12

1. INTRODUÇÃO

Na Engenharia Civil, mais precisamente na engenharia de fundações, uma

das maiores preocupações que se revela, além da segurança, diz respeito à

precisão dos cálculos de dimensionamento e controle da execução, realizados com

auxílio de modelos teóricos ou semi-empíricos. Por ser uma área que envolve uma

parcela de elementos da natureza, os solos, sua imprecisão e, proporcionalmente, o

cuidado a se tomar na execução da fundação deve ser imenso.

Neste sentido, o que mais se busca no contexto das fundações são estudos

relacionados à confiabilidade dos métodos de cálculo, associados às melhorias

naquilo que pode confirmar, ou não, esta confiabilidade, ou seja, os ensaios de

campo e o controle da execução. Isso porque estes são os únicos meios que o

engenheiro da obra possui à sua disposição para controlar a execução e o

desempenho da fundação. Então, qualquer estudo que os envolva, torna-se uma

peça importante tanto para os seus entendimentos, como para o desenvolvimento

destas ferramentas.

1.1 Justificativa

O estudo em questão se justifica quando é enfatizado o fato de que as

fundações compõem a base resistente de qualquer estrutura, sendo elas as

responsáveis pela transferência da carga de toda a estrutura para o solo. Desta

forma, um projeto adequado e um controle de qualidade coerente contribuem para

que a edificação tenha um bom desempenho mesmo com o passar do tempo. Nisto,

há a questão das incertezas que existem no meio da engenharia quanto ao

desenvolvimento de um bom projeto, que nem superdimensione e, muito menos,

subdimensione uma estrutura de fundação. Os ensaios de campo são fundamentais

para o controle de qualidade da fundação, alguns desses ensaios são realmente

simples e rápidos, como é o caso da medida de nega e do repique elástico,

enquanto outros são mais complexos e demorados, como a prova de carga estática.

O fato é que todos eles devem fornecer informações confiáveis e

relativamente precisas ao engenheiro responsável, para que se tenham bons

parâmetros para aferição da qualidade e desempenho necessários.

13

Problemas com patologias nas edificações podem ser encontrados com

certa frequência e causam desconforto, inconveniências e insegurança aos usuários.

Tais patologias podem ocorrer devido à falta de acompanhamento e controle da

execução, por isso da importância de se rastrear a origem do problema a fim de

solucioná-lo.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo geral

Este trabalho tem como objetivo geral estudar e analisar os procedimentos

de execução de estacas pré-fabricadas de concreto, através do acompanhamento e

controle da execução de uma obra real.

1.2.2 Objetivos específicos

- Identificar os itens necessários para um bom projeto de fundações em

estacas;

- Caracterizar as etapas de execução de fundações em estacas pré-

fabricadas de concreto armado;

- Analisar os principais ensaios de controle de execução de fundações em

estacas pré-fabricadas de concreto armado;

- Identificar os principais métodos de dimensionamento de fundações em

estacas pré-fabricadas de concreto armado;

- Analisar os procedimentos de execução e de controle de um

estaqueamento executado.

1.3 Estrutura do trabalho

Este trabalho encontra-se dividido em quatro capítulos.

14

O Capítulo 1 traz informações sobre o tema, as justificativas que envolvem o

presente trabalho, bem como seus objetivos.

No Capítulo 2 é realizada a revisão bibliográfica sobre fundações, com ênfase

em fundações profundas em estacas pré-fabricadas de concreto armado, apontando

seus procedimentos de fabricação, equipamentos e cuidados na execução,

dimensionamento estrutural e procedimentos de controle.

No Capítulo 3 é apresentado o estudo de caso, com as características gerais

da obra e as sondagens do terreno, análise dos dimensionamentos e cálculos, e

através do acompanhamento e controle da execução é apontado possíveis

patologias referentes ao recebimento e cravação das estacas.

No Capítulo 4 são apresentadas as conclusões do trabalho.

15

2. REVISÃO BILIOGRÁFICA

Neste capítulo será realizada uma revisão bibliográfica sobre os tipos de

fundações com ênfase em estacas pré-fabricadas de concreto.

2.1 Tipos de fundações

A variedade de sistemas de fundações, equipamentos e, principalmente

processos executivos é enorme, restando o desafio de identificar a maneira mais

adequada de acordo com as peculiaridades da obra e do terreno. Segundo Hachich

et al. (1998), os elementos necessários para o desenvolvimento de um projeto de

fundação são:

• Dados geológicos/geotécnicos: investigação do subsolo entre outros dados

geológicos e geotécnicos.

• Topografia da área: levantamento topográfico, dados sobre erosões,

taludes e encostas no terreno.

• Dados da estrutura a construir: sistema estrutural, cargas e o tipo de

utilização que terá a nova obra.

• Dados sobre construções vizinhas: número de pavimentos e carga média

por pavimento, tipo de estrutura e fundações, existência de subsolo e possíveis

consequências de escavações e vibrações provocadas pela nova obra.

As fundações são convencionalmente separadas em dois grandes grupos:

fundações superficiais e fundações profundas.

2.1.1 Fundações superficiais

As fundações superficiais, que também são conhecidas como fundações

rasas ou diretas, são aquelas em que a carga é transmitida diretamente ao solo,

predominantemente através de tensões distribuídas sob a base do elemento

estrutural de fundação. A NBR 6122 (ABNT, 2010) afirma ainda que a profundidade

de assentamento de uma fundação superficial deve ser inferior a duas vezes a

16

menor dimensão, em planta, do elemento estrutural, em relação ao terreno

adjacente. Enquadram-se nesta definição:

• Sapata isolada: elemento de concreto armado dimensionado de tal forma

que as tensões de tração geradas sejam resistidas pelo uso do aço e não pelo

concreto. Sua base apresenta-se em planta, geralmente, de forma quadrada,

retangular ou trapezoidal.

• Sapata associada: é uma sapata comum a vários pilares cujos centros de

gravidade não estejam situados no mesmo alinhamento.

• Sapata corrida: corresponde a uma sapata, sujeita à ação de uma carga

distribuída linearmente.

• Bloco: fundação superficial de concreto simples, dimensionado de maneira

que o concreto resista às tensões de tração.

• Radier: tipo de fundação superficial que abrange todos os carregamentos

distribuídos ou pilares da obra.

A Figura 1 apresenta exemplos de fundações superficiais.

Figura 1 - Exemplos de fundações superficiais: Sapata isolada (a), Sapata associada (b), Sapata corrida (c), Bloco (d), Radier (e).

Fonte: Veloso; Lopes, (1998).

17

2.1.2 Fundações profundas

De acordo com a NBR 6122 (ABNT, 2010), as fundações profundas são

aquelas em que a o assentamento da base da fundação está a uma profundidade

superior ao dobro da sua menor dimensão em planta, ou de no mínimo 3 metros.

Sua carga é transmitida ao terreno por sua superfície lateral, também denominada

de fuste (resistência lateral), pela sua base (resistência de ponta), ou por uma

combinação destas. Enquadram-se nesta definição:

• Estacas: elemento de fundação profunda executado com o auxílio de

ferramentas ou equipamentos sem que haja descida de operário em qualquer fase

de execução, que pode ser através da cravação a percussão, prensagem, vibração,

por escavação, ou por injeção, ou ainda, de forma mista, envolvendo mais de um

desses processos.

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

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

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

• Caixões: elemento de fundação concretado na superfície do terreno e

instalado por escavação interna, possui forma prismática. A Figura 2 mostra um

esquema dos tipos de fundações profundas.

Figura 2 - Tipos de fundações profundas: estaca (a), tubulão (b), caixão (c).

Fonte: Veloso; Lopes, (1998).

18

Há uma variedade enorme de fundações profundas do tipo estaca. Presa e

Pousada (2004) apresentam na Figura 3, a classificação dos tipos usuais de

estacas, com ênfase no método executivo de acordo com seu efeito no solo.

Figura 3 - Classificação usual dos tipos de estacas.

Fonte: Presa; Pousada, (2004).

2.2 Estacas pré-fabricadas de concreto

As estacas pré-fabricadas de concreto armado tem o seu primeiro registro

de utilização no Brasil década de 1920, quando foram utilizadas para a construção

do Jóquei Clube do Rio de Janeiro. Já as primeiras estacas protendidas foram

19

utilizadas por volta do ano de 1950. O concreto armado centrifugado começou a ser

produzido por volta de 1960, com técnicas inovadoras de centrifugação de concreto

trazidas por uma empresa italiana ao país (FARIA, 2008).

