UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO

Faculdade de Engenharia

Programa de apoio acadêmico

Título: Estacas Escavadas

Área de projeto: Desenvolvimento de material didático

Departamento: Estruturas e Fundações

Coordenador: Prof. José Martinho de Azevedo Rodrigues

ÍNDICE

ESTACAS ESCAVADAS DE GRANDE DIÂMETRO – TIPO BARRETE 3-21

ESQUEMA DA LAMA BENTONÍTICA 22

ESTACAS ESCAVADAS DE GRANDE DIÂMETRO – PUBLICAÇÃO BRASFOND 23-46

DETALHE DA MURETA GUIA 47

SEÇÕES TÍPICAS DE ESTACAS TIPO BARRETE & METODOLOGIA EXECUTIVA 48

ESQUEMA DE EXECUÇÃO POR PAINÉIS ALTERNADOS 49

PLATAFORMA DE PERFURAÇÃO – TIPO GD-2 E GD-3 50-51

FOLHA DE ROSTO 52

INDICE DAS TABELAS DE ESTACAS ESCAVADAS - BRASFOND 53

TABELAS DE ESTACAS ESCAVADAS - BRASFOND 54-55

ESTACAS ESCAVADAS DE GRANDE DIÂMETRO – PUBLICAÇÃO FRANKI 56-67

MECANISMO DE FORMAÇÃO DO CAKE 68

PAINÉIS ALTERNADOS E SUCESSIVOS 69

PAINÉIS PRÉ-MOLDADOS/DETALHE DE JUNTA/SEÇÕES TÍP. DE ESTACAS - BARRETE 70

MÉTODO DE EXECUÇÃO 71

INDICE DAS TABELAS DE ESTACAS ESCAVADAS - FRANKI 72

TABELAS DE ESTACAS ESCAVADAS - FRANKI 73-74

ESTACAS ESCAVADAS DE GRANDE DIÂMETRO – PUBLICAÇÃO FUNDESP 75-80

INDICE DAS TABELAS DE ESTACAS ESCAVADAS – FUNDESP 81

TABELAS DE ESTACAS ESCAVADAS – FUNDESP 82-83

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Prof. J. Martinho

Estacas escavadas de grande diâmetro Tipo BARRETE

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Prof. J. Martinho Estacas escavadas de grande diâmetro

Estacas escavadas - tipo BARRETE

1. Introdução

De acordo com a NBR-6122/86 da A.B.N.T., define-se:

Estaca escavada é uma estaca executada por escavação mecânica, com uso ou não de lama bentonítica e de revestimento total ou parcial, e posterior concretagem. Sua forma pode ser circular ou qualquer outra. Portanto, a NBR-6122/86 define como estacas escavadas as seguintes estacas:

♦ Estacas de grande diâmetro

♦ Estacas diafragma paredes diafragma

♦ Estacões

♦ Estacas - tipo Barrete

2. O uso de lama bentonítica

O emprego de lama bentonítica, de uso difundido na tecnologia de perfurações petrolíferas, é de aplicação relativamente recente na contenção de paredes de uma escavação, datando mais ou menos de 1952, época a partir da qual passou a ser aceito sem qualquer restrição, sendo em alguns casos insubstituível. Com tecnologia análoga à utilizada nas paredes diafragma e posteriormente nas estacas tipo barrete, verificou-se ser possível executar estacas escavadas de grande diâmetro sem aplicação de tubo de revestimento, utilizando exclusivamente a contra pressão hidráulica da água acrescida de aditivos, introduzida diretamente no furo durante a perfuração.

Desses aditivos, especialmente em terrenos permeáveis, a bentonita se demonstrou o mais adequado.

3. Composição e propriedades da bentonítica

O termo bentonita foi aplicado pela primeira vez a uma ocorrência mineral específica encontrada em Wyoming - USA, que era constituída essencialmente de montmorilonita sódica (sendo o sódio o cátion intercambiável ligado à molécula básica).

Um segundo tipo de bentonita foi encontrado, porém com menor capacidade de gelificar-se, e que se constatou ser montmorilonita cálcica.

4

Prof. J. Martinho A bentonita sódica é a que apresenta desempenho adequado para a contenção de escavações, mas a sua ocorrência na natureza é especialmente rara.

A forma cálcica é a mais comum e, felizmente, facilmente conversível na forma sódica.

A bentonita é pois uma mistura argilosa constituída prevalentemente de montmorilonita (silicato hidratado de alumínio) que absorve água até 6 a 7 vezes o próprio peso, aumentando de 15 a 20 vezes o próprio volume formando uma suspensão coloidal, cuja propriedade fundamental é a tixotropia, ou seja, a característica de sofrer transformação isotérmica e reversível, apresentando-se como gel quando em repouso e como solução quando em agitação.

Face a essa propriedade, junto às paredes de uma perfuração e em suas reentrâncias forma-se uma película (cake) de partículas de bentonita hidratada, que se constitui em barreira à passagem de água. Assim é que uma fraca suspensão, com pequena porcentagem de sólidos apresenta:

• viscosidade superior à da água;

• Tixotropia;

• habilidade de formação de película (cake);

Propriedades estas essenciais que tornam possível o emprego da bentonita na estabilização de escavações, mantendo-as íntegras, até que se processe a concretagem.

Em resumo, pode-se dizer que a suspensão de bentonita atua sobre a parede da escavação exercendo pressão hidrostática correspondente à profundidade da suspensão naquele ponto. A suspensão atua através da película (cake) que forma um diafragma suficientemente impermeável, impedindo inclusive a penetração da água do lençol das vizinhanças da escavação. A estabilidade da escavação é assegurada pela pressão hidrostática da bentonita maior que a pressão do solo e da água do lençol.

Na prática, a estabilidade de uma escavação é obtida se a suspensão de bentonita for mantida ao nível de cerca de 1,50m acima do nível do lençol freático.

Outra propriedade muito importante da lama bentonítica é sua capacidade de manter as pequenas partículas em suspensão ou de retardar sua decantação, o que impede a formação de depósito no fundo da escavação, que prejudicaria a capacidade de carga do elemento de fundação que fosse aí concretado, permitindo outrossim, trazer para a superfície os detritos da escavação.

5

Prof. J. Martinho A possibilidade de executar a perfuração sem tubos de revestimento elimina os limites de diâmetro e de profundidade que seriam impostos pelos mesmos e permite execução de estacas de secção não circular.

Nos primórdios de sua aplicação alguns autores consideravam que o uso da bentonita poderia determinar a diminuição do atrito lateral e, portanto, a redução da capacidade de carga do elemento de fundação.

Hoje pode-se, sem qualquer reserva, como demonstrado por experiências de campo e de laboratório, considerar plena mobilização do atrito lateral entre o elemento de fundação e o terreno.

Na realidade, o comportamento é totalmente oposto ao anteriormente considerado já que parte da lama bentonítica presente na parede do furo se mistura com parte do cimento do concreto constituindo-se em área de transição entre o concreto e o solo, que no conjunto contribui para o aumento da capacidade de carga do elemento de fundação.

Corroborando tal afirmação, basta lembrar o uso corrente de injeções de misturas ternárias de água, cimento e bentonita para o melhoramento das características do terreno.

4. Especificações técnicas dos materiais empregados

4.1. Lama bentonítica

A lama bentonítica, conforme já mencionado, é formada de uma mistura de água doce e bentonita na dosagem de 1 metro cúbico de água de 30 a 100kg de bentonita, em função da viscosidade e da densidade que se pretende obter. A composição da suspensão de bentonita deverá ser tal, que a estabilidade do furo esteja garantida em todos os estágios de execução, durante os quais deverão ser realizados os controles adequados.

A bentonita empregada deverá responder aos seguintes requisitos:

• resíduo em peneira nº 200 ≤ 1%

• teor de umidade ≤ 15%

• limite de liquidez 440

• viscosidade marsh 1500/1000 da suspensão a 6% em água destilada 40

• decantação da suspensão a 6% em 24 horas ≤ 2%

• água separada por presso-filtração de 450cm3 da suspensão a 6% nos primeiros 30min. à pressão de 7kg/cm2 ≤ 18cm3

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Prof. J. Martinho • PH da água filtrada 7 a 9

• espessura do cake no filtro do filtroprensa ≥ 2,5mm

A preparação da lama bentonítica para perfuração é uma operação de fácil execução que, porém, requer técnica e equipamento adequado.

