Geotecnia de FundaçõesProf. M. Marangon Marinho, F. Mecânica dos Solos e Fundações – USP (2008) 5. 1. 3 - Estacas Escavadas - Sem Deslocamento Assim se denomina a estaca em que, com auxílio de lama bentonítica (se for o caso), é previamente feita uma perfuração no terreno, com retirada de material, em seguida, é cheia com concreto (concretagem submersa, quando abaixo do nível d’água). Essas estacas substituem, em alguns casos, os clássicos tubulões sob ar comprimido. Os seus diâmetros variam até 2,5 m e suas profundidades alcançam 40 m ou mais. Estacas Escavadas [1]. Trado devidamente posicionado e pronto para iniciar escavação. [2]. Terreno nivelado facilitando a estabilização do caminhão. [3 e 4]. Torre e haste na posição vertical (verificada pelo nível instalado na torre). [5]. Componente hidráulico: ao chegar à obra, é acionado para que a haste fique na posição vertical. Todo o processo é mecanizado. 10 É cravada em pequena profundidade. com o auxílio de um trado manual. Estacas Broca Estacas Hélice Contínua 11 .Geotecnia de Fundações Prof. 2) Colocação da perfuratriz Wirth e escavação em rocha por circulação reversa. Marangon Exemplo de ESTACA ESCAVADA EM ROCHA Apresentado por Armando Negreiros Caputo BRASFOND / BRASFIX / SPFE Obra: Ponte sobre o Rio Orinoco Seqüência Construtiva: 1) Cravação de camisa metálica até o topo da rocha. M. Estaca em que a perfuração do solo é feita manualmente. 3) Colocação da armadura. 4) Concretagem submersa da estaca. 5) Estaca pronta. Estacas Escavadas Retangular (Barrete) Segundo publicação da Franki. completando com lama o volume escavado. 4) Terminada a concretagem. a utilização das estacas escavadas oferece as seguintes vantagens: . Seqüência executiva: 1) Colocação da camisa guia escavação com clamshell.possibilidade de atingir grandes profundidades. .Geotecnia de Fundações Prof. . reduzindo deste modo o volume dos blocos. 2) Atingida a profundidade prevista.execução rápida.execução sem vibração e ruídos. com uso ou não de lama bentonítica ou uso de revestimento total ou parcial.possibilidade de resistir a grandes cargas com um único elemento de fundação.possibilidade de atravessar camadas do solo de grande resistência devido as ferramentas de escavação. procede-se o aterro da parte superior e ao arrancamento da camisa guia. . 12 . e posterior concretagem.executada com ferramenta mecânica “clam-shell”. . coloca-se a armadura e o "air-lift" ou bomba de submersão para a troca de lama usada por nova. Marangon É um tipo de fundação profunda executada por escavação mecânica. 3) Colocação do tubo de concretagem e da bomba de submersão início da concretagem submersa com concreto plástico. M. . Geotecnia de Fundações Prof. As perfuratrizes atingiam grandes profundidades. (Moura et al. através de armação do fuste da estaca. M. A concepção é aquela de uma estrutura de gravidade interna no terreno. A Figura abaixo ilustra todo o processo executivo das estacas tipo raiz. perfuração. as quais o acesso era restrito a equipamentos de grande porte. trabalhasse como um maciço rígido resistindo à tração. flexibilizando o dimensionamento de cargas de trabalho. evitando barulho e fumaça de motores a explosão. o aumento dos diâmetros das estacas tipo raiz bem como do porte dos equipamentos que a executam. determinadas muito mais pela capacidade estrutural da seção do que pela condição de suporte do subsolo. instalação da armadura. 2009 -UNIFOR) Estacas Raiz 13 . tornaram essa estaca uma solução viável para fundações de edifícios. Marangon A estaca raiz é uma estaca concretada “in loco”. devido à possibilidade de executá-la inclinada com orientações tridimensionais formando um reticulado espacial. fazendo com que o volume de solo atravessado pelas estacas. preenchimento com argamassa e remoção do revestimento e aplicação de golpes de ar comprimido. A aplicação inicial das estacas raiz foi ligada ao reforço de antigas fundações de edificações de pequeno porte. A utilização de equipamentos de pequeno porte e movidos a eletricidade favorecia o funcionamento em locais fechados. O processo executivo de uma estaca tipo raiz é composto basicamente de quatro fases consecutivas. convenientemente espaçadas. com diâmetro acabado variando de 80 a 410 mm e que apresenta elevada tensão de trabalho ao longo do fuste que é constituído de argamassa de areia e cimento e é inteiramente armado ao longo de todo seu comprimento. Essas vantagens fizeram com que este tipo de