Segundo a Norma Brasileira NBR 6122 (ABNT, 2010), as estacas pré-

fabricadas devem apresentar uma resistência compatível com os esforços de projeto

decorrentes do transporte, manuseio, cravação e eventuais solos agressivos,

podendo ser de concreto protendido ou armado, centrifugado ou vibrado, com

qualquer forma geométrica da seção transversal.

Em meio a suas vantagens está o controle de qualidade exercido na

confecção das estacas, diferentemente das moldadas in loco. Porém, é necessário

tomar cuidados quanto ao uso em terrenos com presença de matacões ou camadas

pedregulhosas, devido aos riscos de ruptura por conta dos elevados esforços de

cravação, e ao transporte, para que não haja quebras, prejudicando a qualidade da

estaca.

2.2.1 Processos de fabricação

Segundo a Associação Brasileira de Empresas de Engenharia de Fundações

e Geotecnia (ABEF, 2004), um dos melhores materiais de construção para a

execução de estacas é o concreto, principalmente tratando-se das pré-fabricadas,

devido ao controle de qualidade que pode ser obtido na confecção e também na

cravação das estacas. As estacas pré-fabricadas de concreto devem ser sempre

armadas e com simetria radial, pois essa armadura é necessária para a resistência

às tensões resultantes da cravação, manuseio e transporte. As estacas protendidas

resistem mais aos esforços de transporte, sendo menos provável a ocorrência de

trincas, além de apresentarem melhor comportamento durante a cravação.

No processo de fabricação das estacas há duas formas de adensamento do

concreto, que pode ser por vibração ou por centrifugação, sendo a primeira a mais

utilizada. As estacas vibradas são geralmente confeccionadas com seção

transversal maciça, quadrada ou circular, enquanto as centrifugadas tem seção

circular vazada. No processo de centrifugação, a qual a fôrma é posta a girar, a

força centrífuga provocada pela velocidade aproximada de 500 rpm, faz com que o

20

concreto se posicione na face interna da fôrma, adensando regularmente e gerando

uma seção vazada. Entretanto o tempo de rotação deve ser controlado, para que os

agregados do concreto não separem pura e simplesmente. Embora menos usada, a

estaca centrifugada é executada com melhor qualidade do que as vibradas. Devido

à limitação para transportá-las, as estacas são executadas com peças de até doze

metros de comprimento. Caso seja necessário maior comprimento de cravação de

estaca, elas devem ser corretamente emendadas no canteiro. Como o peso unitário

das estacas maciças é proporcional ao quadrado do lado ou diâmetro, seu uso tem-

se limitado praticamente a seções máximas de 35 x 35 cm, quando é quadrada, e de

40 cm de diâmetro, quando é circular. Para diâmetros maiores são utilizados seções

vazadas ou anelares (GONÇALVES et al., 2007).

Figura 4 - Produção de estacas de concreto armado vibrado (a) e centrifugado (b).

Fonte: SCAC. Disponível em http://www.scac.com.br.

Geralmente, as estacas pré-fabricadas de concreto são confeccionadas em

cimento de alta resistência inicial (ARI), para que alcancem a resistência mínima

para desforma o mais breve possível. Comumente a idade de desforma não excede

um dia. A quantidade de cimento utilizado na produção de concreto gira em torno de

350 e 420 kg/m³ e o fator água cimento encontra-se na faixa entre 0,4 e 0,5

(GONÇALVES et al., 2007). A fim de que se obtenha boa trabalhabilidade do

concreto, são utilizados aditivos plastificantes na proporção máxima de 1% da

a b

21

quantidade de cimento utilizado. Nas estacas de concreto pré-fabricadas o

dimensionamento estrutural deve ser feito utilizando-se as normas NBR 6122

(ABNT, 2010) e NBR 9062 (ABNT, 2006), limitando a resistência característica do

concreto (fck) a 40 MPa.

O método mais empregado em escala comercial para acelerar o

endurecimento do concreto, é a utilização de vapor de água à pressão atmosférica,

em temperatura variando entre 50 a 90°C, obtendo assim resistências mecânicas

elevadas em curto prazo de tempo. Através dessa metodologia é possível obter uma

diminuição de custos da produção, devido à otimização dos equipamentos e

condições operacionais, obtendo a desforma e a utilização das peças em menor

intervalo de tempo após sua concretagem.

2.2.2 Sistemas de cravação

É imprescindível que se encontre à disposição na obra o relatório de

sondagens e os projetos de fundação ao iniciar a execução do serviço de

estaqueamento, contendo locação, características, previsão de comprimento das

estacas e capacidade de carga. Certificado que todos esses documentos estão

disponíveis, inicia-se então o procedimento de cravação das estacas, que segundo

(GONÇALVES et al., 2007),pode ser realizada através do sistema de percussão,

vibração ou prensagem.

a) Cravação por percussão

No sistema de cravação à percussão, a penetração da estaca é efetuada no

solo através das sucessivas aplicações de golpes no seu topo, estes golpes são

gerados pela queda de uma massa previamente definida, conhecida como pilão ou

martelo, que se desloca para cima e para baixo à medida que cada um desses

impactos é desferido sobre o topo das estacas. Para o procedimento de cravação de

estacas pré-fabricadas podem ser utilizados três tipos de martelos: queda livre, a

diesel ou hidráulico (GONÇALVES et al., 2007).

22

Martelos tipo queda livre

Os martelos tipo queda livre são os mais utilizados para a prática de

cravação de estacas no Brasil, por se tratarem de um equipamento mais simples.

Este sistema é composto por uma massa pré-determinada (pilão ou martelo), que

através de um cabo de aço é suspensa à torre do bate estacas. Este cabo é

enrolado a um guincho acionado através de um motor a diesel ou elétrico. O

acoplamento do martelo à torre do bate estacas pode ser feita de externamente ou

internamente.

Os martelos que são acoplados externamente às torres apresentem

expressivo aumento de quebras de cabeças de estacas, em decorrência de

excentricidades entre o eixo das estacas e o centro de gravidade do martelo, bem

como um expressivo aumento de riscos de acidentes em decorrência da

possibilidade do escape de estacas durante o processo de acoplamento à torre ao

capacete. Sua principal vantagem em relação ao sistema de acoplamento interno é

a facilidade de permitir a cravação de estacas mais próximas às paredes de

edificações vizinhas.

Os equipamentos cujo posicionamento do martelo se dá internamente à

torre, geram uma melhor centralização dos golpes aplicados à estaca durante o

processo de cravação, diminuindo as quebras das cabeças das estacas. Além disso,

este tipo de posicionamento do martelo, confere uma maior segurança aos operários

durante o acoplamento das estacas no interior do capacete, pois mesmo que tenha

a possibilidade de seu escape, ele permanece travado no interior da torre, evitando

a ocorrência de acidentes de maior proporção.

De acordo com a NBR 6122 (ABNT, 2010), quando for empregado martelo

do tipo queda livre para a cravação de estacas por percussão para a carga de

trabalho de até 1,3 MN, a relação entre o peso do martelo e o peso da estaca deve

ser a maior possível, não se adotando esta relação inferior a 0,75 ,

nem martelos com peso inferior a 20 kN. Para estacas cuja carga de trabalho seja

superior a 1,3 MN, a escolha do sistema de cravação deverá ser previamente

analisada em cada caso. Lembrando ainda que não deve se utilizar martelos com

peso não inferior a 40 KN para estacas com carga admissível maior ou igual a 0,7

MN. A Figura 5 apresenta as formas de acoplamento do martelo.

23

Figura 5 - Acoplamento do martelo tipo queda livre interno (a) e externo (b).

Fonte: Norcicol Fundações. Disponível em http://www.norcicolfundacoes.com.br.

Martelo automático a diesel

O martelo automático a diesel é composto basicamente por um pistão

inserido dentro de um cilindro metálico, uma bomba injetora de combustível, uma

válvula de admissão de ar e uma bigorna metálica. Seu ciclo de funcionamento é

iniciado quando o pistão interno é levantado por um cabo de aço e aciona o

mecanismo da bomba de combustível ao cair por gravidade, então ocorre o

fechamento da válvula de emissão de ar e a injeção de óleo diesel na bigorna. Na

descida do pistão este comprime o óleo diesel e o ar no interior do cilindro e somado

ao impacto na bigorna, ocorre à ignição do combustível, onde a explosão é

transmitida à estaca através da bigorna, cravando-a no solo, e simultaneamente a

isso, ocorre o impulso ascendente do pistão no interior do cilindro, abrindo as

válvulas de sucção e descarga, admitindo a entrada de ar e o reinício de um novo

ciclo de cravação.