Não se pode preparar a lama, injetando na boca do furo, água e bentonita em pó com o escopo de misturá-los no curso da perfuração.

Neste caso haveria considerável desperdício de bentonita e, mais grave, a lama não homogeneizada, rica de grumos, provocaria a formação sobre a parede do furo de uma película de espessura anômala, prejudicando a capacidade de carga por atrito lateral. A lama deve ser preparada em misturadores de elevada turbulência e antes de ser utilizada deve permanecer em “amadurecimento” em reservatórios adequados. Os misturadores para a suspensão de bentonita deverão ser providos de dispositivos de medição de água e a medição de bentonita adicionada deverá ser feita por sacos ou peso. A suspensão somente poderá deixar o misturador quando não houver mais aglomerados de bentonita visíveis a olho nu. Normalmente a suspensão deverá inchar após a mistura. São consideradas suficientemente inchadas as que são usadas entre 12 e 24 horas após a mistura; sendo usados recipientes de homogeneização, esse intervalo de tempo poderá ser reduzido à metade. Caso seja atingida 90% da viscosidade final, confirmado por ensaio, não será necessário considerar tempo de inchamento.

No decurso da perfuração devem ser controlados alguns parâmetros característicos da lama, quais sejam: viscosidade, densidade, conteúdo percentual de areia e a presença de eventuais substâncias contaminantes.

Importante na preparação de uma boa lama bentonítica é o controle da qualidade da água. De fato, água com excesso de cloretos provoca a floculação da lama com consequente ausência de “gel”e precipitação da bentonita. Para evitar este inconveniente pode-se adicionar carboximetilcelulose (CMC).

Especial atenção deve ser dispensada ao controle da densidade durante a perfuração e principalmente antes da concretagem pois, quando superior aos valores desejados, denota a presença de elevada quantidade de material em suspensão. Esse material deve ser eliminado através de um desarenador.

Outra precaução indispensável é a de manter constante o nível da lama com o acréscimo de lama nova, principalmente no caso da suspensão permanecer muito tempo na escavação, durante interrupções do trabalho.

7

Prof. J. Martinho A lama bentonítica pronta para ser utilizada deve ter as características

resultantes da tabela abaixo.

Características Intervalo dos valores a 20º C Método de ensaio

Densidade 1,02 a 1,10 g/cm3 Balança de lama

Viscosidade 30 - 90 seg. Método de Funil Marsh PH 7 - 11 Papel de PH

Espessura do “cake” 1,0 a 2 mm Presso filtro

Terminada a perfuração do elemento de fundação e antes de iniciar a concretagem, deve-se novamente controlar as características da lama, mediante a retirada de amostras a vários níveis.

A concretagem pode ser procedida quando a amostra de lama retirada a 1 metro do fundo tenha uma densidade idônea e o teor de areia não superior a limites aceitáveis.

A determinação do conteúdo de areia se procede com um aparelho constituído de:

a) uma proveta Baroid de vidro graduada em % e cônica na parte inferior;

b) um cilindro de plástico e 2,5 polegadas com tela de 200 mesh na sua parte média;

c) um funil de plástico que se adapta a uma e outra extremidade desse cilindro.

Seguidas as normas específicas do ensaio pode-se ler na proveta o percentual de areia contido na lama.

4.2. Armadura metálica

As armaduras metálicas podem ser constituídas de barras lisas ou de aderência melhorada.

As armaduras deverão ser pré-moltadas em secções de comprimento adequado e as diversas secções ligadas por solda ou clips.

Serão previstos ganchos para elevação, anéis de rigidez e distanciadores rotativos para garantir a centralização da armadura. O recobrimento mínimo em relação à parede do furo não deve ser inferior a 50mm (2”) e o intervalo mínimo entre os ferros principais deve ser de 100mm (4”). A armadura será colocada no furo antes da concretagem e mantida suspensa, evitando que se apoie no fundo.

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Prof. J. Martinho No caso em que o elemento de fundação seja parcialmente armado, é

necessário prever uma suspensão conveniente para evitar o deslocamento da ferragem durante a concretagem.

4.3. Concreto e modalidade de concretagem

O concreto empregado será o pré-preparado com agregado graúdo de diâmetro máximo de 20mm.

A relação água cimento deve estar entre os limites de 0,5 a 0,6 e o limite de slump será de 20 ± 2cm.

O teor de cimento geralmente empregado é de 400kg de cimento por metro cúbico de concreto.

O sistema de concretagem é o “submerso” (contractor). Tal sistema consiste em aplicar o concreto por gravidade através de um tubo (tubo tremie), central ao furo e munido de uma tremonha (funil) de alimentação, com a extremidade imersa no concreto.

O tubo de concretagem é constituído de elementos rosqueados, com um diâmetro de 200 a 250mm (10 vezes maior que o diâmetro máximo do agregado utilizado) e deve satisfazer aos seguintes requisitos:

a) as paredes do tubo devem ser lisas e de espessura adequada para evitar deformações.

b) as juntas devem ser estanques com rosca robusta e de fácil limpeza.

c) a cota inferior do tubo de concretagem deverá ser colocada um pouco acima do fundo do furo antes do início da concretagem.

Uma boa concretagem deve obedecer aos seguintes requisitos:

a) Deve-se isolar o primeiro concreto da lama presente no tubo através de um tampão de papel ou uma bola de couro ou plástico.

b) Durante a concretagem é necessário que o fluxo de concreto seja regular e no mínimo de cerca de 15 a 20m3/hora.

Um fluxo lento poderá provocar o entupimento do tubo e intervalo de descarga muito longo entre uma betoneira e outra pode ocasionar a formação de uma junta seca.

c) É aconselhável o uso de concreto bombeado principalmente em lugares de difícil acesso aos caminhões betoneiras.

9

Prof. J. Martinho d) O tubo de concretagem deve estar sempre imerso de 2 a 3 metros na massa

do concreto já lançado (para impedir a perda de selo), pois profundidade menores podem dar origem a refluimento da bentonita, ao passo que valores excessivos também são danosos por dar origem a via preferenciais de subida através da massa de concreto.

A altura do tubo de alimentação tremonha sendo maior que o nível da lama torna contínuo o fluxo de concreto que vai formando fuste do elemento de fundação.

Durante a concretagem se procede ao lento e gradual levantamento do tubo, enquanto se retira superiormente a bentonita excedente.

Em conclusão, a regularidadede fluxo e correta imersão do tubo permite uma concretagem adequada, com o concreto preenchendo o furo de baixo para cima, sem descontinuidade e com perfeita aderência ao terreno.

e) A concretagem será executada até pelo menos 50-70cm acima da cota de arrasamento prevista em projeto.

f) O corte e preparo das cabeças das estacas devem ser feito com os cuidados necessários para que não ocorram trincas ou fissuras.

g) As estimativas de profundidades dos elementos de fundação serão fixadas pela Projetista em função dos dados de projeto e informações geotécnicas disponíveis para cada caso.

O controle a ser feito pela Fiscalização indicará todavia a profundidade real da estaca em função da qualidade do sol local, dificuldades de perfuração, etc.

Em caso de dúvidas, ensaios complementares serão necessários, como por exemplo “ensaios de penetração estática”.

h) Deve ser previsto guindaste de descida rápida para apoio à concretagem na movimentação do tubo tremonha, o qual será utilizado também na elevação e colocação da armação da estaca outras operações de apoio.

i) O controle da resistência do concreto será feito pela retirada de corpos de prova junto à estaca.

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Prof. J. Martinho 5. Comentários técnicos da NBR-6122/86 da A.B.N.T.

Segurança de escavação a céu aberto Estacas escavadas

Lama bentonítica

A lama bentonítica utilizada na escavação para execução de estacas moldadas in-situ, é uma mistura em água de uma argila especial - bentonita - da família das montmorilonitas de sódio (alcalina).