estaca se desenvolvesse mundialmente. Atualmente. Passou a ser utilizada também como solução de contenção de encostas. • Colocação da armadura. sendo este retirado do furo com solo a ser removido para nova operação de retirada de solo e assim por diante. em que começa-se por apoiar sobre o solo (observado o ponto de marcação do eixo do bloco da fundação – centro do pilar) o tubo metálico da “strauss”. de ponta ou ambas. Em sequência processa a escavação por dentro deste tubo – retirada do solo com auxílio de uma sonda que cai no solo e faz com que o solo entre dentro deste tubo de auxílio à escavação. Marangon A Norma de Fundações NBR 6122/96 define estaca injetada como sendo aquela na qual através de injeção sob pressão de produtos aglutinantes. enche-se o tubo com cerca de 75 cm de concreto. São utilizados processos comuns de escavação (semelhança com as sondagens). M.Geotecnia de Fundações Prof. A injeção deve ser feita de maneira a garantir que a estaca tenha a carga admissível prevista no projeto e pode ser aplicada em um ou mais estágios. que vai sendo apiloado à medida que se retira o tubo. sobretudo quando se trabalha abaixo do lençol d’água dentro do molde. Mais simples do que estas estacas escavadas são as estaca broca. Isto se consegue observando-se constantemente as posições relativas do molde e do concreto de enchimento. Esta operação se repete até o concreto atingir a cota desejada. normalmente calda de cimento. não requerendo aparelhagem especial além de um pilão. Atingida a profundidade prefixada. 14 Estacas Strauss . Seqüência Executiva: A execução de uma estaca injetada moldada no solo compreende as seguintes fases: • Escavação do furo. devem-se tomar cuidados especiais. Este processo faz com que se “enterre” um tubo de diâmetro igual ao da estaca. Embora bastante simples a sua execução. procurase aumentar a resistência de atrito laterais. Estacas Injetada A sua execução é muito simples. • Moldagem do fuste. A perfuração é executada com o auxílio de uma sonda.Geotecnia de Fundações Prof. Possibilidade de execução da estaca com o comprimento projetado. possibilitando a mudança de locação antes da concretagem. conseqüentemente. Permite conferir durante a percussão. M. com a utilização parcial ou total de revestimento recuperável e posterior concretagem da fundação no local Marinho. durante a perfuração. Marangon Estacas moldadas no local tipo Strauss (MR Sondagens e Estacas. F. 15 . Facilidade de locomoção dentro da obra. por meio de retirada de amostras do solo. permitindo cotas de arrasamento abaixo da superfície do terreno. matacões e outros. Mecânica dos Solos e Fundações – USP (2008) As principais características das Estacas Strauss são: • • • • • Reduzida trepidação e. pouca vibração nas edificações vizinhas à obra. 2009) As estacas do tipo strauss são moldadas “in loco”. a presença de corpos estranhos no solo. a sondagem realizada. Permite verificar. com processo relativamente simples e eficaz. denominada “piteira”. inicia-se a perfuração. Dimensionamento A determinação das seções. com a máxima precaução. iniciando-se a remoção dos tubos de revestimento. ou a critério do calculista das fundações. Este procedimento será repetido até que se atinja a profundidade prevista para a perfuração ou as condições de suporte previstas para o terreno. 30 ton e 40 ton. Esta operação se repetirá até que o concreto atinja a cota desejada. 16 Estacas Hélice Contínua . por efeito de seu peso próprio. visando a formação de um “bulbo”na base da estaca. A haste de perfuração é composta por uma hélice espiral solidarizada a um tubo central. com seu dimensionamento de acordo com a NBR 6118 – “Projeto e Execução de Obras de Concreto Armado” e NBR 6122 – “Projeto e Execução de Fundações “. Marangon Capacidade de executar estacas próximas às divisas do terreno. Armadura Antes da concretagem dos últimos dois metros da estaca. eventuais espaços vazios e preenchendo as deformações no subsolo. A metodologia de perfuração permite a sua execução em terrenos coesivos e arenosos. conforme detalhe do projeto de fundações. Igual volume de concreto será novamente lançado e procedido novo apiloamento.Geotecnia de Fundações • • Prof. A velocidade de perfuração produz em média 250m por dia dependendo do diâmetro da hélice. na presença ou não do lençol freático e atravessa camadas de solos resistentes com índices de STP`s acima de 50 dependendo do tipo de equipamento utilizado. as localizações