Quando ainda está em bom estado de conservação, o martelo automático a

diesel tem uma eficiência em torno de 70 a 90%, porém se a manutenção for

ineficiente, observa-se vazamentos acentuados de óleo e excessivo despejo no ar

a b

24

de resíduos provenientes a sua operação, tais como gotas de óleo queimado e

gases, desta maneira sua eficiência fica reduzida situando-se em 30 a 60%

(GONÇALVES et al., 2007).

Martelo automático hidráulico

Composto por um dispositivo hidráulico interno ligado a uma camisa

metálica, que quando acionado, levanta uma massa pré-determinada também

existente no interior dessa camisa metálica, que posteriormente em queda livre, cai

sobre o topo das estacas em processo de cravação. Durante a operação deste tipo

de martelo, não são observados vazamentos de óleo e despejos de resíduos no ar

decorrente da sua operação.

Este tipo de martelo mostra-se tão eficaz e eficiente quanto aos automáticos

a diesel, desferindo cerca de 50 golpes por minuto sobre o topo das estacas em

processo de cravação e tendo uma eficiência em torno de 80 a 90%. Tanto martelo o

automático hidráulico quanto o automático a diesel, ambos mostraram-se mais

eficazes que o de queda livre, que desfere apenas 30 a 40 golpes por minuto

(GONÇALVES et al., 2007). A Figura 6 mostra os dois tipos de martelo automático.

Figura 6 - Martelo automático a diesel (a) e hidráulico (b) em operação.

Fonte: SOTEF Fundações. Disponível em http://www.sotef.com.br.

a b

25

b) Cravação por vibração

O processo de vibração consiste em acoplar um equipamento vibratório, que

se ajuste a estaca a ser cravada, dotado de mandíbula de encaixe, transferindo-lhe

vibração intensa. A vibração gerada pelo martelo propaga por todo o fuste da

estaca, desagregando temporariamente a estrutura do solo que a circunda,

possibilitando assim sua cravação.

Este martelo pode ser utilizado tanto para cravação, quanto para remoção

de estacas, quando estas são de natureza provisória, por exemplo. Entretanto,

devido às elevadas vibrações que este procedimento de cravação gera no solo e em

obras vizinhas, torna-se inviável seu uso, restringindo-o, razão pela qual não se

obtém muitos detalhes sobre este método de cravação (GONÇALVES et al., 2007).

c) Cravação por Prensagem

Esse processo de cravação foi criado inicialmente com a ideia de atender

serviços de reforço de fundações. Porém tem se tornado uma boa alternativa de

fundações normais em locais onde devem ser evitados alguns inconvenientes dos

demais tipos de cravação de estacas, como barulho e vibrações.

O método de cravação de estacas pré-fabricas esta associado à existência

de uma reação, onde se empurra uma estaca através de um equipamento hidráulico

para o interior do solo. Nesse processo há a necessidade de um elemento que sirva

como carga de reação à carga aplicada na estaca. Esse elemento pode ser uma

plataforma com sobrecarga ou a própria estrutura.

Uma vantagem diferencial desse método de cravação é a possibilidade de

efetuar em toda estaca uma prova de carga de até uma vez e meia a sua

capacidade, simultaneamente com a cravação. O que resulta num estaqueamento

com controle de qualidade superior a outros tipos de fundações.

As estacas de reação do tipo Mega, muito utilizadas para reforço de

edificações, também constituem o princípio das estacas cravadas por prensagem.

Constituída por inúmeros segmentos modulados, que são justapostos entre si,

macaqueados contra a estrutura a ser reforçada para o interior do solo. O grande

inconveniente deste tipo de fundação é que sendo esta estaca macaqueada contra a

26

própria estrutura, ela resultará ao final do último estágio de carregamento, um

coeficiente de segurança igual a 1, pois a carga aplicada corresponde à reação da

própria estrutura existente, logo ela não satisfaz o que está escrito na NBR 6122

(ABNT, 2010), que cita que este coeficiente não deve ser inferior a 2. A Figura 7

mostra os sistemas de cravação por vibração e por prensagem.

Figura 7 - Equipamento de cravação de estacas por vibração (a) e prensagem (b).

Fonte: SOTEF Fundações. Disponível em http://www.sotef.com.br

2.2.3 Sistemas de amortecimento

Os impactos do martelo sobre a cabeça das estacas necessitam ser

amortecidos (Figura 8), para isso existe uma peça metálica denominada de

capacete, fabricado de tal forma a encaixar-se entre os trilhos da torre do

equipamento de cravação. Em sua parte superior é inserido um cepo de madeira

dura sobre o qual serão deferidos os golpes do martelo e em sua parte inferior, um

coxim de madeira mole, que deve ser colocado antes do posicionamento da cabeça

da estaca. É importante ressaltar que para evitar oscilações excessivas nas estacas

durante o processo de cravação, sujeitas a danificá-las, as dimensões desses

elementos devem se ajustar satisfatoriamente à geometria das estacas que serão

cravadas (GONÇALVES et al., 2007).

a b

27

Figura 8 - Componentes de amortecimento do bate estaca.

Fonte: GOLÇALVES et al., (2007).

Os capacetes são fabricados em chapas de aço e o embutimento da cabeça

das estacas no interior do capacete deve ser de no mínimo 30 cm. Suas medidas

internas devem ser de 3 a 5 centímetros superiores à dimensão nominal da estaca a

ser cravada. Capacetes muito apertados também dificultam o processo de cravação,

pois frequentemente ocorre o engate da cabeça da estaca rompida no interior do

capacete, sendo de grande dificuldade sua posterior remoção.

Os cepos têm como principal função em amortecer as forças decorrentes ao

impacto do martelo e os picos de velocidade, de tal maneira a transferir às estacas a

maior energia disponível no sistema, sem danificá-las. Geralmente eles são

confeccionados de madeira dura, com suas fibras sempre paralelas ao eixo

longitudinal das estacas. Quando o cepo é mal dimensionado a eficiência da

cravação é reduzida de forma considerável, pois ele absorve uma grande parte da

energia disponível do sistema. Recomenda-se o ajuste de uma pequena cinta

metálica sobre a face externa do cepo, que permanecerá externa ao capacete, tendo

28

como objetivo não permitir que o cepo se esmague lateralmente em função da

aplicação dos golpes do martelo.

Diretamente sobre as cabeças das estacas a serem cravadas é colocado o

coxim de madeira, posicionado no interior do capacete. Sua função é a absorver as

tensões que estariam sendo transferidas diretamente a cabeça das estacas. A

madeira para a confecção dos coxins, diferentemente da dos cepos, é macia, sendo

o pinho e o compensado industrial os tipos mais utilizados. Quando se cravam

estacas com vários segmentos em solos muito compactos, é necessária a sua troca

várias vezes durante o processo de cravação, tornando o procedimento oneroso

devido ao fato do coxim não apresentar condições de reaproveitamento após seu

uso.

2.2.4 Emendas de estacas pré-fabricadas de concreto

As estacas pré-fabricas de concreto possuem seu comprimento limitado

devido ao processo de fabricação e transporte, por isso elas necessitam de

emendas entre os segmentos pré-fabricados, a fim de garantir a profundidade

desejada segundo o projeto de fundação.

Os dois tipos de emendas mais comuns, são do tipo soldada ou por luvas de

encaixe. Em cada caso específico deve ser determinado, pelo engenheiro projetista,

o encaixe mais adequado. A norma da NBR 6122 (ABNT, 2010) cita que, seja feita

somente uma emenda do tipo luva de encaixe por estaca, desde que não haja

tração na cravação, nem na utilização da mesma. Se por acaso algum desses

requisitos não esteja em conformidade, as emendas devem ser do tipo soldada.

Quando o topo do elemento inferior for danificado, deve ser recomposto após o

termino de sua cravação e podendo somente ser retomada após o tempo necessário

à cura da recomposição.

Segundo GONÇALVES et al., (2007), além das citadas anteriormente, luva

de encaixe e emenda soldada (Figura 9), existem outros tipos de emendas para

estacas pré-fabricadas de concreto, porém menos utilizadas, como: pino de encaixe,

encunhada, pinada, mecânica e anel de conexão (Figura 10).

29

Figura 9 - Execução de emenda de estacas com solda nos anéis.

Fonte: Geodatha Fundações. Disponível em http://www.geodactha.com.br

Figura 10 - Tipos de emendas de estacas pré-fabricadas de concreto.

Fonte: GOLÇALVES et al., (2007).

30

2.2.5 Pré-furação e suplementação

A pré-furação para a cravação de estacas pré-fabricadas de concreto vem

sido utilizada com muita frequência no Brasil, quando as pontas das estacas

necessitam atingir cotas de assentamento tais que garantam um comprimento

compatível com a capacidade de carga estabelecida em projeto, sem que, no

entanto, aconteçam recalques acentuados em virtude de camadas menos

resistentes que possam existir sob suas pontas.