Concentração coloidal

A concentração coloidal da mistura água + bentonita deve ser obtida pela expressão:

Clc = ×

peso da bentonita1000 de H O

100 (em percentagem)2

Tixotropia

A lama utilizada para a escavação deve apresentar a propriedade da tixotropia, isto é, apresentar um comportamento fluído quando agitada mas é capaz de formar um “gel” quando em repouso.

Nota: gel = película = cake

Funções

A lama bentonítica durante a escavação da vala/buraco deve ter as seguintes funções:

♦ Suportar a face da escavação;

♦ Formação de um selo (película/cake) para impedir a perda da lama no solo;

♦ Deixar em suspensão partículas sólidas do solo escavado, evitando que elas se depositem no fundo da escavação.

Central de lama

A lama bentonítica utilizada para a escavação em solos, é preparada numa instalação especial denominada “central de lama”, e deve ter características especiais para poder ser utilizada na escavação.

Basicamente uma central de lama é constituída de:

♦ Local para armazenamento da bentonita, que normalmente é encontrada em sacos de papel craft de 50kg.

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Prof. J. Martinho ♦ Reservatórios de água potável

♦ Misturadores de grande capacidade (200 a 2000l)

♦ Reservatórios de armazenamento de lama bentonítica nova

♦ Conjunto de motores/bombas de sucção

♦ Reservatórios de armazenamento de lama bentonítica usada, para posterior beneficiamento e reutilização

♦ etc...

Características físico-químicas da lama bentonítica

1) Concentração coloidal: 2% a 6%

2) Peso específico: 1,025 a 1,106 g/cm3

3) Teor de sólido em suspensão: 3% em volume

4) PH da água filtrada: 7 a 9

5) Limite de liquidez: 440

Características tixotrópicas

1) “cake” = 1,0mm a 2,5mm

2) filtrado API (água separada por presso-filtração) de 450cm3 da suspensão a 6% nos primeiros 30min. à pressão de 7kgf/cm2 = 15cm3 a 20cm3

3) viscosidade da suspensão a 6% em água destilada

Tipo de Solo Viscosidade Solo sêco

Marsh Solo com água

Argila 29 - 35 -

Silte arenoso

Areia argilosa 32- 37 38 - 43

Areia siltosa

Areia fina 38 - 43 41 - 47

Areia grossa e pedregulho 45 - 52 60 - 70

4) Resistência ao cisalhamento

Resistência do gel de 10 minutos = 1,4 a 10 N/m2

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Prof. J. Martinho Maturação

Quando na presença de água a bentonita apresenta um inchamento muito acentuado. Por isto antesda utilização da lama bentonítica na escavação é necessário um período de pelo menos 12 meses para que seja atingido total inchamento da bentonita - este tempo é denominado de “maturação.

Tempo de maturação

Durante o tempo de maturação da lama bentonítica, esta deve ser mantida em agitação por meio de uma bomba de circuito fechado.

Ensaios

A lama bentonítica deve ser submetida aos seguintes casos:

1) Determinação do peso específico

Utiliza-se um densímetro ou a balança Baroid;

2) Teor de sólidos em suspensão

O ensaio é realizado com auxílio de Baroid Sand Content;

3) PH (concentração hidrogeniônica)

Utiliza-se tiras de papel indicador de PH (são tiras impregnadas com substâncias colorimétricas que desenvolvem cores características para vários valores de PH);

4) “cake” e filtrado API

Utiliza-se o “filter press”;

5) Viscosidade

Utiliza-se o funil Marsh;

6) Resistência do “gel”

Utiliza-se o viscosímetro de Fann V-G

Escavação

A escavação é guiada com auxílio da mureta-guia, que é uma estrutura de concreto armado executada na diretriz onde deverá se proceder à escavação, no caso de paredes diafragma.

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Prof. J. Martinho No caso de estacas diafragma/barretes, utiliza-se perfis metálicos associados, que definem as dimensões da seção transversal das estacas e que são colocadas à superfície do terreno natural, e que antes de se iniciar a escavação propriamente dita, são cuetos de lama bentonítica.

No caso de estacas de grande diâmetro, utiliza-se tanto camisas metálicas circulares guia, enterradas ou não, conforme a necessidade e condições locais.

As principais funções da mureta guia/perfil guia/tubo guia são:

1) Locar a posição da estaca onde deverá ser escavada;

2) Guiar o equipamento de escavação;

3) Conter o solo no trecho inicial da escavação;

4) Garantir uma altura de lama compatível com o nível do lençol freático

• Antes do início da escavação é indispensável a execução de ensaios com a lama bentonítica, para saber se ela está em condições de ser utilizada, tendo em vista o tipo de solo a ser atingido durante a escavação.

•• A escavação é produzida pela penetração da ferramenta de escavação no solo e o corte pode ser feito por movimento de rotação ou movimento vertical das mandíbulas do clam-shell.

É fundamental para a estabilidade das paredes que sempre seja mantido o nível da lama dentro da escavação, o mais alto possível.

Se ocorrer uma perda acentuada de lama no solo, tal que não seja possível manter o nível estável da lama, a escavação deve ser interrompida para uma análise do motivo que está provocando a anormalidade constatada.

Durante a operação de escavação deve ser mantido um controle rigoroso na verticalidade. Se for constatado um início de desvio, esta deve ser imediatamente paralisada e ser executada uma raspagem com ferramenta apropriada, a fim de se evitar progresso no desvio.

Troca de lama

Terminada a fase de escavação, a lama deve ser ensaiada para se determinar a quantidade de sólidos (grãos de areia) em suspensão. Se o ensaio determinar um teor maior que 3,5% em volume a lama deverá ser trocada antes da operação de concretagem.

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Prof. J. Martinho A troca da lama de escavação por uma lama nova pode ser feita de duas maneiras:

1) Substituição

∗ A lama contaminada deve ser bombeada para o tanque de decantação na central de lama. Simultaneamente deve ser colocada na cava, lama nova;

2) Desarenação

∗ A lama contaminada deve ser bombeada através de desarenadores, onde, por centrifugação, são separadas as partículas sólidas da lama, voltando esta para a cava. A operação deverá ser feita até ser constatado, através de ensaios, que o teor de sólidos em suspensão está dentro das especificações da lama nova.

No tanque de decantação a lama deve ser deixada em repouso para que as partículas se depositem no fundo (decantando). Depois a lama deve ser bombeada através de desarenadores onde, por centrifugação, são separadas as partículas sólidas restantes na lama.

Concluída a operação da troca da lama efetua-se a limpeza de fundo da escavação da vala/buraco para se ter certeza que não houve deposição de partículas de areia no fundo da escavação.

Concretagem

1) A armadura é constituída por barras longitudinais e estribos montados em forma de gaiola. Em função da operação de manobra e içamento da gaiola é indispensável que ela tenha ferros adicionais de enrijecimento para garantir a sua rigidez. Deve-se também prever alças de posicionamento para a gaiola da armadura ser colocada dentro da escavação.

2) No detalhamento da gaiola da armadura deve sempre ser levado em conta que a concretagem é submersa.

3) O cobrimento da armadura ≥ 5cm no mínimo, é obtido facilmente colocando no ferro longitudinal ou nos estribos, roldanas de argamassa/cimento resistentes, que garantam o cobrimento acima.

4) No caso da gaiola da armadura ser de grande comprimento, deve-se prever uma emenda que é efetuada durante a colocação desta na vala da escavação.

5) Terminada a operação de colocação da armadura na escavação, esta deve ser presa na mureta guia, a fim de se evitar que suba, devido a tendência natural de subida do concreto na concretagem submersa.

15

Prof. J. Martinho 6) O processo de concretagem é o submerso, ou seja, aquele executado de baixo

para cima, de uma maneira contínua e uniforme.

7) O concreto utilizado na concretagem submetida tem como característica principal uma alta plasticidade - slump-test = 20 ± 2. O consumo de cimento deve ser de no mínimo 400kg/m3 e os agregados utilizados devem ser areia e brita 1.

