Análises de processo: a fundação em estaca hélice e sua importância in

loco

Edgar Figueiredo Cabral

1, Msc Charles Ribeiro de Brito

2,

¹ Bacharel em Engenharia pela Laureate International Universities / UNINORTE (Brasil) cabralacabamentos@gmail.com ² Professor nas Universidades Internacionais da Laureate / UNINORTE (Brasil).

RESUMO

A construção civil não apenas na cidade de Manaus, mas em todo o Brasil se encontra em constante crescimento, muitas construções, reformas e reparos vem sendo realizadas. Sendo assim, uma das fases mais preocupantes na execução de uma obra e, principalmente, obras de grande porte são as fundações, não apenas pela necessidade de se obter um conhecimento das características do solo em que irá ser construído e suas capacidades de resistências, por isso, como resposta e exemplo de resistência temos as estacas hélice continua que é uma estaca de concreto moldada in loco que teve a sua origem nos Estados Unidos há vários anos e a sua utilização tem se expandido por todo mundo chegando ao Brasil, há aproximadamente 20 anos. Mediante o que afirmado acima, deduz-se que sua produtividade, custo competitivo e o baixo nível de ruídos e vibrações emitidos durante a operação dos equipamentos. A maior finalidade deste trabalho está centrada em mostrar maior eficiência e efetividade nos resultados alcançados por meio de uma proposta que apresenta uma profunda análise nas alterações de projetos de fundações profundas, executadas em solos moles e com problemas de integridade Palavras Chave: Construção Civil, Estaca Hélice Contínua, Recursos.

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1. INTRODUÇÃO

No intuito de garantir maior eficiência e efetividade nos resultados, foi

realizada esta pesquisa na finalidade de verificar in loco os serviços de Engenharia

desempenhados por uma popular construtora na zona centro-oeste da cidade de

Manaus. O acompanhamento das obras propiciou resultados eficazes, permitindo

ratificar as informações a que estão dispostas quanto ao objeto de estudo, a

fundação em estaca hélice contínua e sua importância na construção civil, sendo

que isso se deu por intermédio da análise de dados da obra com ênfase em

relatórios de sondagens, projetos de fundações e características do

empreendimento.

Atualmente, uma das fases mais preocupantes na execução de uma obra e,

principalmente, obras de grande porte são as fundações, não apenas pela

necessidade de se obter um conhecimento das características do solo em que irá

ser construído e suas capacidades de resistências, porém, devido aos esforços a

que será solicitado.

Outro ponto relevante é a questão dos custos empregados nessa etapa da

obra. No intuito de reduzi-los, a engenharia civil vem buscando novas tecnologias

que apresentem, além dessa característica em concomitância, eficiência, segurança

e eficácia nos resultados.

Também se buscou constatar in loco que o objeto em análise respondesse a

tais expectativas, a saber: garantia da segurança, redução dos ruídos e vibrações e

elevação da capacidade de carga durante a obra. Após análise junto ao corpo

técnico presente na obra (engenheiros, técnicos e construtores) foi possível obter

resultados positivos e um estudo significativo demonstrando que a fundação em

estaca hélice contínua é uma estaca de concreto moldada in loco que teve a sua

origem nos Estados Unidos há vários anos e a sua utilização tem se expandido por

todo mundo chegando ao Brasil, há aproximadamente 20 anos. Mediante o que

afirmado acima, deduz-se que sua produtividade, custo competitivo e o baixo nível

de ruídos e vibrações emitidos durante a operação dos equipamentos. Salienta-se

que a estaca hélice tem despertado um enorme interesse comercial nos grandes

centros urbanos do país.

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Um importante quesito a ser levado em conta é que a grande parte do solo na

região de Manaus não possui uma característica resistente para e execução de

fundações superficiais, por isso faz se necessário a execução de uma fundação

profunda que atinja uma camada de solo resistente às solicitações requeridas pela

edificação. Dentre estas fundações profundas, a estaca hélice tem se destacado

como a preferida dos projetistas e consultores de fundações. Esta preferência se

explica pelo fato de que seu processo obtém grande avanço tecnológico em

equipamentos e devido a isso leva uma grande vantagem entre os demais tipos de

fundações. Mediante o efeito, o avanço proporciona uma grande velocidade de

execução que chega a ser superior a 250m/dia, colaborando assim para que o

cronograma da obra seja cumprido no tempo determinado.

Foi proposta uma profunda análise nas alterações de projetos de fundações

profundas, executadas em solos moles e com problemas de integridade, sendo

assim, a aplicação e desenvolvimento da pesquisa justificam-se pela necessidade

de conhecer as características, funções, tipos de solo; as fundações de um modo

geral e a contextualização das Fundações de estacas hélice, seu contexto histórico,

formas de execução, classificação, transporte e finalização, são critérios de

abordagem considerados de caráter relevante.

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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Das Fundações: Características e Classificação

Um dos principais e mais importantes serviços a ser executado durante

processo de execução de uma obra, é sem dúvida a fundação, pois ela é que irá

suportar todas as cargas transmitidas através da estrutura para o solo em que estará

inserida.

Segundo CAPUTO (1987), a palavra fundação origina-se do latim

“FUNDARE” que significa apoiar, firmar, fixar. Chama-se fundação a parte de uma

estrutura que transmite ao terreno subjacente, a carga da obra; os estudos de toda a

fundação compreendem preliminarmente dois partes essencialmente distinta:

a) Cálculo das cargas atuantes sobre a fundação;

b) Estudo do terreno

c) As cargas da estrutura devem ser transmitidas às camadas do terreno

capazes de suportá-las sem rupturas;

d) As deformações das camadas de solos subjacentes às fundações devem ser

compatíveis com as da estrutura;

e) A execução das fundações não devem causar danos às estruturas vizinhas;

f) A escolha da fundação deve atentar para o aspecto técnico e econômico.