O diâmetro da pré-furação deve ser inferior ao diâmetro da estaca, de tal

modo a permitir o perfeito ajuste do fuste da estaca em relação ao solo que os

confina durante o processo de cravação, desta forma evitando a ocorrência de

folgas excessivas entre a superfície lateral do fuste da estaca e o solo perfurado.

Caso ocorram essas folgas durante o processo de cravação, coloca-se as estacas

em risco de ruptura, devido à oscilação lateral do fuste à medida que se desfere os

golpes do martelo. De acordo com Rebello (2008), os principais tipos de pré-furação

utilizadas são:

Pré-furação através de escavação mecanizada

Este procedimento consiste na execução de um furo com uma perfuratriz

mecanizada, com comprimento suficiente a ultrapassar a camada resistente que

dificultaria a cravação das estacas, sem risco de danificá-las. É indicada para solos

que se mantenham estáveis após a execução do furo, sem a presença do lençol

freático, rochas ou matacões. Este tipo de pré-furação fica limitada ao comprimento

do trado, a resistência do solo e ao nível do lençol freático.

Pré-furação com auxilio de jato d’água

Basicamente se trata de um procedimento onde é cravado um tubo cujo

comprimento seja igual ou superior ao da espessura da camada a ser transposta,

bombeando água sob pressão pelo interior desse tubo. A água será injetada sob

pressão no solo a ser perfurado, através de inúmeros furos pequenos existentes na

ponta deste tubo, acarretando em uma circulação de água neste local, ocorrendo

assim à perfuração do solo através do carreamento de suas partículas. Este

procedimento é muito utilizado em solos do litoral, onde, geralmente, há a presença

de uma espessa camada de areia compactada a ser vencida pela pré-furação.

31

Pré-furação com auxílio de ponteira metálica

Crava-se uma haste metálica com um comprimento pré-determinado,

desobstruindo uma camada inicial resistente existente, como por exemplo:

calçamento, aterro de escória de alto forno ou entulho. A ponta da haste metálica

tem dimensões superiores ao restante do fuste, possibilitando a redução do atrito

lateral entre o terreno e sua superfície lateral, e facilitando sua retirada.

A suplementação de estacas consiste em justapor uma haste metálica no

topo da estaca quando estiver próximo a atingir o final da cravação. Os golpes do

martelo serão desferidos nessa haste metálica, a qual transferirá a energia

proveniente dos golpes do martelo à estaca (Figura 11), até que esteja em

condições de atender as especificações do projeto. Ao final da cravação a haste é

removida, puxando-a com o auxílio do cabo de aço do bate estacas. Este recurso

deve ser evitado sempre que possível, pois além de proporcionar a possibilidade da

ocorrência do deslocamento do topo de inúmeras estacas em relação a sua posição

original, impossibilita o correto controle do comportamento de estaqueamento

através da coleta de sinais de nega e repiques elásticos no final das cravações.

Figura 11 - Suplementação em estacas.

Fonte: CZM Fundações. Disponível em http://www.czm.com.br.

32

2.2.6 Arrasamento e aproveitamento de estacas

As estacas pré-fabricadas de concreto a serem usadas como fundação,

seguem padrões industriais, tais como geometria e comprimento, visando a sua

fabricação em grande escala. Devido ao fato da heterogeneidade das características

geotécnicas dos perfis do solo onde serão cravadas, por maior que seja o controle

executivo da obra, ocorrem variações quanto ao comprimento a serem cravadas.

Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), o topo da estaca que está acima da cota de

arrasamento ou foi danificado durante o processo de cravação, deve ser demolido,

resultando em uma seção plana e perpendicular ao eixo da estaca.

O procedimento de corte e arrasamento pode ser feito através de ponteiros,

marteletes, equipamentos de corte ou equipamentos hidráulicos de arrasamento.

Vale lembrar que esta operação de demolição deve ser executada de tal modo a não

causar danos à estaca. Quando se deseja o aproveitamento de sobras das estacas,

resultantes da diferença entre a estaca cravada e a estaca efetivamente levantada, o

corte do elemento deve ser feito de maneira a evitar danos na ponta e posteriores

problemas na cravação destas sobras. O aproveitamento destas sobras só é viável

quando seu comprimento não é inferior a 2 metros, pois estacas muito curtas

dificultam a cravação (GONÇALVES et al., 2007). A Figura 12 mostra um exemplo

de arrasamento com martelete.

Figura 12 - Arrasamento de estacas com martelete.

Fonte: CZM Fundações. Disponível em http://www.czm.com.br.

33

2.2.7 Métodos estáticos de avaliação da capacidade de carga

Para o dimensionamento em projeto das fundações profundas, foram

desenvolvidos métodos teóricos sobre a interação estaca-solo, envolvendo diversos

parâmetros geológicos relacionados à natureza do solo, parâmetros estes que,

muitas vezes, não eram facilmente obtidos. Por esta complexidade de parâmetros

destes métodos, muitos pesquisadores desenvolveram os métodos chamados semi-

empíricos, que levam em consideração as características do solo de determinada

região. No Brasil, os métodos mais utilizados são os de Aoki-Velloso (AOKI;

VELLOSO, 1975) e de Décourt-Quaresma (DÉCOURT ; QUARESMA, 1978).

a) Método de Aoki-Velloso

Desenvolvido nos anos 1970 a partir de comparações entre provas de carga

em estacas e ensaios SPT (VELLOSO; LOPES, 1998). O método de Aoki-Velloso é

um dos mais utilizados no meio da engenharia de fundações, por sua confiabilidade

e rapidez de uso. Ele apresenta uma maneira de correlacionar os dados de ensaio

de sondagens CPT ou SPT com a capacidade de carga do sistema estaca-solo.

Como, muitas vezes não se dispõe de ensaios CPT, a maneira mais utilizada é por

correlações utilizando o ensaio SPT, ensaio este que é obrigatório por norma para

qualquer obra de fundações.

A carga de ruptura das estacas , neste método, é dividida em duas

parcelas: a resistência de ponta da estaca ( ) e a resistência por atrito lateral ( ).

As equações do método estão descritas abaixo:

Resistência de ponta ( ):

=

(2.2.7.1)

Resistência do atrito lateral ( ):

= ∑

(2.2.7.2)

Carga de Ruptura ( ):

= + (2.2.7.3)

34

Onde:

N = índice de resistência do solo à penetração na ponta da estaca;

= média do índice de resistência do solo à penetração ao longo da estaca;

= área da ponta da estaca (m²);

k = relação da resistência à penetração do cone com a pressão atmosférica (taxa

utilizada para correlacionar CPT com SPT) dados contidos na Tabela 1;

= razão de atrito do cone (Tabela 1);

u = perímetro da seção transversal da estaca (m);

Δl = altura da camada considerada (m).

Tabela 1 – Valores dos coeficientes k e .

Fonte: Aoki e Velloso (1975).

Os coeficientes levam em consideração a diferença de

comportamento entre a estaca (protótipo) e o cone (modelo). Seus valores foram

determinados por comparações com resultados de provas de cargas estáticas. Para

estacas pré-fabricadas de concreto, os valores de são 1,75 e 3,5,

respectivamente. Assim, a fórmula geral para o cálculo da carga admissível de uma

35

estaca pré-fabricada de concreto, adotando o conceito do coeficiente de segurança

global igual a 2, conforme recomenda a NBR 6122 (ABNT, 2010) é:

[

∑

]

(2.2.7.4)

b) Método de Décourt-Quaresma (1978)

Este método correlaciona diretamente os dados do ensaio de sondagem

SPT com a resistência do sistema estaca-solo. Assim como o método de Aoki e

Velloso, ele divide a capacidade de carga da estaca em duas parcelas: resistência

de ponta da estaca ( ) e a resistência do atrito lateral ( ). As equações do método

estão descritas abaixo:

Resistência de ponta ( ):

= . k (2.2.7.5)

Resistência do atrito lateral ( ):

= (2.2.7.6)

= (

)kPa (2.2.7.7)

Carga de Ruptura ( ):

= + (2.2.7.8)

Onde:

= média do índice de resistência do solo à penetração na cota de apoio da

estaca, 1m acima e 1m abaixo;

= área da ponta da estaca (m²);

k = coeficiente característico do tipo de solo (Tabela 2);

= área lateral da estaca (m²);

36

= coeficiente da equação;

= média do SPT ao longo do fuste da estaca, (Obs: para estacas pré-fabricadas,

os valores de N maiores que 50 devem ser considerados igual a 50 e os menores

que 3 devem ser considerados igual a 3);

Assim como no método de Aoki-Velloso (1975) e na NBR 6122 (ABNT,

2010), para definição da capacidade de carga, Décourt-Quaresma (1978) prevê o

uso de um fator de segurança igual a 2. Dessa forma a carga admissível a ser

adotada em uma estaca é:

(2.2.7.9)

Tabela 2 - Valores do fator k para os diferentes tipos de solo.