6. Comentários técnicos da NBR-6122/86 da A.B.N.T. sobre estacas escavadas

6.1. Estacas escavadas com uso de lama

As estacas escavadas com uso de lama, sejam circulares, sejam alongadas (estacas diafragma ou barretes), pela sua técnica executiva, têm sua resistência, em grande parte, dependendo do atrito ao longo do fuste, enquanto a resistência de ponta é mobilizada apenas depois de recalques mais elevados.

6.2. Carga admissível

Nessas condições, a carga admissível de uma estaca escavada deve atender simultaneamente às seguintes condições:

1) Ser obtida pela aplicação de um coeficiente de segurança igual a 2 (dois) à soma da resistência de atrito e resistência de ponta; e que a resistência de atrito não seja inferior a 80% da carga de trabalho a ser adotada;

2) Quando a estaca tiver sua ponta em rocha, e, que se possa garantir o contacto entre o concreto e a rocha, toda carga pode ser absorvida por resistência de ponta, valendo neste caso um coeficiente de segurança não inferior a 3 (três).

Resumindo:

Q Q w estrutural admissível da estaca=

Q Q Qr p= + a

QQF S

Qadm

r r= =. . 2

Q (valor mínimo a ser obtido) da Q

Qw

aadm w≥ 80%

Portanto, conclue-se que:

, se der maior, adotar-se-a o valor 20% de , uma vez que: Q dap ≥ 20% Qw

Q Q adm w≅

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Prof. J. Martinho No caso de estaca escavada com ponta em rocha, temos:

Q Q p w=

Q Q r p=

QQF S

Qadm

r r= =. . 3

Notas:

1) As técnicas indicadas para garantir o contexto rocha x concreto são:

♦ Executar uma boa limpeza ao se atingir a C.A.F.

♦ Acompanhamento da escavação por eng.º especializado/técnico, coletando e analisando o material trazido à superfície.

♦ Execução após concretagem de uma sondagem rotativa, de modo tal que a amostragem integral, atinga o concreto e a rocha em percentuais de recuperação de cada um deles da ordem de 50%. Este critério deverá ser definido pelo projetista e em função do tipo de obra, serão definidas as estacas nas quais irá se adotar este critério.

6.3. Concretagem

Deve ser feita através de tremonha, usando-se concreto que satisfaça às seguintes exigências:

1) Teor de cimento não inferior a 400 kg/m3;

2) Abatimento ou “slump-test” = 20 ± 2;

3) Diâmetro máximo do agregado graúdo não superior a 10% do diâmetro do tubo de concretagem;

4) O embutimento da tremonha no concreto durante toda a concretagem não pode ser inferior a 1,50m a fim de evitar mistura da lama, no concreto.

6.4. Lama bentonítica

A fim de garantir o bom funcionamento da lama bentonítica na estabilização das paredes, exige-se que o nível da lama na escavação seja mantido acima do nível d’água do tamanho de uma largura igual a duas vezes o diâmetro da estaca ou a duas vezes a largura da estaca diafragma.

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Prof. J. Martinho 6.5. Aditivos

O uso de aditivos plastificantes é normalmente desnecessário e, de qualquer modo, os mesmos só são aceitáveis se seu tempo de eficácia for não inferior ao tempo total de concretagem da estaca.

Nota:

Antes da concretagem de qualquer estaca escavada, devem ser atendidas as exigências de influência do tempo de execução, e a lama do fundo da escavação deve atender aos valores constantes da tabela II.

Tabela II - Parâmetros para a lama bentonítica

Parâmetros Valores Equipamento para ensaio

Peso específico 1,025 a 1,10 g/cm3 densímetro

Viscosidade 30 a 90 funil Marsh

PH 7 a 11 papel de PH

“cake” 1,0 a 2,0 mm “filter press”

Teor de areia até 3% “Baroid Sand Content” ou similar

6.6. Influência do tempo de execução

1) É desejável que a escavação de estacas escavadas seja contínua até sua conclusão. Caso não seja possível, o efeito da interrupção deve ser analisado e a estaca eventualmente aprofundada de modo a garantir a capacidade de carga prevista no projeto.

2) A concretagem de uma estaca escavada deve ser feita logo após o término da escavação , e uma vez tomadas as providências referentes à lama bentonítica e a ferragem.

3) Caso não seja possível atender essa exigência, dever-se-á analisar as características do solo para verificar as eventuais interferências do tempo de execução sobre o comportamento do solo.

6.7. Materiais empregados

Para os materiais usuais (água, pedra, areia, aço, cimento e madeira) aplicam-se as Normas Brasileiras em vigor.

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Prof. J. Martinho 1) Aditivos para concreto

É permitido o uso de aditivos, atendidos as especificaçõesdos fabricantes, visando a garantir características de trabalhabilidade, tempo de pega e resistências adequadas do elemento ao fim visado.

2) Bentonita

2.1) São argilas comerciais produzidas a partir de jazidas naturais, sofrendo, em alguns casos, um beneficiamento, onde o mineral predominantemente é a montmorilonita sódica, o que explica sua tendência ao inchamento.

2.2) A bentonita a ser utilizada para o preparo de lamas tixotrópicas deve atender as especificações da tabela abaixo:

Tabela IV - Características da bentonita

Resíduos em peneira nº 200 1%

Teor de umidade 15%

Limite de Liquidez 440

Viscosidade Marsh 1500/1000 da suspensão a 6% em água destilada 40

Decantação da suspensão a 6% em 24 horas 2%

Água separada por presso-filtração de 450cm3 da suspensão à 6% nos primeiros 30min.; à pressão de 0,7MPa 48cm3

PH da água filtrada 7 a 9

Espessura do “cake” no filtroprensa 2,5mm

Nota: 0,1 MPa = 1 kgf/cm2

3) Lama bentonítica

1. A lama bentonítica é preparada misturando-se bentonita (normalmente embalada em sacos de 50kg) com água pura, em misturadores de alta turbulência, com uma concentração variando de 25 a 70kg de bentonita por metro cúbico de água, em função da viscosidade e da densidade que se pretende obter.

2. A lama bentonítica (mistura de água doce e bentonita), usada especialmente na execução de estacas escavadas, possui as seguintes características importantes:

2.1. Estabilidade, produzida pelo fato de a suspensão de bentonita se manter por longo período;

19

Prof. J. Martinho 2.2. Capacidade de formar nos vazios do solo e especialmente junto à

superfície lateral da escavação uma película impermeável (“cake”).

2.3. Tixotropia, isto é, ter um comportamento fluído quando agitada, porém, capaz de formar um “gel” quando em repouso.

3. A lama bentonítica assim obtida, em condições de ser utilizada, nas escavações, deve atender os parâmetros indicados na tabela II.

4. Tendo em vista que durante a escavação, a bentonita é afetada por diversos fatores, torna-se necessário que os testes definidos na tabela II sejam efetuados sempre que a lama for utilizada antes da escavação, antes da concretagem e depois de cada reaproveitamento.

5. Em casos especiais pode ser necessário adicionar à lama produtos químicos destinados a melhorar suas condições de lama, corrigindo a acidez da água, aumentando o peso específico, etc...

6.8. Controle executivo

No controle de execução de estacas escavadas, devem ser anotados os elementos de 1 à 5, abaixo:

1) A execução de um estaqueamento deve ser feita anotando-se os seguintes elementos, conforme o tipo de estaca:

a) Comprimento real da estaca abaixo do arrasamento;

b) Desvio de locação;

c) Características do equipamento de escavação;

d) Quantidade de materiais utilizados;

e) Consumo de materiais por estaca, e comparação trecho a trecho do consumo real em relação ao mesmo trecho;

f) Controle de posicionamento de armadura durante a concretagem;

g) Anormalidade de execução;

h) Anotação rigorosa de horários de início e fim de escavação;

i) Anotação rigorosa de horários de ínicio e fim de cada etapa de concretagem;

20

Prof. J. Martinho j) No caso de uso de lama bentonítica, controle de suas características

em várias etapas executivas e comparação com as prescrições de bentonita e lama bentonítica.