Com esses dados passa se a escolha do tipo de fundação, tendo presente

que conforme a ABNT, as fundações podem ser classificadas segundo a norma

NBR 6122/2010 quanto à transmissão de cargas e também quanto à profundidade

da cota de apoio.

Quanto à transmissão de cargas as fundações podem ser:

Fundações diretas – São aquelas em que a transmissão da carga para o solo

é feita preponderantemente pela base);

Fundações indiretas - São aquelas em que a carga para o solo é feita

preponderantemente pela superfície lateral).

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Quanto à profundidade da cota de apoio podem ser:

Fundações rasas – São aquelas em que a cota de apoio está em torno de 2m

de profundidade);

Fundações profundas – São aquelas em que a cota de apoio está acima de

2m de profundidade).

Como as fundações fazem partes integrantes de uma estrutura elas devem atender

a alguns requisitos básicos de funcionalidade, de acordo com a NBR 6.118/2003

estes requisitos são:

Segurança para atender, conforme a norma, os coeficientes de segurança

contra rupturas, tanto na estrutura quanto no solo em que estará apoiada;

Funcionalidade para garantir que os deslocamentos sejam compatíveis com a

finalidade da estrutura, ou seja, as deformações devem ser aceitáveis e previstas

sob as condições de trabalho da edificação;

Durabilidade para apresentar uma vida útil, no mínimo igual ao da estrutura.

A determinação do tipo de fundação deve também levar em consideração

algumas condições técnicas e econômicas que serão imprescindíveis para

desenvolver um projeto de fundação que atenda aos requisitos que condicionam os

projetos.

2.2 SOLOS: TIPOS E CLASSIFICAÇÃO

O reconhecimento dos solos não foi registrado em bibliografias, vindo a ser

registrado somente a partir do século XVII, onde alguns estudiosos atribuíram ao

solo às propriedades de material homogêneo passando a estudá-lo mais do ponto

de vista matemático do que físico. Portanto, para qualquer obra de fundação é

necessário o conhecimento da formação geológica local juntamente com o

comportamento da água tanto na superfície quanto nas camadas mais profundas.

Segundo CAPUTO (1987), o homem sentiu a necessidade de conhecer os

solos desde os tempos mais antigos, por conta dos problemas de fundação

ocorridos nas grandes construções da época das primeiras civilizações como, as

pirâmides do Egito, os aquedutos e as estradas do império Romano entre outras.

De acordo com a NBR 6.502/1995 nos informa algumas classificações com

respeito aos solos, a saber:

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Classificação Geológica: Classificação de natureza genética, segundo os

seus processos de formação e evolução, tendo por base os princípios da geologia;

Classificação Geotécnica: Classificação segundo as propriedades e

características de seus elementos constituintes, tendo por base os princípios da

mecânica dos solos;

Classificação Granulométrica: Classificação dos solos segundo as dimensões

dos seus grãos ou partículas e suas diferentes porcentagens de ocorrência.

Classificação Pedológica: definição de classes de solo e suas subdivisões

segundo os seguintes critérios: Grau de evolução do solo e desenvolvimento de seu

perfil; modo de alteração definido pela natureza dos sesquióxidos liberados e

presença de certos tipos de argila; tipo de distribuição de matéria orgânica que influi

no perfil e presença de certos fenômenos fundamentais de evolução.

Dentre as classificações supracitadas a respeito dos solos deve-se entender o

que caracteriza um solo, podendo este ser classificado como mole e com baixa

integridade. Abaixo tabela demonstrativa.

Argila e Siltes Argilosos

NSPT Classificação

<2 Muito mole

3 – 5 Mole

4 – 8 Média (o)

8 – 15 Rija (o)

15 – 30 Muito Rija (o)

>30 Dura (o)

Tabela 01–Estado de compacidade e de consistência

Segundo PINTO (1998, p. 56):

O objetivo da classificação dos solos, sob o ponto de vista da engenharia, é o de poder estimar o provável comportamento do solo, ou pelo menos, o de orientar o programa de investigação necessário para permitir a adequada

analise de um problema. (Apud HACHICH/1998).

De acordo com PINTO (1998) o sistema tem grande ênfase ao considerar que

a engenharia é o sistema baseado no tipo e no comportamento das partículas que

compõem o solo, pois, neste sistema é possível definir os grupos que apresentam

comportamentos semelhantes, facilitando assim o entendimento do comportamento

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do solo sob o ponto de interesse da engenharia civil, levando em consideração a

granulometria (tamanho dos grãos) e as características argilo-minerais

(comportamento do solo na presença da água, medidos através dos limites de

Atterberg).

O ensaio de granulometria consiste na obtenção da porcentagem que passa

no peneiramento e relacionação do peso do material com o peso seco da amostra,

porém, existem partículas muito finas que passam pela peneira de menor diâmetro e

para que se possa determinar a granulometria e necessário fazer o processo de

sedimentação para a partir deste procedimento traçar a curva granulométrica do

solo.

Os ensaios que determinam os teores de umidade referente às mudanças de

estado dos solos são obtidos pelos limites de Aterberg, que são: Limite de liquidez

(aparelho de Casagrande), Limite de plasticidade (através do cilindro padrão) e

Limite de contração. O solo também pode ser considerado mole, e diante disto, se

faz necessário avaliar a sua consistência.

