realizada a correção do nível da argamassa no interior da perfuração. As etapas descritas anteriormente podem ser compreendidas na figura seguinte. 22 Figura 3 – Etapas de execução das estacas raiz Fonte: Fonte: HACHICH, W. et al. 5.8.2 Microestacas A execução das microestacas é feita por meio das seguintes etapas: Etapa 1: Perfuração auxiliada por circulação de água. A realização é similiar ao procedimento descrito para as estacas raiz; Etapa 2: Instalação do tubo manchete. São instaladas as válvulas do tipo “manchete” nos tubos de PVC ou aço, espaçadas em 1 metro, para injeção de calda de cimento, ou argamassa de cimento, ou argamassa de cimento e areia; Etapa 3: Execução da bainha. Há o preenchimento da região interna ao tubo de revestimento e externa ao tubo-manchete, com argamassa cimento e areia ou calda de cimento, ocorrendo simultaneamente com a retirada do tubo de revestimento. 23 Etapa 4: Injeção da calda de cimento. Esta injeção é realizada com o auxílio de um tubo dotado de obturador duplo, acoplado a um misturador e bomba de injeção, sendo, em geral, iniciada após a bainha ter concluído a pega e iniciado o endurecimento e realizada no sentido ascendente, passando para válvula superior quando comprovado que a injeção da válvula inferior já promoveu a suficiente deformação do solo. Etapa 5: Vedação do tubo manchete. O preenchimento do tubo manchete é feito com calda de cimento ou com argamassa, com ou sem armadura complementar. A figura seguinte apresenta as etapas do processo de execução descritas anteriormente. Figura 4 – Etapas de execução das microestacas Fonte: HACHICH, W. et al. 24 5.9 Estacas pré-moldadas As estacas pré-moldadas são caracterizadas por serem cravadas no terreno por percussão, prensagem ou vibração, constituídas por um único elemento estrutural ou associação de dois destes materiais, quando será denominada estaca mista. As estacas pré-moldadas são subdividas em função do material empregado na sua execução, tais como: 5.9.1 Estacas de concreto Concreto protendido ou centrifugado; Controle tecnológico em sua fabricação; Não é recomendado em locais com matacões ou camadas pedregulhosas; Verificação da integridade antes da cravação. 5.9.2 Estacas de madeira Feitas com madeira resistente; O diâmetro deve estar na faixa de 18 a 35 cm e o comprimento de 5,0 a 8,0m; 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. Caso a estaca tenha que atravessar camadas resistentes, as pontas devem também ser protegidas por ponteiras de aço; Deve receber tratamento para combater o apodrecimento e a ação de insetos; A vida útil desta é praticamente ilimitada quando mantida totalmente abaixo do nível d’água; 5.9.3 Estacas metálicas 25 As perturbações produzidas no solo durante a cravação são inferiores às estacas de concreto e madeira; A soldagem dos perfis constituintes de uma mesma estaca deve ser verificada, de maneira a garantir uma união eficiente; Apresentam elevada capacidade de suporte; VANTAGENS E DESVANTAGENS 6.1 Fundações Rasas 6.1.1 Sapata Vantagens: o Vantajoso quando a área ocupada pela fundação abranger no máximo 50% a 70% da disponível. o Custo baixo. Desvantagens: o Utilizada apenas em pequenas edificações. o Não deve ser utilizada em: aterro não-compactado, argila mole, areia fofa e muito fofa, existência de água onde o rebaixamento do lençol freático não se justifica economicamente. 6.1.2. Bloco de Fundação • Vantagens: o Vantajoso quando a área ocupada pela fundação abranger no máximo 50% a 70% da disponível. o Custo baixo. o Não armado. • Desvantagens: o Utilizada apenas em pequenas edificações. 26 o Não deve ser utilizada em: aterro não-compactado, argila mole, areia fofa e muito fofa, existência de água onde o rebaixamento do lençol freático não se justifica economicamente. 