2) Sempre que houver dúvida sobre uma estaca, a fiscalização pode exigir comprovação de seu comportamento satisfatório. Se essa comprovação não for julgada suficiente, e dependendo da natureza da dúvida, a estaca deve ser substituída ou seu comportamento comprovado por prova de carga.

3) Em obras com mais de 100 (cem) estacas para cargas de trabalho acima de 3.000 kN (300 tf) , recomenda-se a execução de pelo menos uma prova de carga de preferência em uma estaca instrumentada.

4) No caso de uma prova de carga ter dado resultado não satisfatório deve ser reestudado o programa de provas de carga de modo a permitir o reexame das cargas admissíveis, do processo executivo e até do tipo de fundação.

5) As provas de carga devem ter seu início juntamente com o início da execução das primeiras estacas, de forma a permitir providências cabíveis em tempo hábil, ressalvado o disposto em influência do tempo de execução.

6.9. Cálculo estrutural

1) Estacas escavadas submetidas apenas à compressão.

É necessário observar-se o seguinte:

a) Se a tensão média for inferior a 5MPa, a armação é desnecessária neste caso; por motivos executivos pode ser adotada uma armadura adequada a esse fim;

b) Se a tensão média for superior a 5MPa a estaca deverá ser armada, segundo a NBR-6118, no trecho em que a tensão média é superior a 5MPa até a profundidade na qual a transferência de carga por atrito lateral diminua a compressão no concreto para uma tensão média inferior a 5MPa.

2) Estacas submetidas a cargas transversais

Neste caso, os esforços solicitantes da estaca serão calculados levando-se em conta a contenção do terreno e a determinação da eventual armadura deverá ser feita de acordo com as Normas Brasileiras sobre projeto, execução e cálculo de obras em concreto.

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grãos de solo

película ou cake

partículas debentonita

suspensão debentonita

pressãohidrostática

ESQUEMA DA LAMA BENTONÍTICA

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Prof. J. Martinho

Estacas escavadas de grande diâmetro Publicação BRASFOND

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Prof. J. Martinho Estacas escavadas de grande diâmetro

Publicação de estacas BRASFOND

1. Generalidades

O desenvolvimento da técnica no campo da construção civil permite hoje a utilização, de elementos especiais, as estacas de fundação de grande diâmetro, de concreto armado, escavadas diretamente no terreno, dotadas de grande capacidade portante e tendo como escopo a transmissão da carga da super-estrutura a um estrato profundo e resistente do subsolo ou difundir o peso da construção a estratos de terreno capazes de fornecer suficiente resistência à carga.

Permite ainda a utilização de diafragmas contínuos de concreto armado concretados no terreno, com o escopo de realizar no subsolo um muro vertical de profundidade e largura variável, bem como a execução de painéis isolados utilizados como estacas denominadas “barretes”.

Considerando que o equipamento de base bem como a tecnologia utilizada para execução dos elementos acima mencionados são substancialmente iguais, os mesmos foram condensados nesta publicação na qual se descrevem as respectivas técnicas executivas, os equipamentos utilizados, alguns dados referentes à capacidade de carga e uma série de exemplos de aplicação.

Em particular são examinados os seguintes elementos:

1.1 Estacas de grande diâmetro

O emprego de elementos de fundação aptos a transferir as cargas a estratos mais profundos data de tempos pré-históricos. Até época relativamente recente tais elementos foram constituídos de estacas de madeira.

Em 1897 foram utilizadas, pela primeira vez, estacas de concreto armado para as fundações Babcok-Wilcox (estacas Hennebique).

A produção em grande escala do cimento Portland levou ao estudo e execução de novos sistemas com a finalidade de tornar os elementos de fundações capazes de suportar cargas cada vez mais elevadas e mais econômicas em relação a outros tipos de fundação.

Assim é que chegou-se à época atual, caracterizada pelo uso de equipamentos de grande porte que, melhorando essencialmente o processo de perfuração, permitem a execução de estacas de fundação de grandes dimensões e altas capacidades de carga.

24

Prof. J. Martinho Não sendo possível utilizar, para o revestimento de tais estacas, tubos formas de

grandes dimensões, foram a elas aplicadas a mesma técnica desenvolvida para a execução de diafragmas contínuos, qual seja o emprego de lamas bentoníticas.

Hodiernamente são chamadas estacas de grande diâmetro as que se apresentam com diâmetro igual ou superior a 700mm; os diâmetros normalmente utilizados variam de 1.200 a 1.500mm, embora possam ser executadas estacas de diâmetro superior a 2.000mm.

1.2 Paredes diafragma

Como para as estacas, o emprego de paredes de contenção de terra (pranchada de madeira) data da mais remota antiguidade. Com a introdução da técnica do cimento e, portanto, com a invenção das estacas escavadas, passou-se às paredes de estacas tangentes ou secantes.

Em 1952, foi patenteada na Itália, o primeiro tipo de diafragma de cimento armado, que utilizava, na fase de escavação as propriedades tixotrópicas da lama bentonítica, executando painéis individuais encaixados uns aos outros para formação da cortina.

As espessuras dos diafragmas em concreto armado normalmente utilizados variam de 400mm a 1.500mm.

1.3 Estacas - tipo Barrete

As estacas tipo barrete são elementos de fundação de secção retangular dotados de alta capacidade de carga que, em diversas condições, podem ser utilizadas com vantagem em substituição às estacas de grande diâmetro. Essas estacas são realizadas com a técnica e os equipamentos de execução dos diafragmas contínuos de concreto armado.

2. Metodologia Executiva

A execução de elementos de fundação e de paredes diafragma por perfuração em presença ou não de lama bentonítica deve prever as seguintes condições:

a) A superfície do terreno deve ser plana ou com um mínimo de declividade e com suporte suficiente para livre trânsito do equipamento (σS ≥ 1 5, kg/cm2).

b) Os acessos para os caminhões betoneira, bem como para os basculantes que transportam o material escavado, devem ser mantidos sob conservação constante de modo a permitir tráfego mesmo nos períodos chuvosos.

25

Prof. J. Martinho c) Os elementos deverão ser executados obedecendo-se o mapa de locação

apresentado pela Projetista e aprovado pela Contratante.

d) Em função da natureza do terreno deve-se determinar a tecnologia adequada de perfuração de modo a obter os melhores resultados, quer sob o aspecto técnico, quer econômico.

e) A perfuração pode ser realizada seja a seco, nos casos particulares de terreno fortemente impermeável (ou ausência de lençol freático) e coesivo, seja mediante a contenção das paredes do furo.

f) A contenção das paredes pode ser realizada de duas maneiras:

∗ mediante a cravação de revestimentos metálicos temporários ou perdidos;

∗ mediante a utilização de lamas bentoníticas

2.1 Perfuração

O sistema de perfuração pode ser a rotação ou por mandíbulas conforme se trate de estacas cilíndricas ou paredes diafragma e estacas tipo barrete.

Para o sistema de perfuração à rotação com eventual emprego de lamas bentoníticas, o equipamento consta essencialmente de uma plataforma rotativa, que aciona uma haste telescópica (Kelly bar) com comprimento necessário para atingir as cotas de fundação, que desliza através de mesa e que tem em sua extremidade inferior uma ferramenta de escavação.

A mesa rotativa que deverá ter torque adequado ao diâmetro, ao tipo de terreno e à cota exigida (dotada de 1 ou 2 motores diesel) é normalmente instalada em um guindaste de esteiras, sendo que a transmissão da rotação para a haste telescópica é mecânica por meio de conversor de torque e um sistema de engrenagens e correntes. O equipamento inclui uma central hidráulica que comanda o “pull-down”da haste telescópica (acionamento vertical auxiliar por meio de pistões hidráulicos) para dar maior penetração à ferramenta de escavação.

As manobras de perfuração são controladas pelo operador do guindaste através de comandos instalados na cabine: o guindaste aciona um único cabo de aço para descida e levantamento da haste.