Partindo desses ensaios pode se chegar as seguintes classificações dos

solos:

Solos granulares

Solos finos (argilas e siltes)

Solos orgânicos

Solos residuais e transportados

Solos later ticos

Aterros e solos compactados

Dentre os solos considerados moles temos: os solos finos, com a presença de

argila e siltes que são considerados de baixa consistência. Essa consistência pode

ser analisada através do ensaio de compressão simples, e pelo ensaio SPT. A

classificação de compacidade e consistência dos solos granulares (areias e siltes

arenosos) e solos argilosos (argilas e siltes argilosos) são obtidos através do ensaio

SPT – Standard Penetration Test.

A NBR 6.484/2001 prevê o fornecimento do boletim de sondagem juntamente

com a classificação do solo. Segundo VELLOSO E LOPES (1998, p. 35), “a energia

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efetiva aplicada no ensaio SPT aqui no Brasil é na ordem de 70% da energia

nominal e pode ser majorado entre 10% e 20% o número de golpes obtidos com

uma sondagem, de acordo com a tabela 02”. Dessa forma, verifica-se que os solos

moles são argilas e siltes argilosos que apresentam NSPT menor ou igual a 05

(cinco).

VARGAS (1977) explica que é possível também definir a consistência de uma

argila a partir da sua maior ou menor coesão, definindo-se assim como consistência,

a pressão necessária para fazer um cone penetrar, por exemplo, um centímetro na

amostra.

Outro tipo de ensaio, cuja utilização também pode determinar a consistência

do solo é o ensaio de compressão simples, que consiste em moldar um corpo de

prova cilíndrico tendo, por exemplo, uma área de 10 centímetros quadrados e uma

altura de 10 centímetros. Comprime-se esse corpo de prova em máquina de ensaio

adequada até rompê-lo. A carga de ruptura dividida pela área media do cilindro é

chamada de “Resistencia a compressão simples Rs medida em Kgf/cm².

A resistência a compressão simples Rs (kgf/cm²), poderá ser assim uma

medida da consistência dos solos argilosos, saturados segundo a seguinte

convenção:

Quando o solo é de baixa consistência, ou seja, muito mole ele torna-se muito

vulnerável para suportar as cargas provenientes da superestrutura, então faz se

necessário utilizar fundações profundas que transmitam as cargas para camadas

mais profundas do solo. Devido a esse fato surge a preocupação com a ocorrência

de recalques gerando assim uma atenção redobrada por parte dos engenheiros

responsáveis pela execução das fundações. A seguir tabela ilustrativa.

Resistencia Consistência

Rs< 0,5 Mole

0,5 <Rs< 1,5 Media

1,5 <Rs< 4 Rija

Rs> 4 Dura

Tabela 02: consistência dos solos argilosos

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2.2.1 Atrito negativo

O atrito negativo é um fenômeno que sempre deve ser observado quando se

trabalha fundações profundas em presença de solos moles.

Segundo ALONSO (1989), quando existem camadas de solos

compreensíveis que são transpassados por estacas, aparecerá esforços adicionais

nestas estacas que serão somadas às cargas do projeto, estes esforços são

denominados atritos negativos.

Ainda segundo ALONSO (1989), as causas do atrito negativo podem ser

várias:

Amolga mento da camada de argila mole sensível;

Sobrecarga decorrente de um aterro;

Recalque dos solos subadensados em função do peso próprio.

Estas cargas adicionais devido ao atrito negativo lateral podem ser tão

grandes que causa solicitação em excesso do material da estaca podendo causar

grandes recalques e até mesmo a ruptura do solo subjacente.

CAPUTO (1987, p. 46) relata as palavras do famoso engenheiro-geólogo

Charles Berkey que destaca:

Deve-se recordar que a descoberta da relação íntima entre a engenharia e a geologia não é absolutamente nova, o primeiro a descobri-la foi provavelmente um engenheiro, resolvendo ele mesmo o seu problema geológico. Deste dia em diante grande parte dos problemas geológicos relacionado com projetos de engenharia civil, tem sido resolvida mais pelos engenheiros ligados ao projeto do que por geólogos profissionais.

Surge-se então a partir do problema envolvendo solo e fundação, a

necessidade do conhecimento prévio de geologia do terreno que o engenheiro civil

deve ter sobre o solo; como material de sustentação para a sua edificação.

2.3 DAS FUNDAÇÕES EM ESTACAS HÉLICES CONTÍNUAS: CARACTERÍSTICAS

E FINALIDADE

A utilização das estacas hélices contínuas surgiram na década de 50 nos

Estados Unidos. Os equipamentos eram constituídos por guindastes de torres

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acopladas, dotados de mesa perfuradora que executavam estacas com diâmetro de

27,5 cm, 30 cm e 40 cm no máximo.

A partir da década de 70 esse sistema foi introduzido na Alemanha, de onde

se espalhou para o resto da Europa e Japão e a partir da década de 80 os

equipamentos que eram adaptados passaram a obter equipamentos mais

específicos e apropriados para realização das perfurações

HACHICH (1998) define as estacas hélice contínua como sendo uma estaca

moldada “in loco”, executada através ou por meio de um trado contínuo e também

por injeção controlada de concreto, transportado por uma haste central no trado

contínuo, controlando simultaneamente a extração do trado e a injeção do concreto

onde a finalização acontece com a colocação das ferragens.

Ainda de acordo com HACHICH (1998) o equipamento é adotado para a

execução das estacas hélices contínuas é constituído por uma torre metálica de

duas guias responsáveis por sua ergonomia funcional onde em sua parte interior

apresenta

O autor HACHICH (1998, p. 346) esclarece que:

Se o limpador do trado, mesa rotativa com funcionamento hidráulico sendo responsável pelo torque a ser proporcionado ao trado, de acordo com o diâmetro e a profundidade da estaca a ser executada e na guia superior travamento responsável pela ergonomia, tudo isso acoplado a um veículo de esteira locomotora.