6.1.3. Radier Vantagens: o Vantajoso quando a área ocupada pela fundação abranger no máximo 50% a 70% da disponível. o Custo baixo. • Desvantagens: o Utilizada apenas em pequenas edificações. o Não deve ser utilizada em: aterro não-compactado, argila mole, areia fofa e muito fofa, existência de água onde o rebaixamento do lençol freático não se justifica economicamente. o Custo elevado em alguns casos, devido às condições do solo e dimensões da obra. 6.2. Fundações Profundas 6.2.1. Estacas 6.2.1.1. Estacas Broca Vantagens: o Não provocam vibração durante a sua execução. o Podem servir de cortinas de contenção para construção de subsolos, quando executadas de forma sobreposta. Desvantagens: o Apenas pequenas cargas (50 kN a 100 kN). o Comprimento de até 6,0 m apenas. 27 o Limitações de execução em profundidades abaixo do nível d’água. 6.2.1.2. Estaca Franki Vantagens: o Cargas entre 550 a 1700 kN. o Utilização em casos nos quais a camada resistente encontra- se a profundidades variáveis. Desvantagens: o Não recomendada para terrenos com matacões. o Situações em que as construções vizinhas não possam suportar grandes vibrações. o Não recomendada em terrenos com camadas de argila mole saturada, devido aos possíveis problemas de estrangulamento do fuste. 6.2.1.3. Estaca Strauss Vantagens: o Cargas entre 200 e 800 kN. o Não provoca vibrações. o Leveza e simplicidade do equipamento, o que possibilita a sua utilização em locais confinados, em terrenos acidentados ou ainda no interior de construções existentes, com o pé direito reduzido. Desvantagens: o Não recomendada para execução abaixo do nível d’água. o Risco de estrangulamento do fuste em argilas moles saturadas. 6.2.1.4. Estacas Escavadas 28 Vantagens: o Cargas acima de 1500 kN. o Não causam vibração. Desvantagens: o Execução em profundidades acima do nível d’água, e em solos coesivos. o Necessitam de área relativamente grande para instalação do equipamento. 6.2.1.5. Estacas Hélice Contínua Vantagens: o Elevada produtividade e versatilidade. o Economia devido à redução dos cronogramas de obra. o Pode ser executada na maior parte dos maciços de solo. o Não produz distúrbios e vibrações típicos dos equipamentos a percussão. o Controle de qualidade dos serviços executados. o Não causa a descompressão do terreno durante a sua execução. Desvantagens: o Porte do equipamento, que necessita de áreas planas e de fácil movimentação. o Pela sua produtividade exige central de concreto no canteiro de obras. o Pelo seu custo é necessário um número mínimo de estacas a se executar para compensar o custo com a mobilização do equipamento. o Não recomendada para solos onde ocorrem matacões e rochas. 6.2.1.6. Estacas Injetadas 29 Estacas Raiz o Vantagens: Equipamento para a perfuração passa por lugares baixos. Atinge até 50m de profundidade. A estaca pode ser inclinada, o que possibilita alcançar solo resistente mesmo que ele esteja fora dos limites da construção. o Desvantagens: A água que remove a terra do buraco forma muita lama. Não age imediatamente. Precisa de um tempo de acomodação para que a casa rebaixe um pouco e a estaca ofereça resistência ao afundamento. Microestacas o Vantagens: Diâmetro reduzido (10 a 20 cm); Grande comprimento; Qualquer direção espacial (entre 0 e 90 º); Aplicação válida em qualquer tipo de terreno; Capacidade de carga relativamente elevada mesmo em solos de características fracas ou impermeáveis; Funcionamento à tração ou compressão; Excelente controle de assentamentos; Versáteis, apresentam campos de aplicação distintos. o Desvantagens: Necessidade de recorrer a firmas especializadas com equipamento e mão de obra adequados. Pequenos diâmetros. 30 Reduzida capacidade para transmitir cargas por ponta. 6.2.1.7. Estacas pré-moldadas Vantagens: o Garantia da capacidade de carga. o Rapidez na execução da obra. o Versatilidade alta. Desvantagens: o Custo elevado. o Necessidade de local para estocagem. 6.2.1.8. Estacas Mega Vantagens: o Emprego em reforço de fundações. o Redução máxima de vibração. Desvantagens: o Cargas em torno de 700 kN. 6.2.2. Tubulão 6.2.2.1. Tubulão a céu aberto Vantagens: o Utilizados para qualquer faixa de carga. o Não causa vibração. Desvantagens: 31 o Utilizado apenas para profundidades acima do nível da água quando não se consegue esgotar a mesma. o Risco de acidentes envolvendo operários que escavam a base. 6.2.2.2. Tubulão a ar comprimido Vantagens: o Cargas elevadas (acima de 3000 kN) o Utilização abaixo do nível d’água, até 30 m de profundidade. Desvantagens: o Risco de acidentes envolvendo operários que escavam a base. o Demora na execução. o Custo elevado com mão de obra. 6.2.3. Caixão Vantagens: o Em alguns casos é mais viável economicamente do que o tubulão. Desvantagens: o Custo benefício baixo em relação ao tubulão. 