As características das ferramentas variam de conformidade com a natureza do terreno, sendo seus tipos principais, trado (auger), caçamba (bucket) e coroa (coring crown), deverão ter os diâmetros necessários para atender as exigências do projeto.

Podem ser utilizados também alargadores acima do diâmetro nominal da caçamba.

26

Prof. J. Martinho Quando a máquina estiver locada com a ferramenta precisamente centrada sobre a

posição da estaca, (através de tubo guia) a ferramenta é girada e pressionada sobre o solo.

À medida que penetra no solo a ferramenta se preenche gradualmente. Quando cheia, a haste é levantada e a ferramenta esvaziada automaticamente, por força centrífuga no caso do trado e por abertura do fundo no caso de caçamba.

Esta operação se repete até que tenha sido alcançada a profundidade de projeto, que é controlada por uma corrente de medição.

Desde o início da perfuração adiciona-se lama bentonítica no furo, mantendo-a sempre a um nível acima da boca do furo.

Este sistema apresenta as seguintes vantagens:

• Mobilidade do equipamento: tendo em vista que as perfuratrizes são instaladas em guindaste de esteiras semoventes de médias dimensões;

• Rapidez de manobra e troca de ferramenta de escavação: pois a ferramenta é erguida e abaixada juntamente com a haste mediante cabo de aço do guindaste e a sua substituição se faz rapidamente;

• Elevada potência e versatilidade da mesa rotativa: acionada por 1 ou 2 motores diesel com potência de cerca de 120 HP cada um acoplado a um conversor, realizam na ferramenta de escavação um torque de 15.000 a 30.000 kg.m;

No caso de estacas barrete e paredes diafragma o sistema de escavação utiliza equipamento que consta essencialmente de uma haste telescópica (kelly bar) com comprimento necessário para atingir as cotas de fundação, que tem em sua extremidade inferior a ferramenta de escavação que é um clam-shell de acionamento hidráulico.

Quando a máquina estiver locada com a ferramenta precisamente centrada sobre a posição do painel, a ferramenta é abaixada sobre o solo.

À medida que penetra no solo a ferramenta escava gradualmente.

Quando cheia, a haste é levantada e a ferramenta esvaziada, por abertura do clam-shell.

Esta operação se repete até que tenha sido alcançada a profundidade de projeto, que é controlada por uma corrente de medição.

Desde o início da perfuração adiciona-se lama bentonítica no furo.

As fases executivas da perfuração podem ser assim sintetizadas:

27

Prof. J. Martinho 2.1.1 Posicionamento do guindaste

Depois de posicionado no ponto locado, é nivelado a fim de garantir a verticalidade da haste e conseqüentemente do furo.

2.1.2 Colocação de guias

Como em geral o terreno superficial é menos coerente, é aplicado no início da perfuração da estaca cilíndrica um segmento de camisa metálica, com comprimento a 2,0 a 3,5 metros e diâmetro interno no mínimo 10cm a 15cm maior que o diâmetro da estaca específica no projeto e que servirá de guia para a escavação da mesma.

Logo após o término da concretagem da estaca, o segmento de camisa metálica deverá ser retirado e poderá ser reusado nas estacas a serem executadas em seguida.

Como as estacas devem ser executadas obedecendo rigorosamente as locações indicadas no projeto, após a colocação do segmento de camisa metálica dever-se-á verificar novamente a locação.

Em geral são permitidos erros de locação de até 10% do diâmetro da estaca.

No caso das estacas barrete e paredes diafragma, para orientação da escavação são construídas muretas guias em concreto (simples ou armado) ou cravam-se formas metálicas com dimensões internas 5cm maiores que as do painel a construir.

No caso de paredes diafragma, sendo elas executadas em painéis, entre eles devem ser colocados elementos de junta, para garantia da melhor justaposição entre os segmentos sucessivos.

Os mais comuns são tubos de secção circular de diâmetro igual à espessura do painel, que são retirados tão logo se inicia a pega do concreto, moldando-se desse modo uma superfície lisa semi-circular que será preenchida quando da concretagem do painel subseqüente.

2.1.3 Perfuração

Constituídas as guias prossegue-se a perfuração adicionando lama bentonítica cujo nível é sempre mantido um pouco acima do nível do topo ou “boca da perfuração” e, sempre no mínimo 1,5 metro acima da cota do lençol.

A partir do extremo inferior do tubo ou mureta guia até a cota final de assentamento, as estacas serão escavadas, sem revestimento, utilizando-se eventualmente lama bentonítica para contenção da parede de escavação.

Durante a perfuração é sempre necessário controlar a verticalidade, controle esse que é efetuado através da haste do equipamento de escavação.

28

Prof. J. Martinho Em geral são permitidos desaprumos de até 2% do comprimento total efetivo da

estaca.

Especial cuidado deve ser dispensado na escolha do tipo e da seção da ferramenta para uma perfuração correta e uniforme, bem como para evitar possíveis efeitos de descompressão do terreno (para tanto devem ser observadas certas relações entre a seção do furo e a seção da ferramenta, que são função da estratigrafia dos terrenos a atravessar).

Ao se atingir a cota de assentamento da estaca, prevista no projeto, a fiscalização deverá verificar se as características do solo naquela cota são compatíveis com as previstas no projeto.

No caso contrário, a escavação deverá prosseguir até que se encontre solo com aquelas características.

Atingida a cota de projeto, controlam-se as características da lama bentonítica e coloca-se a armadura antes da concretagem.

Para reaterro de uma escavação em caso de emergência, deverá haver material adequado (areia grossa e cimento), recomendando-se um consumo de 60 a 100kg de cimento por metro cúbico de areia.

No caso da ponta da estaca apoiar-se sobre rocha, especialmente no caso de estacas curtas, a principal preocupação deverá ser o perfeito contato entre a rocha e os elementos de fundação, caso em que torna-se essencial a operação de limpeza.

Embora diga respeito ao consultor de fundações, vale a pena observar que o projeto de fundações em rocha é bastante diferente do projeto de fundações em solo: primeiro porque a acomodação não é uma limitante como o é para muitos tipos de solos e segundo porque a capacidade de carga é controlada pelos defeitos na estrutura rochosa e não por sua resistência em si. O projeto e a construção de uma fundação em rocha requer rigoroso conhecimento da geologia local e interpretação coerente das diferentes nomenclaturas: rocha virgem, rocha inalterada, rocha sã, rocha não intemperizada, etc.

2.2 Colocação da Armadura

Terminada a perfuração procede-se à colocação da armadura, em gaiolas pré-fabricadas, por meio de guindaste auxiliar ou com o próprio guindaste da perfuratriz, sendo a armadura dotada de espirais, anéis de rigidez, e espaçadores que possam garantir um recobrimento conveniente da ferragem principal.

29

Prof. J. Martinho 2.3 Concretagem

Conforme já referido a introdução do concreto em uma perfuração preenchida com lama bentonítica requer o uso de um tubo de concretagem (tubo tremie).

É uma operação simples mas que requer habilidade e atenção.

Uma concretagem sem a necessária técnica pode produzir um elemento de fundação defeituoso mesmo que a bentonita e o concreto se apresentem com as características corretas.

É evidente que um elemento de fundação perfeito somente se produz com o completo deslocamento da lama.

Uma substituição incompleta na ponta do elemento pode prejudicar a resistência de ponta.

A mistura de concreto com a lama pode formar inclusões e reduzir a resistência do concreto.

Bentonita não deslocada das armaduras pode reduzir a aderência entre o aço e o concreto.

2.4 Boletins de Controle

A execução dos elementos de fundação deverá ser acompanhada de um livro de registro diário de canteiro e de relatórios de andamento de execução de cada estaca em separado, com seqüência horária dos trabalhos, registro de ensaios e controles realizados, diagrama de consumo de concreto, material escavado, etc.

3. Capacidade de carga e provas de carga

3.1 Capacidade de carga

O cálculo da capacidade de carga de um elemento de fundação é função das características do subsolo e deriva da aplicação dos princípios da Mecânica dos Solos.