As fundações do tipo estaca hélice contínua são classificadas como

fundações profundas pelo fato de serem usadas para transmitir as cargas da

edificação para as camadas mais profundas do solo quando as camadas superficiais

não são suficientes para suportar tais cargas. São considerados elementos de

grande comprimento e de forma cilíndrica ou prismática, podem ser cravadas ou

confeccionadas no próprio solo.

As estacas podem ser de aço, madeira e concreto e são preparadas pra a

transmissão de cargas ao solo através do atrito lateral e também pelas reações

exercidas pelo solo sobre a ponta.

Quanto às estacas escavadas, estas são executadas no local da obra,

através da perfuração do solo utilizando-se de processo pelo qual é realizada a

remoção do material, com ou sem revestimento, ou sem fluído estabilizante.

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Nessa categoria enquadram-se alguns tipos de estacas, a saber: as estacas

tipo broca, executado manual ou mecanicamente, as do tipo Strauss, os barretes, as

estações, as hélices contínuas, as estacas injetadas entre outras.

As estacas escavadas mecanicamente com trado helicoidal, de utilização

mais recente, são executadas através de torres metálicas, apoiadas em chassis

metálicos ou acopladas a caminhões. Em ambos os casos são empregados

guinchos, conjunto de tração e haste de perfuração, podendo esta ser helicoidal em

toda sua extensão ou constituída de trados com comprimento entre 2 e 6 m em sua

extremidade, prendendo-se ao avanço através de prolongamento telescópio.

As estacas são em geral solicitadas através de cargas de compressão

resistindo ao cisalhamento, gerado ao longo de seu fuste. A capacidade de carga de

uma estaca é definida pelas máximas cargas que pode ser suportada pelo atrito

lateral e pela ponta. Convencionalmente, a ruptura é definida como sendo a carga

correspondente a uma deformação da ponta da estaca correspondente a 10% de

seu diâmetro, no caso de estaca de deslocamento e de estaca escavada em argila,

é de 30% de seu diâmetro.

2.3.1 Metodologia Executiva

Existem diversos equipamentos que perfuram até a profundidade de 40 m e

com diâmetros que variam de 0,20 a 0,80 m. De acordo com FERREIRA (2013) o

processo de execução do tipo estaca hélice exige inúmeras medidas de precaução.

O autor supracitado (FERREIRA, 2013, p. 30) refere-se a essa medida como:

Uma medida de precaução para que não haja nenhum fator de interferência durante a execução do serviço. Primeiramente o serviço exige uma preparação logística dos acessos, considerando a capacidade de carga do solo. Eventuais rampas não podem ter mais que 30 por cento de inclinação. Também é necessário respeitar a distância mínima de cinco vezes o diâmetro da estaca, antes de perfurar, num mesmo dia estacas vizinhas, caso contrário, pode haver rompimento e interligação dos fustes. Se as estacas tiverem 30 cm de diâmetro é possível executar até 14 estacas diárias, e com 70 cm em média até nove estacas.

Para ANTUNES e TAROZZO (1998) as fases de execução da estaca hélice

contínua são: perfuração, concretagem simultânea à extração da hélice do terreno e

colocação da armação, conforme figura abaixo.

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2.3.2 Perfuração

Ainda conforme ANTUNES e TAROZZO (1998) a perfuração consiste na

cravação da hélice no terreno (figura 3), até a profundidade determinada em projeto,

por meio de uma mesa rotativa colocada no seu topo, que aplica um torque

apropriado para vencer a resistência do terreno.

A perfuração deve ser executada sem eu em nenhum momento seja retirada

a hélice do furo para garantir a principal característica da estaca hélice contínua que

é a de não permitir alivio significativo do terreno tornado possível a sua execução

tanto em solos coesivos como arenosos, na presença ou não de lençol freático.

Sobre perfuração do solo, a haste de perfuração é composta por uma hélice

espiral desenvolvida em torno de um tubo central, equipada com dentes na

extremidade inferior que possibilitam a sua penetração no terreno. Em terrenos mais

resistentes esses dentes podem ser substituídos por pontas de vídia. Figura abaixo

para análise.

No início da perfuração é realizada a locação exata das estacas, sendo essas

feitas por profissionais de topografia, locando de acordo com o projeto.

A marcação é feita com uma pequena barra de ferro ou piquete afundada

cerca de 50 cm no solo, o que além de marcar o local exato, isso é importante para

evitar que a movimentação das máquinas retire as marcações. O centro da hélice

deve coincidir com o ponto exato onde a barra de ferro; a conferência pode ser feita

com um prumo de centro.

Antes do início da perfuração, os pontos das estacas devem estar marcados

conforme a locação do projeto no solo como mostra a figura 5. Com a sequência

planejada, as estacas devem ser perfuradas conforme a dimensão do trado

determinando a distância mínima das estacas recém-confeccionada para não

comprometer a integridade das mesmas.