e profundidades serão fornecidas pelo calculista das fundações. abaixo do tubo. da profundidade e da resistência do terreno. através de gabarito indicando seus eixos. Execução de estacas com capacidade de 20 ton. onde as barras deverão emergir fora da cota de arrasamento da estaca. completando assim. a piteira retirará o solo do interior. (Site Engenharia. a excentricidade nos blocos. será lançado o primeiro volume de concreto no interior do tubo e apiloado com o auxílio de um pilão metálico. M. equipada com dentes na extremidade inferior que possibilitam a sua penetração no terreno. a fim de impedir sua descontinuidade. com auxílio de um guincho mecânico. será colocada uma armadura. será rosqueado um novo tubo em sua extremidade superior livre e reiniciado o trabalho da piteira. executada por meio de trado contínuo e injeção de concreto através da haste central do trado simultaneamente a sua retirada do terreno. que se introduzirá aos poucos no terreno. Perfuração Após a locação dos pontos das estacas. Concretagem Ao atingir a profundidade desejada e procedida a limpeza do tubo. Quando o tubo estiver totalmente cravado. A estaca hélice contínua é uma estaca de concreto moldada "in loco". 2009) Metodologia executiva – Perfuração A perfuração consiste em fazer a hélice penetrar no terreno por meio de torque apropriado para vencer a sua resistência. com a piteira posicionada dentro do primeiro tubo de revestimento ( extremidade inferior dentada ) e com golpes sucessivos. diminuindo assim. m função do método construtivo. é introduzida na estaca por gravidade ou com o auxílio de um pilão de pequena carga ou vibrador. No caso de armações longas. Normalmente é utilizada bomba de concreto ligada ao equipamento de perfuração através de mangueira flexível. Colocação da armação O método de execução da estaca hélice contínua exige a colocação da armação após a sua concretagem. pedriscos ou brita 1 e consumo de cimento de 350 a 450 Kg/m3. O preenchimento da estaca com concreto é normalmente executado até a superfície de trabalho sendo possível o seu arrastamento abaixo da superfície do terreno guardadas as precauções quanto a estabilidade do furo no trecho não concretado e a colocação da armação. em forma de gaiola.Geotecnia de Fundações Prof. M. o concreto é bombeado através do tubo central. O concreto normalmente utilizado apresenta resistência característica fck de 18 Mpa. A armação.5m de comprimento. Marangon Concretagem Alcançada a profundidade desejada. 17 . as "gaiolas" devem ser constituídas de barras grossas e estribo espiral soldado na armação longitudinal para evitar a sua deformação durante a introdução no fuste da estaca. preenchendo simultaneamente a cavidade deixada pela hélice que é extraída do terreno sem girar ou girando lentamente no mesmo sentido da perfuração. somente será possível para comprimentos de armações de no máximo 16m. No caso de estacas submetidas a esforços transversais ou de tração. é bombeável e composto de areia. sendo facultativa a utilização de aditivos. As estacas submetidas a esforços de compressão levam uma armação no topo. O abatimento ou "Slump" é mantido entre 200 e 240mm. em geral de 2 a 5. torque e velocidade de rotação da hélice. F. em geral. associada ou não a tirantes protendidos. tais como: inclinação da haste. utiliza-se um instrumento medidor digital. escolas. que informa todos os dados de execução da estaca. Mecânica dos Solos e Fundações – USP (2008) 18 . desde que os esforços transversais sejam compatíveis com os comprimentos de armação permitidos. próximo a estruturas existentes. Como uma estrutura de contenção. equipada com guias por onde corre a mesa de rotação de acionamento hidráulico. Os parâmetros indicados no mostrador digital são registrados e fornecidos a um microcomputador para aplicação de software que imprime o relatório da estaca com as informações obtidas no campo. sendo nele montada a torre vertical de altura apropriada à profundidade da estaca. por não produzir distúrbios ou vibrações e de não causar descompressão do terreno. há um grande número de estacas sem vibrações de diâmetros pela produtividade alcançada. próximo à estruturas existentes.Geotecnia de Fundações Prof. profundidade da perfuração. perdas e consumo de concreto. Marangon Equipamentos O equipamento empregado para cravar a hélice no terreno é constituido de um guindaste de esteiras. Em obras industriais e conjuntos habitacionais onde. hospitais e edifícios históricos. M. Em centros urbanos. Marinho. Os equipamentos disponíveis permitem executar estacas de no máximo 25m de profundidade e inclinação de até 1:4 (H:V) Controle executivo Para controlar a pressão de bombeamento do concreto. pressão de injeção. abordadas adiante. M. em lugar de apoiar em diversas estaca. .O diâmetro e o comprimento do tubulão podem ser modificados durante a escavação para compensar condições do subsolo diferentes das previstas. transmitem carga para o sub-solo através do contato da base com o solo de apoio. praticamente inexistentes. Tubulões Figura . pois o alargamento da base deve ser feito manualmente.