Para as estacas concretadas “in loco”, surgiu uma série de fórmulas estáticas, compostas de duas partes: uma que exprime a capacidade de carga devida a resistência por atrito lateral e outra pela resistência da ponta.

Para obter soluções utilizáveis para fins práticos estabelecem-se hipóteses simplificadas e fixam-se limites ao sistema estaca/terreno, na realidade, extremamente complexo.

30

Prof. J. Martinho Admite-se eventualmente que a capacidade limite de uma estaca (ultimate bearing

capacity) seja a soma da parte da resistência de ponta (end bearing capacity) e da aderência lateral (shaft bearing capacity).

No entanto, somente em casos particulares a capacidade limite da estaca será igual a somente a resistência de ponta ou somente ao atrito lateral; em geral será a soma dos dois termos, cada um dos quais, porém, não alcançará seu valor máximo.

O problema se reduz na avaliação teórico experimental dos “coeficientes de capacidade de carga” que fornecem os valores do atrito e da resistência de base e permitem a determinação de seus valores em função da característica do terreno e da profundidade.

3.2 Provas de Carga

As provas de carga têm como escopo controlar:

a) que não existam graves deficiências executivas na estaca;

b) que seja garantido um coeficiente de segurança não inferior ao projetado.

Na maior parte dos casos, naturalmente tais provas não permitem fornecer elementos para a previsão dos recalques finais da estaca nas condições efetivas de trabalho, especialmente quando:

1. A estaca faz parte de um estaqueamento e nesse caso o seu recalque será influenciado pelas cargas aplicadas sobre as demais.

2. Quando a estaca se encontra em presença de formações coesivas onde o recalque final, devido à acomodação da camada, se verifica em tempo superior ao da duração da prova de carga.

A prova de carga tradicional é a aplicação de uma carga no topo da estaca por intermédio de macaco hidráulico e controle dos recalques por meio de flexímetros. Tal prova se processa nos estribos termos que são fixados pela A.B.N.T.

Quando se pretende uma coleta mais completa de dados executam-se provas de carga especialmente instrumentadas que podem fornecer a distribuição do atrito ao longo do fuste e o comportamento carga/recalque da ponta.

Neste caso as deformações são obtidas em diversas seções da estaca através de extensômetros mecânicos (“tell tales”) e defôrmetros de resistividade elétrica (“strain gauges”).

31

Prof. J. Martinho Algumas vezes lança-se mão de ensaios não destrutivos, porém ainda em

desenvolvimento e sujeitos a inúmeras interferências que demandam especial experiência da interpretação para que não sejam falseados os resultados.

Tais ensaios podem ser de ultra-som (sondagens sônicas) realizados através de tubos posicionados ao longo de toda a estaca, com um emissor e um receptor para medição do tempo de propagação das ondas acústicas longitudinais no fuste da estaca.

Qualquer descontinuidade ou material estranho no concreto do fuste é denunciado por variação da velocidade de transmissão, amplitude e formas dos sinais recebidos.

Outros tipos de ensaios não destrutivos são os testes dinâmicos a partir da superfície, sem necessidade de tubos, com tecnologia do INSTITUTE TNO FOR BUILDING STRUCTURES de DELFT - HOLANDA.

A tecnologia consiste em analisar a resposta a um impacto aplicado na cabeça da estaca; caso a fundação apresente descontinuidade ou mudança de seção geométrica, a análise da onda refletida na ponta da estaca permitirá sua determinação.

Em caso de dúvida muito séria, o controle da integridade do concreto poderá ser verificada pela execução de sondagens à rotação no eixo da estaca, com exame dos testemunhos e posteriores injeções.

4. Estacas escavadas de grande diâmetro

4.1 Introdução

Na ocorrência de cargas elevadas, em obras de vulto tal que justifique a mobilização do equipamento, o tipo de estaqueamento correntemente mais adequado é o de estacas de grande diâmetro moldadas “in loco”, com perfuração mecânica a rotação, com eventual emprego de lamas bentoníticas.

O emprego desse tipo de estacas tem difundido largamente pela facilidade e rapidez de execução e pela adaptabilidade a qualquer tipo de terreno. As estacas de grande diâmetro executadas por perfuração à rotação, podem ser executadas junto a construções existentes, dada a quase total ausência de vibração, substituindo com sensível vantagem técnica as estacas cravadas por percussão e, com vantagem econômica, os tubulões a ar comprimido além de uma grande rapidez de execução.

4.2 Generalidades

Entende-se, por convenção como estacas de grande diâmetro, aquelas com diâmetro igual ou superior a 700mm, sendo que em alguns casos se atinge até o diâmetro de 3 metros.

32

Prof. J. Martinho As aplicações mais interessantes são nas grandes estruturas de edifícios, industriais

ou não, e nas fundações de pontes e viadutos, graças à sua capacidade de atingir elevadas capacidades de carga.

De fato, quando existem elevadas cargas concentradas é conveniente diminuir o número de estacas aumentando o diâmetro, pois os estacões são aptos a suportar cargas elevadas, atuando seja em direção axial, seja horizontal.

Em geral costuma-se aplicar aos estacões cargas de trabalho que induzem no concreto do fuste solicitações à compressão simples da ordem de 35 a 50 kg/cm2.

As capacidades de carga típicas podem ser aproximadamente as indicadas na Tabela I.

4.3 Estacas de grande diâmetro com célula de pré-carga

Recorre-se a este tipo de estacões, ou seja, fundações por estacas flutuantes, quando, pela inexistência de camadas resistentes no subsolo, não se consegue ter colaboração suficiente e adequada da resistência de ponta e toda a carga deve ser transmitida ao solo por atrito lateral.

No caso de estacas flutuantes, os diagramas de provas de carga evidenciam que à medida que vai sendo progressivamente mobilizada a resistência por atrito lateral vão ocorrendo recalques da ordem de milímetros.

No limite da resistência por atrito lateral a estaca readquire um comportamento resistente por conta da resistência de ponta, cede bruscamente e os recalques passam a ser da ordem de centímetros.

Dessas observações, conclui-se ser conveniente procurar reduzir previamente o recalque do terreno de base, obrigando assim que o comportamento elástico se mantenha em valores correspondentes aos da mobilização da resistência por atrito superficial.

A solução que até aqui se adotava era a de injeções de tipo convencional na base da estaca, com resultados nem sempre satisfatórios conforme o terreno e de difícil execução.

a) Bulbo de pré-carga

Foi com essa finalidade criado o bulbo de pré-carga, que realiza uma compressão difusa do terreno de base de modo a reduzir sua inconsistência, diversamente ao que ocorre com as injeções de tipo convencional, cuja eficiência se

33

Prof. J. Martinho baseia na infiltração intergranular das misturas, nem sempre possíveis em terrenos de pouca permeabilidade.

Este processo tem a vantagem adicional de permitir uma avaliação prévia, bastante aproximada da capacidade de carga de cada estaca (além do controle da continuidade do concreto do fuste).

O dispositivo consiste essencialmente de uma “célula” formada por dois discos metálicos perfurados, superpostos e mantidos a 2 ou 3cm um do outro por meio de distanciadores.

O diâmetro dos discos é próximo ao do furo.

A célula é envolvida por um duplo invólucro sendo o primeiro de tela de juta, e o segundo de plástico, tornando-a impermeável ao concreto lançado para concretagem da estaca; essa célula é colocada na base da estaca.

Da célula partem 2 ou mais tubos verticais, que serão utilizados indiferentemente para injeção e respiro.

O funcionamento é o seguinte:

1. a célula, disposta na ponta da armadura, é colocada na perfuração;

2. concreta-se a estaca pelo método usual;

3. após a cura do concreto, iniciam-se as aplicações de injeção da célula com nada de cimento de dosagem adequada; a mistura saindo pelos diversos furos dos pratos metálicos, ao invés de se dispersar imediata e irregularmente pelas vias preferenciais do terreno, fica numa primeira fase retida no interior do invólucro, formando na base da estaca uma espécie de bulbo de pressão;

4. continuando a injeção, o invólucro se rompe, o prato inferior se distancia do superior e o bulbo continua a se expandir e a pressionar, para baixo contra o terreno e para cima contra a estaca.