De acordo com PENNA (2008), no que se refere ao tipo de solo a ser

atravessado ou onde a hélice se apoiará há necessidade de chamar a atenção para

a importância do planejamento da execução da estaca hélice, uma vez que, assim

como qualquer outro tipo de estaca, a hélice também tem suas limitações e sua

execução deve ser criteriosamente adequada a alguns tipos de solos:

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Solos muitos coesos ou resistentes – Neste tipo de terreno, deve-se ter

uma atenção especial, pelo fato de que ao se garantir a execução da perfuração até

a profundidade especificada em projeto, se faz necessário “aliviar” a perfuração, ou

seja, rodar o trado parado, a fim de se quebrar o atrito e assim possibilitar seu

avanço ao alcance da profundidade desejada. Com isso ao realizar tal

procedimento, há um transporte de solo devido ao giro estático da hélice, podendo

ocasionar um desconfinamento do terreno e por consequência, uma redução de sua

capacidade de carga;

Camada de argila mole – Neste perfil de terreno, a execução de estacas,

apresenta-se viável, mas devem ser adotados alguns cuidados no que se refere à

importância de se controlar a subida do trado, com o objetivo de se garantir o sobre

consumo, que devido ao tipo de solo será grande e assim somando esforços para se

garantir a integridade da estaca;

Camada de argila mole superficial – Inicialmente a primeira preocupação

em relação a este terreno deve estar relacionada a estabilidade de suporte do

equipamento, além de se ter os cuidados em relação ao sobre consumo e o controle

da subida do trado e além disso visto que a pressão de concretagens ao longo da

camada mole não pode ser aumentada, em detrimento a pequena cobertura do solo,

recomenda-se armar à estaca ao longo de toda camada mole;

Camadas de pedregulhos – Neste tipo de solo deve-se observar a execução

das estacas em relação ao tamanho dos pedregulhos e a capacidade do

equipamento (Torque) em atravessar a camada e com o aspecto grosseiro do solo

deve-se levar em conta o desgaste do trado ao longo do período de execução,

necessitando de um controle em relação ao seu diâmetro e sua ponta.

2.3.3 Concretagem

Quando à profundidade especificada em projeto é alcançada, inicia se o

processo de concretagem da estaca. Nesta fase o concreto é bombeado através do

tubo central preenchendo simultaneamente a cavidade deixada pela hélice que é

extraída do terreno sem girar, ou no caso de terreno arenoso, girando se lentamente

no mesmo sentido da perfuração.

Nesta fase, a velocidade da extração da hélice está diretamente relacionada

com a pressão o sobre consumo de concreto de forma que não haja vazios entre a

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retirada da hélice do terreno e o seu preenchimento com o concreto, evitando se

possíveis estrangulamentos ou seccionamento do fuste da estaca. (ANTUNES E

TAROZZO, 1998).

JUNIOR (2007, p. 23) ressalta que:

A altura da concretagem da estaca é realizada até a superfície do terreno, onde se observa a possibilidade de se interromper a concretagem devido às preocupações quanto à estabilidade do fuste no trecho não concretado, sendo evidenciada tal preocupação em terrenos com solos não coesos. Observa-se que na opção de arrasamento da estaca, há a possibilidade de não se ter um controle preciso desta cota que foi interrompida ou do trecho não concretado. Em condições onde há a retirada de concreto acima da linha de arrasamento, tem-se a usualidade de se retirar o excesso do concreto com auxílio de baldes com a finalidade de se diminuir ou evitar a demolição da estaca posteriormente.

Durante o processo de concretagem / extração da hélice gera-se ainda mais

que na perfuração, um deslocamento vertical do solo devido ao formato de suas

hélices, onde a limpeza pode ser realizada no equipamento de forma mecânica

através de limpador com acionamento hidráulico ou manualmente por equipes de

apoio e no terreno pode ser realizada mecanicamente utilizando-se pás

carregadeiras de pequeno porte até mesmo em certas situações manualmente por

operários.

O concreto utilizado para concretagem da estaca tem a resistência

característica (fck) do concreto normalmente, é de 20 MPa, deve ser bombeável e

composto de areia e pedrisco. Quanto ao consumo de cimento, este é elevado

gastando entre 400 a 450 Kg/m³ sendo facultado pelo uso de aditivos plastificantes,

a relação água cimento geralmente fica em torno de 0,53 a 0,56. O abatimento do

tronco de cone (slump) do concreto situa-se entre 200 e 240 mm, esse abatimento

no slump é para o concreto ser auto adensável não necessitando de vibração para

preenchimentos dos vazios durante a concretagem.

2.3.4 Da colocação da armação

Em forma de “Gaiolas” de acordo com HACHICH (1998) a armação é

introduzida dentro do concreto por gravidade ou com ajuda de um pilão com pouca

carga. Para se evitar sua deformação durante a introdução no concreto utiliza-se de

barras grossas ligadas com estribos ou em expirais fixados por soldas (ponteados) e

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caracterizando seu formato de “gaiola”, suas ferragens longitudinais apresentam-se

em sua extremidade inferior formato levemente afunilado.

As estacas, quando submetidas a esforços de compressão não necessitam a

sua estrutura a presença de armação segundo conformidade a NBR-6122, onde a

sua utilização fica a critério do projetista na amarração de ligação com o bloco. “Já

em casos quando há a exigência de esforços transversais ou de tração há a

necessidade de se utilizar “gaiolas” longas, onde se deve preferir o uso de espirais

em substituição ao estribo vindo a transmitir à gaiola” rigidez suficiente, permitindo a

sua introdução no concreto seja por efeito de gravidade ou com a utilização de pilão

com baixa carga.

Após a concretagem da estaca onde o concreto atinge o nível do terreno, dá

início a última etapa. Mas primeiramente quando o trado sair totalmente do buraco

maquina se afasta da estaca para a retroescavadeira remover o excesso de solo

misturado com concreto, afastando-o da estaca.