Fonte: Décourt e Quaresma (1982).

2.2.8 Dimensionamento estrutural

O dimensionamento estrutural tem sua metodologia distinta para estacas

armadas e protendidas, pois mesmo elas sendo consideradas igualmente estacas

pré-fabricadas de concreto, comportam-se distintamente durante o processo de

transporte, manuseio e principalmente cravação. Este trabalho dará ênfase ao

dimensionamento estrutural de estacas armadas, em função da abordagem do

estudo de caso que trata da cravação de estacas armadas como fundação, estudo

este presente no Capítulo 3 desse trabalho.

37

a) Dimensionamento à compressão

O dimensionamento pode ser feito em conformidade com a NBR 6118

(ABNT, 2014), onde a verificação das seções transversais é feito à flexo-

compressão, com a consideração de uma excentricidade igual a h/30, não menor

que 2 cm (h = maior dimensão da seção em que se considera excentricidade). Como

alternativa simplificada de cálculo, poderá a barra ser calculada a compressão, com

a força normal aumentada na proporção de (1+6/h), mas não menor que 1,1, sendo

“h” medido em centímetros, o menor lado do retângulo mais estreito circunscrito à

seção. Desta forma, é determinada a expressão adotada para o dimensionamento

de uma estaca à compressão:

(

) (2.2.8.1)

Onde:

(2.2.8.2)

(2.2.8.3)

(2.2.8.4)

A armadura mínima a ser adotada é igual a 0,5 % , onde corresponde à

área da seção de concreto da estaca.

O efeito das imperfeições locais nos pilares pode ser substituído em

estruturas reticuladas pela consideração do momento mínimo de 1ª ordem dado a

seguir:

(2.2.8.5)

Sendo “h” é a altura total da seção transversal na direção considerada em

metros. A armadura longitudinal mínima deve ser:

(

) (2.2.8.6)

38

b) Dimensionamento à flexão simples ou composta

A flexão em uma estaca decorre quase sempre de esforços provenientes de

seu manuseio, transporte e estocagem, sendo a situação crítica de

dimensionamento a que corresponde ao manuseio por um único ponto.

Segundo a NBR 6118 (ABNT, 2014), o momento máximo nessa condição

crítica é dado pela expressão , onde “b” é o comprimento em

balanço e “p” corresponde ao peso próprio da estaca por metro linear. Deve ser

considerada, em pelo menos 30%, a majoração desse valor do momento fletor

obtido, a fim de considerar os efeitos de impactos decorrentes ao manuseio da

estaca até a torre do bate estaca. Desta forma, . Uma vez

calculado o valor do momento máximo para o dimensionamento da estaca,

determina-se a armadura necessária em função de uma distribuição de armadura

previamente adotada com auxílio de uma tabela de valores de cálculo. Vale lembrar

que a armadura a flexão deve ser considerada uma cada face da estaca, pois

durante o processo de manuseio à torre do bate estaca, qualquer uma das faces

poderá sofrer atuação dos momentos máximos considerados no dimensionamento.

Para o dimensionamento à flexão de estacas com seção transversal

quadrada ou retangular, podem ser adotados os valores apresentados na tabela 3:

Tabela 3 – Tabela para cálculo de armaduras simples em peças retangulares submetidas à

flexão.

0,976 0,928 0,920 0,912 0,904 0,894 0,888 0,880 0872 0,864 0,856 0,848 0,840 0,832

0,040 0,114 0,125 0,136 0,148 0,158 0,169 0,180 0,190 0,200 0,210 0,219 0,228 0,238

0,825 0,816 0,815 0,808 0,800 0,792 0,784 0,776 0,768 0,766 0,760 0,752 0,749 0,744

0,246 0,255 0,256 0,264 0,272 0,280 0,288 0,296 0,303 0,305 0,310 0,317 0,320 0,324

Fonte: GOLÇALVES et al., (2007).

39

Tendo como parâmetros os valores da tabela, segue o roteiro de

dimensionamento:

Determinação do valor de :

; (2.2.8.7)

Obtém-se da tabela o valor de ;

Calcula-se a armadura

; (2.2.8.8)

A armadura mínima à flexão não deve ser inferior a 0,15% , onde

corresponde à área da seção de concreto da estaca. No caso específico de estacas

pré-fabricadas de concreto, em conformidade com o que estabelece a NBR 9062

(ABNT, 2006), os coeficientes de ponderação das resistências do aço e do concreto

( diferem dos utilizados para o dimensionamento de vigas

( . Desta forma, a tabela 4 apresenta as taxas mínimas de

armadura de flexão ajustadas para os coeficientes de ponderação.

Tabela 4 – Taxas mínimas de armadura de flexão para estacas pré-fabricadas.

Forma da seção Valores de

35 40 45 50

Quadrada 0,035 0,188 0,215 0,242 0,269

Circular 0,070 0,376 0,430 0,484 0,538

Fonte: GOLÇALVES et al., (2007).

c) Dimensionamento à força cortante

De acordo com a NBR 6118 (ABNT, 2014), todos os elementos lineares

submetidos à força cortante, devem conter armadura transversal mínima constituída

por estribos, com a seguinte taxa geométrica:

40

(2.2.8.9)

Onde:

= área da seção transversal dos estribos.

S = espaçamento dos estribos segundo o eixo longitudinal do elemento

estrutural.

= inclinação dos estribos em relação ao eixo longitudinal do elemento

estrutural.

= largura média da alma, medida ao longo da altura útil da seção.

= resistência ao escoamento do aço da armadura transversal.

= valor característico médio da resistência do concreto em Mpa:

√

.

Faz exceção da afirmação anterior, os pilares e elementos lineares de

fundação submetidos predominantemente à compressão, que atendam

simultaneamente, na combinação mais desfavorável das ações em estado limite

último calculada em estádio I, à condição de que em nenhum ponto deve ser

ultrapassada a tensão limite e à condição onde corresponde à

parcela de força cortante resistida por mecanismos complementares ao modelo em

treliça.

O diâmetro dos estribos em pilares não deve ser inferior a 5 mm nem a ⁄

do diâmetro da barra isolada ou do diâmetro equivalente ao feixe que constitui a

armadura longitudinal. O espaçamento entre estribos, medido na direção do eixo do

pilar para garantir o posicionamento, impedir a flambagem das barras longitudinais e

garantir a costura das emendas de barras longitudinais nos pilares usuais, deve ser

igual ou inferior ao menor dos seguintes valores: 200 mm, menor dimensão da

seção ou 24 para aço CA-25 e 12 para o aço CA-50.

41

Desde que as armaduras sejam constituídas do mesmo tipo de aço e o

espaçamento respeite também a limitação citada anteriormente, pode ser adotado o

valor :

(

)

(2.2.8.10)

d) Dimensionamento à tração

Segundo a NBR 6118 (ABNT, 2014), no dimensionamento à tração,

considera-se que a taxa de armadura está condicionada à limitação da abertura de

fissuras, o valor característico da abertura de fissuras determinado para cada

parte da região de envolvimento deve ser o menor entre os obtidos pelas

expressões que seguem:

(2.2.8.11)

(

) (2.2.8.12)

Onde:

= tensão de tração no centro de gravidade da armadura considerada.

= diâmetro da barra de aço.

= taxa de armadura passiva ou ativa aderente. = módulo de elasticidade do

aço da barra considerada.

= resistência média à tração do concreto √

.

= coeficiente de conformação superficial da armadura passiva considerada (CA-

50 = 2,25).

Em elementos estruturais armados, a armadura de tração mínima deve ser

determinada pelo dimensionamento da seção a um momento fletor mínimo dado

pela equação 2.2.8.13, respeitada a taxa mínima absoluta de 0,15%.

(2.2.8.13)

42

Onde é o momento resistente da seção transversal de concreto, relativo

à fibra mais tracionada.

A taxa de armadura deve limitar a abertura de fissuras em atendimento aos

valores prefixados: 0,2 mm para estacas não protegidas e cravadas em meio de

agressividade ambiental muito forte, 0,3 mm para estacas não protegidas e cravadas

em meio de agressividade ambiental moderada e forte, e 0,4 mm para estacas não

protegidas e cravadas em meio de agressividade ambiental fraca.

2.2.9 Métodos dinâmicos de controle

Os métodos dinâmicos de controle estimam a capacidade de carga de

fundações profundas, baseados na previsão e/ou verificação do seu comportamento

sob ação de carregamento dinâmico. Dentre eles estão as fórmulas dinâmicas e os

métodos que utilizam a “Equação da Onda”.