6.2.4. Retangulão Vantagens: o Aplicação como reforço de fundação de muros de divisa. Desvantagens: o Apresenta cargas baixas. 7. ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÃO 32 A escolha de uma fundação para uma determinada obra em um terreno específico é função de duas variáveis: Satisfazer as condições técnicas Satisfazer as condições econômicas Sendo assim as seguintes informações devem ser cuidadosamente observadas: Edificações circunvizinhas Natureza e características do subsolo no local da obra Grandeza das cargas a serem transmitidas as fundações Limitação dos tipos de fundações existentes no mercado. A fundação adequada é determinada através de eliminação, ou seja, primeiro são escolhidas entre as fundações existentes os tipos que atendam a obra tecnicamente, e em seguida dentro desse grupo selecionado então é escolhida a que melhor atenda ao poder financeiro da obra. É muito importante ressaltar que a carga média de 12kPa/andar é estimada para edifícios residenciais ou de escritórios em concreto armado, quando o cálculo estrutural não é conhecido. Lembrando também que a escolha do tipo de fundação deverá satisfazer simultânea e separadamente os critérios relativos às margens de segurança tanto contra a ruptura quanto contra recalques incompatíveis com o tipo da estrutura. Em relação aos recalques devem ser considerados: construído e as fundações carregadas. das camadas ao longo do tempo, posteriormente ao término da obra e carregamento completo das fundações. recalque de valores diferentes. Caso os recalques se estabilizem, sem gerar esforços superiores ao permitido pelo cálculo estrutural, não devem ocorrer maiores danificações na edificação. Mas caso os recalques não se estabilizarem, ocorrerá a evolução 33 do recalque, passando as fissuras capilares, a fissuras milimétricas, a trincas e rachaduras e consequentemente levando a ruína da edificação. Esta evolução dos recalques bem como a tendência de estabilização ou não, podem ser acompanhados com o emprego da Topografia. 8. CONCLUSÃO Ao final do presente trabalho ficou bastante evidente que o projeto e o processo executivo de uma fundação, seja ela profunda ou rasa, requer uma análise criteriosa a partir do tipo de sondagem a ser escolhida para estudar o subsolo até a escolha final do tipo de fundação a ser usada num determinado terreno para uma determinada obra. Sendo assim, é de suma importância para os futuros engenheiros civis, estarem sempre procurando elevar o seu conhecimento sobre os tipos de solos e as suas propriedades, como também os tipos de fundações e o seu funcionamento. Dessa maneira o engenheiro se tornará cada vez mais consciente, e consequentemente evitará muitos dos erros incabíveis que vem acontecendo nessa área da engenharia nos últimos tempos no Brasil. Ultimamente tem ocorrido no Brasil vários acidentes provocados por profissionais que tentam economizar nas sondagens de reconhecimento do solo e também ao optarem por fundações economicamente adequadas para aquela obra mas que tecnicamente não poderia ser usada naquelas condições. E as consequências desses atos são catastróficas, causando o desabamento de muitas edificações e consequentemente mortes também. Portanto a realização deste trabalho proporcionou aos alunos um olhar crítico em relação a construção de uma fundação que até então era pouco aguçado. Mostrando pra os mesmos que essa é uma área que não permite erros. Levando esse aprendizado para toda a vida profissional, pois os estudantes agora estão aptos a discutir sobre o assunto nos seus futuros estágios e/ou trabalhos. 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 34 ALONSO, U. R. Exercícios de Fundações. Editora Edgard Blücher Ltda. SP. 1984 HACHICH, W. et al. Fundações: Teoria e Prática. Editora Pini Ltda. SP. 1996 Notas de aula da disciplina de Estrutura de Fundações e Contenções. 2014. ABNT NBR 6122/2010.