As estacas hélice contínua têm suas armaduras inseridas somente após a

conclusão da concretagem, a sua colocação e feita através de vibração, por

compressão de um pilão ou gravidade. Entretanto, a colocação da armadura é

realizada por gravidade com auxílio da retroescavadeira. Em alguns casos a

colocação da armadura é realizada com o auxílio do guindaste da própria máquina

de perfuração, que após a colocação o operador utiliza o trado para empurrar a

armação até a cota desejada especificada em projeto.

2.4 EQUIPAMENTOS

Os equipamentos necessários para execuções de estacas, hélice continua

provém de máquinas especificas dotada de uma torre metálica vertical, que funciona

como guia e suporte para o trado, um trado de hélice contínua que suporta hélice de

vários diâmetros, acoplado em uma mesa rotativa de acionamento hidráulico, a

perfuração é monitorada por equipamento eletrônico, que medi a pressão e indica o

nivelamento da torre metálica e profundidade.

Os equipamentos que abrange a máquina têm característica definida pelo tipo

da fundação, como a profundidade da estaca, tipo de terreno e tipo do solo do

terreno. A torre metálica é determinada pela profundidade da estaca a ser

executado, a fim de dá sustentação ao trado, sendo que em sua extremidade possui

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duas guias, para garantir o posicionamento das estacas no início de sua perfuração.

A mesa rotativa é responsável pela aplicação do torque necessário para o

rompimento do solo compatível com o diâmetro e a profundidade das estacas.

Acoplado com a máquina há um guincho dimensionado em função das solicitações

de tração necessárias para a retirada do trado ao final da escavação e ao início da

concretagem. Durante a etapa de concretagem, é quem recebe a mangueira de

concreto proveniente da bomba.

Torque (KNm) Diâmetro (mm) Profundidade (m)

35 275; 350; 425 15

80 a 150 ≤ 800 24

≥160 ≤ 1000 24

Tabela 04: características dos equipamentos Fonte: ANTUNES E TAROZZO (1998)

Atualmente os equipamentos disponíveis no mercado permitem executar

estacas com comprimento de 24 m e diâmetro da hélice variando entre 275 mm a

1000 mm.

2.5 VANTAGES E DESVANTAGENS

A fundação sem dúvida é uma etapa da construção que custa 20% do valor

da obra, no entanto, esta pode pôr a perda todas as outras etapas, caso não seja

bem executada. No meio técnico da engenharia de fundações, nos últimos anos tem

aumentado a preocupação com o uso de estacas, não só pelo custo que muitas

vezes não chega ser mais apropriado, mas a fim de minimizar outros fatores que

acompanha a execução de fundação. É importante analisar qual a vantagem e a

desvantagem que a execução da estaca hélice atribui para obra.

2.5.1 Vantagens

É grande a variedade de solos em que pode ser utilizado este tipo de estaca,

inclusive em rochas brandas, exceto na presença de matacões e rochas.

As estacas hélice contínua apresentam (HACHICH, 1998):

Alta produtividade em sua execução, reduzindo o tempo no cronograma da obra;

Podem ser executadas acima ou abaixo do lençol freático.

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Penetra nas camadas resistentes do solo;

2.5.2 Desvantagens

Segundo HACHICH (1998) as principais desvantagens deste tipo de estaca são:

As áreas de trabalho devem ser planas e de fácil movimentação, devido ao porte

dos equipamentos, assim como o solo deve ter capacidade de suportar o peso

dos equipamentos, durante seu transporte e execução da estaca;

Devido a sua alta produtividade e do alto volume de concreto demandado

durante a execução das estacas, é necessária a presença de uma central de

concreto nas proximidades do local da obra, mas caso a concreteira seja

próximo da obra não é necessário;

Necessidade de um equipamento para a limpeza do material gerado durante a

escavação, a exemplo de uma retroescavadeira;

Limitação do comprimento da estaca e armação;

A qualidade na execução depende da sensibilidade e experiência do operador

da perfuratriz de execução da hélice.

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 PRESSUPOSTOS TÉCNICOS

Metodologia é o campo em que se estudam os melhores métodos praticados

em determinada área para a produção do conhecimento.

Segundo, Gerhadt e Silveira (2009, p. 12) “a metodologia é o estudo da

organização, dos caminhos a serem percorridos, para se realizar uma pesquisa ou

um estudo, ou para se fazer ciência. Etimologicamente, significa o estudo dos

caminhos, dos instrumentos utilizados para fazer uma pesquisa científica”.

Salienta-se como foco de estudo a análise de estacas integrantes do projeto

das fundações de um Residencial localizado na zona centro oeste, na cidade de

Manaus - AM. A figura abaixo mostra a localização da cidade de Manaus (vide

anexo).

A cidade de Manaus que abrange uma área territorial com cerca de

11.401,092 Km² e uma população de 1.802.014 habitantes, segundo censo do IBGE

19

(Instituto Brasileiro de Geografia e estatística), atualmente a população estimada

para o ano de 2018 é de 2.145.444 (IBGE 2018).

O aumento populacional em Manaus foi resultado principalmente da

implantação da Zona Franca e do Polo Industrial de Manaus, o que tornou a capital

do Amazonas uma atração econômica para a população do interior e de outros

estados, segundo Marques e Pinheiro (2011).

Esse atrativo resultou e movimentou vários setores como por exemplo a

construção civil, em construção de conjuntos habitacionais. Atualmente o

crescimento urbano na cidade de Manaus compreende novos meios de expansão

como a verticalização, através da inserção de prédios tantos comerciais como os

habitacionais, portanto justifica a motivação principal para a execução deste estudo

fundamentado pela realização de algumas atividades como: ensaios de campo que

englobaram 12 (doze) ensaios de SPT (Standart Penetration Test). Destes ensaios,

05 (cinco) foram utilizados para compor o perfil estratigráfico do estudo de caso a

qual relata este trabalho – SPA09, SPA10, SPA13, SPA14 e SPA17.