As fórmulas dinâmicas baseadas na medida da nega e repique elástico

durante a cravação de estacas continuam sendo uma ferramenta importante para o

controle do comprimento de cravação e avaliação da capacidade de carga, mesmo

com o surgimento da “Teoria da Equação da Onda” (SMITH, 1960), que impulsionou

a instrumentação de campo para o controle de fundações profundas. A utilização de

métodos simples continua sendo uma exigência dos engenheiros que executam

fundações, devido sua praticidade e considerada confiabilidade.

a) Ensaio de carregamento dinâmico

O Ensaio de Carregamento Dinâmico (Figura 13) é um dos métodos que

utilizam a “Equação da onda” para estimar a capacidade de carga de fundações

profundas. A coleta dos dados é realizada através da prévia fixação, em uma seção

de estaca próxima ao topo e com auxílio de buchas especiais, um par de

transdutores de deformação específica e um par de acelerômetros. Esses sensores

são dispostos de forma diametralmente oposta, para que haja a compensação de

eventuais efeitos de flexão e excentricidade durante a aplicação dos golpes do

martelo. Os sinais obtidos são transferidos através de um sistema de cabos de

conexão a um equipamento eletrônico que os transcodifica e os processa, através

43

de uma série de cálculos, durante cada golpe do martelo. Este equipamento,

compacto e robusto, especialmente projetado para utilização em campo, é

denominado (Pile Driving Analyser).

Figura 13 - Ensaio de Carregamento Dinâmico (DLT).

Fonte: SCAC. Disponível em http://www.scac.com.br.

O Ensaio de Integridade Sônico (CSL ou CHA) e o Teste de Integridade de

Estacas (PIT), também são métodos de controle para a execução de estacas pré-

fabricadas de concreto que utilizam “Equação da Onda”, porém aferem apenas a

integridade da estaca após sua cravação e não verificam sua capacidade de carga

(GONÇALVES et al., 2007).

b) Nega e repique elástico

Denomina-se nega ao valor do deslocamento permanente médio obtido nos

últimos 10 golpes do processo de cravação, sendo um dos controles dinâmicos mais

simples de ser executado (ALVES, 2004).

A nega pode ser obtida manualmente através de um diagrama, que é criado

por meio da fixação de uma folha de papel no próprio corpo da estaca e, com auxílio

de um lápis movimentado horizontalmente durante os golpes na estaca (Figuras 14

e 15). A nega caracteriza-se, então pelo deslocamento vertical da linha traçada com

relação à horizontal indicando, assim, o quanto a estaca penetrou no solo nos

44

últimos golpes. É a principal ferramenta que dispõe o engenheiro de obras para

realizar o controle e a parada da cravação da estaca. O engenheiro projetista da

fundação é quem determina o valor mínimo de nega para esta parada. Por ser

correlacionada com a sua resistência em serviço, a nega é considerada um

mecanismo de controle e homogeneização das estacas.

O repique elástico pode ser obtido através do mesmo processo, que

representa a parcela elástica do deslocamento máximo de uma seção da estaca no

momento de seu apiloamento. O repique é uma marcação que indica a soma da

deformação recuperada após o golpe pelas parcelas do solo mais estaca que,

devidamente interpretada, permite estimar a carga mobilizada da estaca no instante

da cravação (ALONSO, 1991).

A obtenção destes sinais pode ser feita ainda através de dispositivos

mecânicos (registrador de deslocamento dinâmico – RDD), eletrônicos (repicômetro

eletrônico) ou ópticos (máquina fotográfica e analisador de movimento). O uso

destes dispositivos é pouco comum, devido à simplicidade e boa confiabilidade na

obtenção manual desses sinais (GONÇALVES et al., 2007).

Figura 14 – Medida de nega e repique.

Fonte: GOLÇALVES et al., (2007).

45

Figura 15 – Nega e repique elástico para 10 golpes do martelo do bate estaca.

Fonte: GOLÇALVES et al., (2007).

Existem diversas fórmulas dinâmicas para medida de nega e repique

elástico, que podem ser consultadas em GONÇALVES et al., (2007), dentre as mais

conhecidas estão: Redtenbacher, Engineering News Record, Holandesa,

Benabencq, Eytelwein, Vierendel, Hiley, Brix, Janbu e Danish.

A Fórmula Holandesa, que será abordada mais profundamente neste

trabalho, é umas das mais utilizadas, e admite as seguintes hipóteses para sua

formulação: a ocorrência de choque inelástico no impacto entre o martelo e a estaca,

e que imediatamente após a ocorrência do martelo e o topo da estaca, estes se

separam de tal forma que o peso do martelo não continue auxiliando a penetração

da estaca no solo. A Fórmula Holandesa fundamenta-se integralmente na teoria do

choque Newtoniana, embora essa teoria, não se preste a embasar tecnicamente

problemas relacionados ao fenômeno da cravação de estacas. Esta fórmula ainda

sugere que seja adotado coeficiente de segurança entre 6 e 12 (6< <12). Diante

dessas informações, sua fórmula pode ser descrita através da equação:

(2.2.9.1)

46

Onde:

= Resistência oferecida pelo solo à penetração da estaca.

P = Peso do martelo do bate estacas.

Q = Peso total da estaca quando retirada do sinal de nega.

h = Altura de queda do martelo do bate estacas.

e = Penetração final da estaca para o último golpe de martelo (nega).

= Coeficiente de segurança a adotar conforme proposto pelos autores.

2.2.10 Blocos de coroamento sobre estacas

Segundo Rebello (2008) blocos de coroamento sobre estacas são elementos

maciços de concreto armado, utilizados para transmitir às estacas as cargas de

fundação e ainda tem a função de absorver os momentos devidos a forças

horizontais e outras solicitações (Figura 16). Em princípio, pode-se agrupar sob um

mesmo bloco a quantidade de estacas que forem necessárias, no entanto, quanto

maior o número de estacas agrupadas menor será a eficiência do conjunto. Um

conjunto com elevado número de estacas leva a uma perda de eficiência que muitas

vezes não justifica seu uso. Desta forma a utilização de estacas de maior

capacidade de carga se torna mais interessante, pois há um ganho eficiência no

conjunto e uma redução no tamanho do bloco.

Os blocos de coroamento podem ser considerados rígidos ou flexíveis

através da análise do seu comportamento estrutural. É caracterizado flexível

quando o trabalho ao cisalhamento pode ser descrito pelo fenômeno da punção e

quando o trabalho à flexão ocorre nas duas direções, não sendo possível admitir

tração na flexão uniformemente distribuída na largura correspondente ao bloco. O

bloco é considerado rígido nas seguintes circunstâncias: quando as cargas

transmitidas do pilar para as estacas são essencialmente por bielas de compressão,

quando o trabalho ao cisalhamento ocorre em duas direções, apresentando ruptura

por compressão das bielas, e ainda quando o trabalho à flexão ocorre nas duas

47

direções, mas com trações essencialmente concentradas nas linhas sobre as

estacas (GONÇALVES et al., 2007).

Para maiores informações sobre blocos de coroamento sobre estacas e seu

respectivo dimensionamento, consultar as bibliografias de Oliveira, L.R. (2009) e

Lopes, G. M. (2011).

Figura 16 - Blocos de coroamento sobre quatro estacas na forma armado (a) e concretado (b).

Fonte: Geodatha Fundações. Disponível em http://www.geodactha.com.br.

a b

48

3. ESTUDO DE CASO

O objeto de estudo deste trabalho é a construção de uma Unidade de Pronto

Atendimento, localizada na cidade de Dois Vizinhos – PR, onde foram executadas

fundações profundas, em estacas pré-fabricadas de concreto armado vibrado.

Os dados foram obtidos pelo estudante mediante concessão da empresa

contratante e executante dos serviços. As identidades dessas empresas serão

preservadas.

3.1 Características gerais

A UPA (Unidade de Pronto Atendimento) é uma edificação com área total de

1206,67 m², que teve o início de sua construção em julho de 2014 e previsão de

término para agosto de 2015. Suas fundações, objeto de estudo deste trabalho,

foram finalizadas em novembro de 2014. A estrutura da edificação é de concreto

armado convencional, alvenaria de vedação com bloco cerâmico, laje pré-fabricada

e cobertura com telhas de fibrocimento. As Figuras 17 e 18 mostram uma maquete

eletrônica e vista da obra em execução, respectivamente.

Figura 17 – Unidade de pronto atendimento em perspectiva.

Fonte: MEP Arquitetura e Planejamento.