É possível apoiar cada pilar em um único fuste. . sendo possível penetrar em vários tipos de materiais. semelhante a uma fundação direta (como um bloco ou sapata). . (TFC de Marcenes.Os custos de mobilização e de desmobilização são menores que os de bate-estacas e outros equipamentos. . Marangon Trata-se de fundação profunda.Pode-se observar e identificar o solo retirado durante a escavação e compará-lo às condições do subsolo previstas no projeto.Geotecnia de Fundações Prof. em alguns casos em particulares até rocha. . Tubulão à Céu Aberto As fundações em tubulão a céu aberto são indicadas basicamente para obras que apresentem cargas elevadas. Esse tipo de fundação é recomendado para solos de elevada “rigidez” (boa resistência). em Juiz de Fora – MG.Perfuração de tubulão na construção do Edifício Érico Veríssimo.As vibrações e ruídos provenientes do processo construtivo são de muito baixa intensidade. um ajudante e um sarilho (equipamento – figura abaixo). 2008) Quando comparados a outros tipos de fundações os tubulões apresentam as seguintes vantagens: . dependente de um “poceiro”. 19 . porem destaca-se que estas fundações apresentam características de transmissão de carga ao sub-solo diferentes das diversas “estacas” existentes na Engenharia de Fundações Estas fundações. áreas com dificuldades de uso de técnicas de fundação mais mecanizadas e regiões afastadas dos grandes centros urbanos devido à dificuldade de acesso. Mesmo com a utilização de equipamentos de perfuração mecânica a presença de um operário é necessária. Setembro/2008.As escavações podem atravessar solos com pedras e matacões. Isso se justifica devido ao fato da escavação ser normalmente manual. A figura abaixo ilustra a sua conformação geométrica. Marangon ASPECTOS CONSTRUTIVOS Os tubulões a céu aberto são elementos estruturais de fundação concebidos a partir da concretagem de um poço aberto no terreno. Figura . porém a projeção da base poderá ser circular ou em forma de falsa elipse. O fuste. este tipo de tubulão não é armado. adotando-se 70 cm como diâmetro mínimo (para permitir a entrada e saída de operários). (ALONSO.Geotecnia de Fundações Prof. em casos especiais. em terrenos saturados onde seja possível bombear a água sem risco de desmoronamentos. Esse tipo de tubulão é executado acima do nível da água natural ou rebaixado.Partes de um tubulão Os tubulões a céu aberto podem ser agrupados em três tipos (CINTRA et al. geralmente dotado de uma base alargada. que é a parte da coluna entre o bloco de coroamento e a base. M. No caso de existir apenas carga vertical. colocando-se apenas uma ferragem de topo para ligação com o bloco de coroamento ou de capeamento. 1998): 20 . normalmente é de seção circular. 1983). ou. somente podem ser executados em solos que apresentem um mínimo de coesão capaz de garantir a estabilidade da escavação (Figura). pois a escavação manual da base. Antes de iniciarem as obras de fundação.Tubulão sem contenção lateral Com contenção lateral parcial Essas contenções parciais têm da ordem de 2. também chamados de pocinhos. da Fundacta (2004). ao passar de uma situação em repouso para uma condição ativa. "Isto é possível desde que a água seja esgotada com uma bomba submersível dentro do poço. o engenheiro projetista e mesmo o responsável pela construção costumam fazer um poço preliminar para inspecionar a situação do solo. ao mesmo tempo em que realizam mecanicamente a escavação. recuperados. Normalmente estes tubulões a céu aberto são executados acima do lençol freático. sendo que a base é. portanto o fuste e. Visualmente. que se estenda a escavação utilizando-se de rebaixamento do lençol (Figura). O poço de verificação de solo deve ser mantido em média 24 horas para observar a estabilidade que a escavação apresenta. e o atrito lateral ao longo