Para a concretização e alcance de tais ensaios, se fez necessário seguir os

seguintes métodos:

Relatório fotográfico dos canteiros de obras das empresas, relatando os

problemas de manejo dos resíduos sólidos;

Relatórios fotográficos do gerenciamento da obra no local;

Elaboração de uma entrevista informal com os responsáveis e tabelas das

entrevistas, visando o melhor entendimento da situação acerca do método.

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

Segundo os dados obtidos, é possível explanar como um dos resultados mais

significativos apresentados foi no que diz respeito às camadas mais superficiais dos

furos de sondagens do local da obra, utilizados para calcular a previsão da

capacidade de carga das estacas que integram a fundação do empreendimento.

Este ensaio foi bastante utilizado no exercício da engenharia como um indicativo da

densidade e resistência dos solos.

Em análise, obtivemos resultados positivos sendo observado que o solo é

composto basicamente de uma camada superficial argilosa que varia entre 11 e 12

metros de profundidade e nas camadas mais profundas nota se a presença de um

20

solo argilo arenoso de consistência mole, o que também pode ser observados nos

outros furos de sondagem. O nível da água encontra-se aproximadamente, a cerca

de 10 metros de profundidade.

Em decorrência destas camadas superficiais, e do perfil do solo analisado,

ressalta-se a grande importância da monitoração como ferramenta de controle para

que o processo de execução deste tipo de estaqueamento não venha a

comprometer o cronograma da obra.

Salienta-se que as empresas responsáveis por esse serviço e o engenheiro

da obra devem estar atentas às imprecisões ocorridas durante o processo. No caso

da execução da estaca que faz parte da obra relatada neste trabalho, é inevitável a

ocorrência de algum fator que interfira no processo, tanto na qualidade quanto na

quantidade das estacas. Por consequência, da ocorrência destes fatores de

interferência é comum em muitas obras ocorrerem mudanças nos projetos, e a

fundação como é a fase inicial da obra acaba sendo o ponto de partida para essas

alterações e em alguns casos ocorrem mesmo sem os projetos estarem aprovados,

o que acarreta um grande atraso no processo, prejudicando a produção das estacas

e gerando assim enormes transtornos tanto para as equipes de campo quanto para

os engenheiros responsáveis pela obra, tendo em vista que uma alteração em um

projeto requer a avaliação de um calculista especializado na área de ocorrência da

modificação.

Situações em que ocorrem alterações em projetos de fundações ocasionam

atrasos indesejáveis para a obra, mas a partir do momento que ocorre diferença em

relação ao que estava previsto, elas são inevitáveis e devem ser imediatamente

comunicadas para a equipe de engenharia da obra para que possa ser readaptado o

cronograma e assim com uma boa dose de experiência por parte do engenheiro

pode-se minimizar os atrasos e os transtornos causados pelas alterações.

Conforme resultados dos laudos de prospecções geotécnicas contidos neste

trabalho, no qual demostram um solo com pouca resistência e sem confinamento

lateral, ao ser concretada uma das estacas que compõe um conjunto estrutural do

bloco 14D na torre 04 figura 12 (vide anexo) do empreendimento analisado, houve

um rompimento lateral do solo, que ocasionou o abatimento do concreto nas estacas

próximas, fazendo-se necessária a alteração no projeto das posições das estacas

para que estas pudessem suportar a carga proveniente da estrutura sem

comprometer a segurança da edificação.

21

A solução encontrada pela equipe de engenharia, após ser analisada e

repassada para o calculista de fundações responsável pelo projeto, foi a anulação

da estaca e o acréscimo de duas estacas de reforço, modificando assim a geometria

do bloco de coroamento que distribui a carga proveniente do pilar figura 08 e 09

(vide anexo).

CONSIDERAÇÕES FINAIS Ao término deste trabalho foi possível conhecer contextualmente as

Fundações, sua classificação, tipos de solos, formas de execução e transporte. As

formas de funcionalidade, fundamentação, finalidade estrutural e durabilidade em

um sentido mais amplo, fixado a fatores fundamentais.

A análise à estaca hélice contínua proporcionou ampla abordagem e

conhecimento, caracterizando o alcance dos objetivos contidos na pesquisa. As

formas de sua execução e critérios relevantes de desenvolvimento conceitual acerca

da temática abordada proporcionou-me profundos conhecimentos a respeito do

tema, adquirindo desta forma, pré-requisitos de aprofundamento em questão,

fazendo com que este se torne alvo de inúmeras pesquisas.

Assim, visando à análise do trabalho desenvolvido pelas fundações do tipo

estaca hélice pude verificar sua importância e classificação contínua como

fundações profundas pelo fato de serem usadas no intuito de cargas da edificação

para as camadas mais profundas do solo quando as camadas superficiais não são

suficientes para suportar tais cargas.

Foi possível conhecer e analisar a historicidade que abrange a temática,

desafios de continuidade e evidentes casos de manutenção e controle. A questão da

historicidade foi abordada, assim como os métodos de execução: perfuração,

concretagem, formas de armamento, equipamentos, controle para execução do

trabalho, vantagens e desvantagens oferecidas pelo mesmo.

É importante salientar a relevância que o estudo proporcionou devido a

análise das alterações feitas no projeto de fundações, onde devido ao tipo de solo

existente no local da obra, houve um fator agravante que foi o rompimento do solo,

22

devido à pressão do concreto injetado, ocasionado o vazamento de concreto para o

ponto de locação da estaca vizinha. Por este motivo houve a necessidade de

anulação da estaca, o que acarretou um atraso de três meses no cronograma da

torre onde ocorreu o fato, proporcionando o conhecimento as fundações no que se

refere à segurança.