49

Figura 18 – Vista aérea da obra em 14/11/2014.

Fonte: Arquivo pessoal.

3.2 Sondagens e fundações

Para o projeto das fundações, foram realizadas no terreno sondagens de

simples reconhecimento de solos com SPT (Standart Penetration Test), sendo

executados oito furos de sondagem, perfazendo um total de 43,46 m. A locação dos

furos de sondagem está disponível no “Anexo A”.

As perfurações foram executadas por percussão, com auxílio de trado e

circulação de água e revestimento de 63,50 mm de diâmetro interno. As extrações

das amostras foram feitas de metro em metro, através de cravação de um

amostrador padrão de diâmetro externo de 50,80 mm e diâmetro interno de 34,90

mm. A resistência à penetração está expressa pelo número de golpes necessários

para a cravação dos últimos 30 cm do descrito amostrador, mediante a queda de

uma altura de 75 cm de um martelo padronizado de 65 kg.

A partir da sondagem realizada, visando atender as solicitações da

edificação, o projetista estrutural dimensionou a fundação desta obra através da

cravação de 179 estacas pré-fabricadas de concreto armado, com dimensão de

23x23 centímetros e comprimento de 6 metros, aliada a blocos de coroamento e

vigas baldrames.

50

A justificativa do tipo de fundação escolhida para esta obra está diretamente

ligada ao tipo de solo presente no local, onde em até um metro de profundidade

encontra-se uma camada de solo caracterizada de argila pouco siltosa de cores

variegadas – média. Porém na faixa de um metro até aproximadamente cinco

metros de profundidade, encontra-se uma camada de solo caracterizada de argila

pouco siltosa de cores variegadas com matéria orgânica – muito mole, com

resistência extremamente baixa (Nspt = 1). A partir de cinco metros de profundidade,

em média, encontra-se um solo de alta resistência, impenetrável a percussão. O

elevado nível da água, que é de aproximadamente 60 centímetros de profundidade,

também é fator determinante para a escolha do tipo de fundação. Desta forma, das

soluções para fundações existentes na engenharia para este tipo de terreno, as

estacas pré-fabricadas de concreto são as que possuem melhor custo benefício.

Alguns perfis de sondagem que demonstram as camadas desse solo estão

disponíveis no “Anexo B”.

3.3 Capacidade de carga das estacas

A capacidade de duas estacas, correspondentes aos pilares P73 e P89, foi

aferida através dos métodos estáticos de capacidade de carga Aoki-Velloso (1975) e

Décourt-Quaresma (1978).

A escolha dos pilares P73 e P89 é justificada pela proximidade com os furos

de sondagem SPT realizados no terreno, e são correspondentes aos perfis de

sondagem SP8 e SP3, respectivamente, disponíveis no “Anexo B”.

Pilar P73 – Carga: 13 toneladas 130 KN

• Método de Aoki-Velloso:

Resistência de ponta ( ):

=

=

=

51

Resistência do atrito lateral ∑

;

∑

=

=

Carga admissível ( ):

• Método de Décourt-Quaresma:

Resistência de ponta ( ): = . k

;

Resistência do atrito lateral ( ): =

(

) ;

(

)

=

Carga admissível ( ):

52

Nota-se que, em ambos os métodos a estaca suportará a carga exercida

pelo pilar, que é de 130 KN.

Pilar P89 – Carga: 15 toneladas 150 KN

• Método de Aoki-Velloso:

Resistência de ponta ( ):

=

=

=

∑

;

∑

=

=

Carga admissível ( ):

• Método de Décourt-Quaresma:

Resistência de ponta ( ): = . k

;

53

Resistência do atrito lateral ( ): =

(

) ;

(

)

=

Carga admissível ( ):

Nota-se que, em ambos os métodos a estaca suportará a carga exercida

pelo pilar, que é de 150 KN.

3.4 Cálculo de nega

A medida da nega pode ser calculada pela Fórmula Holandesa, onde

isolando a nega (e) na equação, obtemos:

(2.2.9.1)

• Estaca do pilar P73:

1,81 cm cada 10 golpes ou 1,81 mm cada golpe.

• Estaca do pilar P89:

54

1,71 cm cada 10 golpes ou 1,71 mm cada golpe.

3.5 Acompanhamento e controle da execução da cravação

O acompanhamento e controle da execução da cravação de estacas pré-

fabricadas de concreto são de fundamental importância para a segurança da

edificação, evitando futuras patologias que possam surgir devido ao não

cumprimento dos procedimentos de controle descritos pela NBR 6122 (ABNT, 2010),

os quais serão abordados nesse capítulo.

3.5.1 Recebimento das estacas

O recebimento das 157 estacas na obra foi feita pelo mestre de obras, onde

foram verificadas no ato da entrega suas dimensões, integridade, prumo e se

haviam trincas ou fissuras. Todas as estacas foram aprovadas nesses requisitos.

Porém o fabricante das estacas não apresentou os resultados de ensaios de

resistência do concreto nas várias idades, onde deve constar a data de moldagem

de cada estaca.

3.5.2 Prova de carga estática

De acordo com a NBR 6122 (ABNT, 2010), em obras as quais o número de

estacas pré-fabricadas for superior a 100, é obrigatória a execução de provas de

carga estática, sendo necessária a execução de um número de provas de carga

igual à no mínimo 1% da quantidade total de estacas, arredondando-se sempre para

mais. No acompanhamento da execução das fundações, foi constatado o

descumprimento desta norma, pois a obra possui na sua totalidade 179 estacas pré-

fabricadas, e seriam necessárias, no mínimo, a execução de duas provas de carga,

a fim de garantir a segurança da edificação.

55

3.5.3 Equipamento bate estacas

O equipamento de bate estacas utilizado possui martelo do tipo queda livre,

que é acoplado externamente a sua torre. Seu peso, que é de aproximadamente 30

KN, está dentro das especificações necessárias. Os componentes de amortecimento

tiveram um bom desempenho durante a cravação, indicando seu correto

dimensionamento. O capacete teve um bom encaixe com as cabeças das estacas e

os cepos e coxins amorteceram satisfatoriamente o impacto entre o capacete e as

estacas, transferindo-as, a maior energia disponível no sistema. Através desses

cuidados, não houve a ocorrência de danificação de nenhuma cabeça de estaca.

3.5.4 Medidas da nega e repique elástico das estacas cravadas

Em nenhum momento, durante o acompanhamento da cravação, verificou-

se a realização da medida de nega e repique elástico pela equipe do bate estacas

da empresa responsável, ficando apenas a critério da experiência do operador, a

continuação ou não da cravação. Isso está em desacordo com a NBR 6122 (ABNT,

2010), que claramente determina que a nega e o repique elástico devem ser

medidos em todas as estacas, levando em consideração às condições de

segurança.

3.5.5 Registro de cravação

Verificou-se a inexistência de registros de cravação, onde é preenchida a

ficha de controle diária para cada estaca. Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010) o

preenchimento dessas fichas é obrigatório e deve conter as seguintes informações:

a) identificação da obra e local, e nome do contratante e executor;

b) data da cravação e/ou recravação, quando houver;

c) identificação ou número da estaca, com as datas e horário de início e término

da cravação;

d) comprimento cravado e útil das estacas;

e) composição dos elementos utilizados;

f) peso do martelo e altura de queda para determinação da nega;

56

g) suplemento utilizado;

h) características do pré-furo, quando houver;

i) intervalo de tempo decorrido na cravação;

j) características geométricas da estaca;

k) cotas do terreno e de arrasamento;

l) características do suplemento utilizado, tipo e comprimento;

m) desaprumo e desvio de locação;

n) características e identificação do equipamento de cravação;

o) negas e repiques ao final de cravação e na recravação, quando houver;

p) especificação dos matérias e insumos utilizados;

q) deslocamento e levantamento de estacas por de cravação de estacas

vizinhas;

r) observações e anormalidades de execução;

A figura 19 mostra a heterogeneidade do comprimento das cravações das

estacas, dado este que deveria estar contido no registro de controle de cravação.

Figura 19 – Estacas cravadas com diferentes comprimentos de cravação.

Fonte: Arquivo pessoal.

57

3.5.6 Outros procedimentos

Para a execução da cravação das estacas pré-fabricadas de concreto na

edificação estudada, não foram utilizados os procedimentos de pré-furação,

suplementação e emendas de estacas.

O arrasamento foi feito através de marteletes, com devido cuidado, evitando a

ocorrência de danos à estaca, resultando em uma seção plana e perpendicular ao

eixo da estaca. As sobras das estacas não foram aproveitadas, sendo descartadas

como entulho de construção em local adequado.