do fuste é reduzido quando comparado com a resistência “in situ” no contato solo-solo. em geral. desde que possa ser contida e não prejudique a perfuração. Não utilizam nenhum escoramento lateral e. em especial. Nada impede. diz o engenheiro Daniel Rozenbaum. a base. Marangon Sem contenção lateral Esses tubulões. Nestes casos o diâmetro final resulta sempre maior do que o previsto em projeto. escavada manualmente. M. ou mesmo do fuste. têm seu fuste aberto por escavação manual. em geral. (TATEOKA. a) Figura . entretanto. ou mecânica. c) b) 21 . desde a superfície. assemelhase ao procedimento de contenção lateral contínua. Esta redução no atrito lateral depende do alívio de tensões.0 metros e o solo é escorado antes de prosseguir a escavação. o que depende do fator água/cimento do concreto empregado. 2004). expelindo o líquido do fuste". Estes revestimentos são. Rozenbaum explica ainda que nesse tipo de fundação é necessário inspecionar se há presença de gás gerada por matéria orgânica em decomposição e que pode causar até a morte do operário durante a execução. e da umidade cedida pelo concreto ao solo circundante. não pode ser executada abaixo do nível da água.Geotecnia de Fundações Prof. Com contenção lateral contínua Certos tipos de equipamentos cravam uma camisa metálica. A aparição de água durante a escavação não é um problema. que “expulsa” – inibe. Marangon Figura .Geotecnia de Fundações Prof. devidamente justificados. Assim.Tubulão com contenção lateral. e quando se tem o NA elevado. Os tubulões têm que ser dimensionados a evitar altura de base superiores a 2. A figura ilustra a operação. Para que se mantenha o ambiente da escavação seco fazse com a aplicação de ar comprimido. para obras que apresentem cargas elevadas. e se justificam. é utilizado uma “estrutura” fechada para que não ocorra a entrada da água no ambiente de escavação. 22 . M. Tubulão à Ar Comprimido As fundações em tubulão a ar comprimido são indicadas. a entrada da água no ambiente de trabalho. e em caso excepcionais.0 metros. como é o caso de pontes e viadutos. admitem-se alturas superiores a esta dimensão. Manual de Estruturas Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP. Podem ser emendadas Apresenta problemas de barulho e vibrações durante a cravação Metálica 20 a 200 tf Não possui limitação de profundidade. Marangon Tubulões a Ar Comprimido na Rodovia dos Imigrantes/SP: RESUMO DAS CARACTERÍSTICAS DAS PRINCIPAIS FUNDAÇÕES Segundo o Fundações . Capacidade de carga. ocorrendo variações em função das características do solo. condições do terreno e distância entre estacas 25 a 170 tf Depende do tipo de estaca. 2008) Características das Fundações Profundas consideradas: Produtividade. condições do terreno e distância entre estacas 50 m diários. podendo ser emendadas. profundidade da fundação. profundidade da fundação. M. Apresenta problemas de barulho durante a cravação. Profundidade máxima e Vibrações causadas Produtividade Capacidade de carga Profundidade máxima Vibrações causadas Estacas pré-fabricadas Concreto 50 m diários. ocorrendo variações em função das características do solo. variando de 8 a 12 m. A estaca possui aproximadamente 12 m.Geotecnia de Fundações Prof. Podem ser cravadas sem causar grandes vibrações 23 . do tipo e resistência do terreno e do torque do equipamento 10 a 180 tf 25 a 390 tf 20 a 24m.0 m3 de escavação manual para tubulões até 10 m de produndidade 80 m3 de escavação mecânica para tubulões até 15 m de profundidade Variável. vibrações e descompressão do terreno Tubulões Tubulão a céu aberto 4. do diâmetro da hélice. Além disso. a produtividade varia em função do tipo de solo e condições do terreno 40 m diários 500 a 1250 tf Superior a 50 m 60 a 400 tf Até 36 m Raiz Hélice contínua 30 m diários 150 a 400 m por dia. para uma espessura de 40 cm. existindo alguns equipamentos que chegam a 30 m Provoca vibração e ruídos intensos durante a execução Ausência de vibrações Não produz distúrbios. Marangon Estacas escavadas Strauss 30m diários 20 a 100 tf 20 a 25 m Ausência de trepidações e vibrações em prédios vizinhos Barretes Franki 50 m por dia. pois depende muito do tipo de solo 150 a 1000 tf Limitada pelo Nível de Água Ausência de trepidações e vibrações em prédios vizinhos Tubulão a ar comprimido 800 a 1000 tf 34 m abaixo do nível d´água Ausência de trepidações e vibrações em prédios vizinhos 24 . dependendo da profundidade da estaca.Geotecnia de Fundações Prof. M.