Apesar do êxito no processo de execução das fundações do tipo estaca hélice

contínua estar relacionado ao rigoroso controle de monitoramento, tanto por parte da

equipe de campo quanto da equipe de engenharia, existem fatores que são

inevitáveis como, por exemplo, a ocorrência de intempéries e acidentes diversos,

entretanto os projetistas e executores do trabalho em manutenção.

No que diz respeito a problemas enfrentados, muitas vezes a construtora tem

atrasos, porém, são atrasos que ocorrem em um prazo muito curto para a entrega

da obra, o que leva a optar por um tipo de fundação que seja ao mesmo tempo

viável financeiramente e que tenha uma produtividade bastante elevada, o que faz

das estacas hélices a solução mais preferida, mas nem sempre esta opção é a ideal

pra a obra, pois seu uso é desaconselhável em solos muito moles e com presença

de argilas orgânicas, o que pode acarretar em fatores que influenciam na correta

execução das estacas.

Quanto aos desafios enfrentados pela Empresa, refiro-me a diversas

questões, porém, providências são tomadas pela gerência da obra, como a

recolocação das equipes para a outra torre enquanto a situação for passada para o

calculista de fundação projetar reforços para o bloco de estacas.

Vale ressaltar como relevante no estudo do caso apresentado, que é notável

a presença de um solo mole e com baixa resistência, onde este tipo de solo não

permite a execução de fundações rasas o que provocaria recalques que trariam

danos à edificação, por este motivo a obra executou a fundação profunda do tipo

estaca hélice contínua.

No que diz respeito às conclusões, através do estudo de caso foi possível

conhecer a melhor solução adotada para o problema apresentado, analisando

através das pesquisas e do acompanhamento no local da obra, o que trará bastante

contribuição em caso de posteriores situações que venham a ocorrer e que

merecem uma atenção especial tanto na área profissional quanto na área

acadêmica, promovendo conhecimento e desenvolvimento pessoal acerca da teoria.

23

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABNT NBR 6118 (2007). Projeto e execução de obras de concreto armado. Rio

de Janeiro: ABNT.

ABNT NBR 6122 (2010). Projeto e execução de fundações - Procedimento. Rio de

Janeiro: ABNT.

ABNT NBR 6484 (2001). Solo - Sondagens de simples reconhecimento com SPT

- Método de ensaio. Rio de Janeiro: ABNT.

ABNT NBR 6502 (1995). Rochas e solos. Rio de Janeiro: ABNT.

ALONSO, URBANO RODRIGUEZ. Previsão e Controle das Fundações-Urbano -

2º edição; Ed.Edgar Blucher, São Paulo, 1991.

ALONSO, URBANO RODRIGUEZ. Dimensionamento de Fundações Profundas -

2º edição; Ed. Edgar Blucher, São Paulo, 1989.

CAPUTO, HOMERO PINTO. Mecânica dos solos e suas aplicações – vol. 1, ed.

Livros técnicos e científicos, São Paulo, 1998.

HACHICH WALDEMAR, et al. Fundações teoria e prática- Ed. PINI, 2º edição,

São Paulo, 1998.

JOPPERT JUNIOR, Ivan de Oliveira. Fundações e contenções de edifícios- Ed.

PINI, São Paulo, 2007.

PENNA, A.S.D.; CAPUTO, A.N.; MAIA, M.C.; PALERMO, G.; GOTLIEB, M.;

PARAÍSO, S.C.; ALONSO, U.R. (1999). A estaca hélice-contínua – a experiência

atual. 1ª ed. São Paulo: FALCONI, F. F. & MARZIONNA, J. D. (Ed). ABMS/ABEF/IE.

REVISTA EQUIPE DE OBRAS. Ed. PINI, Edição 64, Outubro de 2013.

REVISTA TÉCHNE. Ed. PINI, Edição 200, Novembro de 2013.

SONDAPT (2010). Relatório Técnico de sondagem. Manaus - AM.

VARGAS, Milton. Introdução à mecânica dos solos – ed. Mcgraw Hill, 1977.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Manaus, acesso em 02/06/2014.

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ANEXOS

Figura 01 – Localização na cidade de Manaus Fonte: www.wikipedia.com.br.

Figura 02: Etapas de execução das estacas hélice contínua. Fonte: JOPPERT JUNIOR, 2007.

ETAPA 1 ETAPA 3 ETAPA 2

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Figura 03 – Detalhe da hélice. Fonte: JOPPERT JUNIOR, 2007.

Figura 04 – Local onde serão anexadas as estacas. Fonte: Arquivo da obra acompanhada.

26

Figura 05 – Detalhe da estaca anulada. Fonte: Autoria Própria (Adaptada do projeto de fundações)

Figura 06 – Detalhe da estaca de reforço. Fonte: Autoria Própria (Adaptada do projeto de fundações)

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Figura 07 – Preparação do terreno para locação das fundações. Fonte: Arquivo da obra acompanhada.

Figura 08– Vista geral da locação do empreendimento. Fonte: Arquivo da obra acompanhada.

28

Figura 09– Locação das estacas. Fonte: Arquivo da obra acompanhada.

Figura 10 – Estacas executadas. Fonte: Arquivo da obra acompanhada.

29

Figura 11 – Estacas executadas em níveis diferentes Fonte: Arquivo da obra acompanhada.

Figura 12 – Execução dos blocos de coroamento. Fonte: Arquivo da obra acompanhada.