3.5.7 Segurança do trabalho

De acordo com a NR-6: equipamentos de proteção individual (2010) a

equipe de bate estacas, que é composta geralmente pelo operador do bate estacas,

ajudante frente de máquina e ajudante geral, deve utilizar obrigatoriamente os

seguintes equipamentos de proteção individual (EPIs): capacete de segurança, luvas

de raspa, uniforme, protetores auriculares, óculos de proteção e bota de borracha ou

com biqueira de aço. Para a função de ajudante frente de máquina também é

obrigatória à utilização do cinto de segurança tipo trava quedas.

Verifica-se, na execução da cravação das estacas, que a equipe do bate

estacas está em desacordo com as normas de segurança, pois não estavam

utilizando capacetes de segurança, óculos de proteção e uniforme, e o ajudante

frente de máquina não estava utilizando o cinto de segurança tipo trava quedas.

Estas irregularidades trazem grandes riscos à segurança da equipe. A execução

deveria ter sido parada imediatamente e retomada apenas quando essas

irregularidades fossem sanadas, o que não ocorreu. Na Figura 20 é possível

observar a execução da cravação das estacas, sem o uso devido dos equipamentos

de proteção individual por parte da equipe do bate estacas.

58

Figura 20 – Execução da cravação das estacas sem o uso devido dos EPIs.

Fonte: Arquivo pessoal.

59

4. CONCLUSÕES

Um projeto de fundações deve apresentar uma escolha criteriosa do tipo

mais adequado para cada obra ainda na fase de concepção, onde dados

arquitetônicos, levantamento topográfico planialtimétrico da região, bem como

locação de cargas e pilares na fundação, tem grande importância. É fundamental

que se conheça bem o solo onde será executada a obra, através da realização de

sondagens, porque a capacidade de carga de cada estaca é definida pela

resistência de atrito lateral do solo-fuste da estaca e resistência de ponta da estaca,

ambas a resistências estão diretamente dependentes das propriedades do solo.

Na obra em estudo, a capacidade de carga das estacas foram verificadas

pelos métodos estáticos de Aoki-Velloso (1975) e Décourt-Quaresma (1978), e

notou-se que o dimensionamento das estacas, de acordo com a sondagem realizada

no terreno, foi feito de maneira adequada.

O equipamento bate estacas, utilizado para a execução da cravação das

estacas pré-fabricadas de concreto, estava corretamente dimensionado para tal

função, porém, procedimentos de execução previstos na NBR 6122 (ABNT, 2010)

não foram realizados da devida forma, principalmente em relação ao controle da

cravação, onde nenhuma medida de nega e repique elástico foi aferida. Essas

medidas são fundamentais para se determinar a eficiência da cravação e o

atendimento à capacidade de carga das estacas. Elas também apontam problemas

nas estacas durante a cravação, como emendas mal executadas, instabilidade

lateral e ruptura da estaca. A instabilidade horizontal e desaprumo vertical do bate

estacas, também podem ser constatadas nas medidas de nega e repique elástico.

O recalque das fundações é uma das patologias que poderá ser observada

devido aos problemas anteriormente citados, como a ineficiência da cravação, onde

as estacas não atingem sua cota de cravação especificada em projeto, e o

deslocamento lateral das estacas durante o processo de cravação, que pode afetar

seu desempenho, reduzindo a resistência lateral e provocando danos ao elemento

estrutural, como esforços de flexão para o qual a estaca não foi dimensionada para

suportar.

60

A estaca quando rompida, perde a função estrutural para qual foi

dimensionada, devendo ser substituída. Quando este problema não é detectado ou

quando é detectado, porém não há a substituição da estaca e a edificação é

construída sobre ela, a fundação está sujeita a recalques consideráveis, refletindo os

problemas para a toda a estrutura.

Dentre os outros procedimentos que não foram seguidos corretamente,

destacam-se também a ausência da realização de prova de carga no terreno e o não

preenchimento dos registros de cravação previstos para cada estaca.

Caso ocorra alguma patologia de fundação referente à cravação de alguma

das estacas pré-fabricadas de concreto, o problema pode ser descoberto através da

análise dos projetos da fundação juntamente com o registro de cravação de cada

estaca, pois nesses documentos estão contidas todas as informações necessárias

para a investigação da possível causa do problema. Na obra em análise, não foram

preenchidos registros de controle de cravação para nenhuma das estacas, o que

está totalmente em desacordo com NBR 6122 (ABTN, 2010), que prevê o

preenchimento obrigatório desses registros.

Durante a cravação das estacas, não houve nenhum acidente de trabalho

por parte da equipe do bate estacas, porém a negligência do uso dos equipamentos

de proteção individual era nítida, o que está em desacordo com a NR-6:

equipamentos de proteção individual (2010).

Através dessas falhas no controle da execução, torna-se duvidosa a eficácia

da fundação em receber os futuros esforços provenientes da edificação a ser

construída, passível esta de patologias, caso não tenha sido adequada à cravação

das estacas pré-fabricadas de concreto.

Cabe à empresa executora da fundação, melhorias urgentes para sua

adequação às normas brasileiras, tanto na questão da execução de fundações,

quanto na segurança do trabalho, e é responsabilidade da empresa contratante do

serviço, a exigência do cumprimento dessas normas, a fim de preservar a qualidade

da obra.

61

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABEF – Associação Brasileira de Empresas de Engenharia de Fundações e

Geotecnia. Manual de Especificações de Produtos e Procedimentos. São Paulo:

Pini, 3ª Ed., 2004.

ALONSO, U. R. Previsão e controle das fundações. 1 ed. Edgard Bluncher, 1991,

152 p.

ALVES et al. Métodos dinâmicos para previsão do comportamento de estacas

cravadas. Teoria e Prática na Engenharia Civil, Rio de Janeiro, n.4. p. 12-21, Abril,

2004.

AOKI, N. e VELLOSO, D.A. (1975) – An aproximate method to estimate the

bearing capacity of piles. – 5º Congresso Panamericano (PAMCSMFE) – Buenos

Aires – p. 367 – 376.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCINCAS. NBR 6118: projeto de

estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, 2014.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCINCAS. NBR 6122: projeto e

execução de fundações. Rio de Janeiro, 2010.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCINCAS. NBR 9062: projeto e

execução de estruturas de concreto pré-moldado. Rio de Janeiro, 2006.

DECOURT,L; QUARESMA, A. R. Capacidade de Carga de Estacas a Partir de

Valores de SPT. In: CBMFS, 6., Rio de Janeiro. Anais, 1978. v.1, p.45 – 53.

FARIA, R. Tecnologia de base. Revista Téchne. Santos, n.135, jul. 2008. Disponível

em: <http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/135/imprime93270.asp>.

Acesso em nov. 2014.

GONÇALVES, C.; BERNARDES, G. P.; NEVES, L. F. S. Estacas Pré-fabricadas

de Concreto: teoria e prática. São Paulo: [s. n.], c2007.

HACHICH, Waldemar et al; Fundações Teoria e Prática. São Paulo: Pini, ABMS,

ABEF, 1998. 760 p.

62

LOPES, G.M. Dimensionamento e detalhamento de blocos de fundação para

pilares de seções compostas. São Paulo. 79p. Monografia (Graduação) –

Universidade Federal de São Carlos. 2011.

NORMA REGULAMENTADORA. NR-6: equipamentos de proteção individual. Rio

de Janeiro, 2010.

OLIVEIRA, L.R. Diretrizes para projetos de blocos de concreto armado sobre

estacas. São Paulo. 151p. Dissertação (Mestrado) – Escola Politécnica,

Universidade de São Paulo. 2009.

PRESA, Erundino Pousada; POUSADA, Manuela Carreiro. Retrospectiva e

técnicas modernas de fundações em estacas. São Paulo: ABMS, 2 Ed., 2004.

106 p.

REBELLO, Y. C. P. Fundações: guia prático de projeto, execução e

dimensionamento. 3. Ed. São Paulo: Zigurate, 2008. 239 p.

SCAC. Catálogo técnico, Disponível em

<http://www.scac.com.br/arquivos/folder/SCAC%20-%20Construcao%20Civil.pdf>.

Acesso em nov. 2014.

SMITH, E.A.L. Pile Driving Analysis by the Wave Equation, Journal of the Soil

Mechanics and Foundation Division, ASCE, N.SM4, August, v.86, p.35 – 61,

1960.

VELLOSO, D; LOPES, F. Concepções de obras de fundações. In: Fundações

Teoria e Prática. Ed. Pini, 1ª. Ed., 1998, p 221 a 226.

63

ANEXO A

Locação dos furos de sondagem

64

ANEXO B

Perfil de sondagem correspondente ao furo SP3

65

Perfil de sondagem correspondente ao furo SP8