O dispositivo se comporta pois como um verdadeiro macaco hidráulico de expansão ilimitada (os discos se distanciando um do outro); os valores de pressão lidos no manômetro da bomba de injeção relacionados com a secção da base da estaca (superfície premente) permitem avaliar, com razoável aproximação, as forças induzidas pela injeção, seja no terreno seja contra a estaca;

34

Prof. J. Martinho 5. Uma vez realizada uma primeira injeção, a baixa pressão, a mesma pode ser

repetida uma ou mais vezes com pressões crescentes, lavando-se previamente os tubos de injeção e de ventilação.

Garante-se assim, um ulterior aumento do volume do bulbo com ação progressiva de consolidação do terreno e redução dos vazios conseqüentes da consolidação da nata;

6. O limite máximo a que se pode levar a pressão de injeção é aquele em que a cabeça da estaca, no nível do terreno manifesta pequeno movimento (levantamento).

Quando isto ocorre é prova de que a resistência por atrito lateral está no limite; o cálculo médio de cisalhamento é imediato; trata-se de um dado experimental de importância essencial.

Neste instante, a estaca é solicitada para cima com uma força:

+ = ⋅F p A

onde:

p = pressão de injeção

= secção da estaca A

O terreno na base é solicitado por força de reação do valor − F .

O bulbo de pré-carga assegura a concordância entre as duas resistências; tal que, desprezando em primeira aproximação a contração do bulbo durante o endurecimento, pode-se afirmar que a estaca poderá suportar uma carga igual a

, da qual a metade por atrito lateral e a outra metade por resistência de ponta. 2F

Convém frisar que o valor médio da solicitação de cisalhamento entre estaca e terreno, calculada através da pressão de injeção (forçando a estaca para cima), é normalmente inferior à que se pode admitir na situação real de trabalho (estaca forçada para baixo, isto é, em direção a estratos de terrenos mais consistentes).

O valor de 2 como valor da capacidade de carga da estaca pode considerar-se muito próxima da realidade.

F

Em outras palavras, a injeção na célula se constitui em verdadeira prova de carga, de boa confiabilidade e de custo praticamente nulo.

b) Instrumentação do fuste da estaca

35

Prof. J. Martinho Vimos no parágrafo anterior que a simples leitura dos valores da pressão de

injeção permite, dada a especial conformação da célula de pré-carga, determinar a capacidade de carga total da estaca além do valor médio de cisalhamento na superfície lateral.

Se além disso forem aplicados alguns extensímetros ao longo do fuste em cotas diversas (strain gauges), há possibilidade de melhor avaliar esses valores:

• determinado o estado de tensão nas várias secções da estaca seja durante as operações de injeção, seja por ocasião de provas de cargas diretas, do tipo tradicional.

Para estas últimas é possível, com absoluta exatidão, determinar a alíquota de carga suportada por atrito lateral e a suportada por resistência de ponta;

• determinando o valor de cisalhamento, não mais como valor médio para todo o comprimento da estaca, e sim os valores específicos em correspondência dos vários estratos;

• verificando através do exame comparativo dos valores de tensão nas várias secções da estaca a continuidade do concreto e eventual presença de anomalias.

Tendo em vista o custo razoável destes extensímetros, cujo uso cada vez mais se difunde, a instrumentação de um certo número de estacas, em todo um estaqueamento, torna-se bastante oportuna.

No entanto, é preciso frisar que mesmo a simples operação de injeção do bulbo fornece, embora globalmente, os dados acima e em medida tal capaz de denunciar eventuais comportamentos anômalos (defeitos de construção da estaca).

4.4 Conclusão

As vantagens que as estacas perfuradas mecanicamente apresentam em relação aos outros tipos são:

a) conhecimento imediato e real de todas as camadas atravessadas e possibilidade de uma segura avaliação da capacidade de carga da estaca mediante a coleta de amostras e seu eventual exame em laboratório.

b) ausência de vibração, com exclusão de qualquer percussão, pois a escavação se faz por rotação.

36

Prof. J. Martinho c) gradual adaptação da estaca às condições físicas do terreno, com sensível

incremento do atrito lateral e possibilidade de obter uma estaca mais adequada à desejada distribuição das cargas sobre o terreno.

d) possibilidade de atingir grande profundidade (50 a 70 metros).

e) possibilidade de executar a estaca em quase qualquer tipo de terreno, com nível de água ou não, e atravessar matacões de pequenas dimensões com a aplicação de ferramentas especiais (trepano).

Finalmente convém lembrar que as estacas escavadas de grande diâmetro podem ser executadas em presença de lâmina d’água, o que ocorre em obras marítimas e em construção de pontes.

Nesse caso a escavação mecânica e a concretagem submersa é precedida da cravação de camisa metálica por intermédio, em geral, de martelo vibratório.

Os equipamentos, quando necessário, serão montados em plataforma flutuante (barcaças de convés chato). As camisas metálicas poderão ser perdidas ou recuperadas.

5. Estacas escavadas - tipo Barrete

5.1 Introdução

Na ocorrência de cargas elevadas, em obras de vulto o tipo de estaqueamento que também pode ser utilizado é o de estacas tipo Barrete ou tipo parede diafragma moldadas “in loco”, com perfuração mecânica, com eventual emprego de lamas bentoníticas.

5.1.1 Generalidades

As estacas tipo Barrete são estacas de secção retangular derivadas de um ou mais painéis de parede diafragma orientados ou associados de diversos modos e utilizados como elementos portantes de fundações em substituição às estacas de grande diâmetro (estacões).

Em alguns casos encontram aplicação adequada com economia nos blocos de fundações pela possibilidade de se ajustarem aos pilares de poços de elevador, pilares de canto, etc.

Podem ser distribuídas em várias posições das quais algumas podem ser as abaixo figuradas:

37

Prof. J. Martinho Em geral costuma-se aplicar às estacas barrete cargas de trabalho que induzam

no concreto do fuste solicitações à compressão simples da ordem de 35 a 50 kg/cm2.

As capacidades de cargas típicas podem ser aproximadamente as indicadas na Tabela II.

6. Paredes Diafragma

6.1 Parede diafragma moldada “in loco”

6.1.1 Introdução

As paredes diafragma encontram cada vez maior emprego na técnica das construções pela possibilidade que oferecem de resolver importantes problemas de difícil ou impossível solução pelos sistemas tradicionais, particularmente em obras no subsolo em presença de lençol d’água.

Tais paredes são, em particular, largamente utilizadas em construção de túneis de metrô como sustentação provisória de escavação ou integradas na obra definitiva, na construção de muros de cais e como suporte para contenção de deslizamentos.

A parede diafragma consiste em se realizar no subsolo um muro vertical de profundidades e espessuras variáveis constituído de painéis elementares, quer alternados quer sucessivos.

A parede poderá ter função estática ou de interceptação hidráulica, podendo ser constituída de concreto simples ou armado, ou de concreto plástico e impermeável, conforme o escopo a que se destinar.

Para executar esse diafragma escava-se o terreno em trincheiras com a profundidade de projeto estabilizando-se a escavação com lama bentonítica, procedendo-se posteriormente à colocação da armadura e ao lançamento do concreto.

No caso de painéis alternados é executada a escavação e a concretagem dos painéis primários 1, 3, 5,... 2n + 1, distribuídos em intervalos regulares ao longo do traçado da obra. Em seguida, se procede a escavação e concretagem dos painéis ditos secundários 2, 4,... 2n nos diversos intervalos, de modo a completar a construção das paredes.

No caso de painéis sucessivos se realiza a escavação e concretagem dos painéis uns em seguida aos outros, sendo o painel n + 1 escavado e concretado contra o painel n.

Num e noutro caso, antes da concretagem coloca-se nas duas extremidades dos painéis primários, no caso de escavação por painéis alternados e, em somente uma

38

Prof. J. Martinho extremidade no caso de painéis sucessivos, um tubo ou chapa junta que permite obter um perfil côncavo, em toda altura do painel concretado, que se encaixa no painel sucessivo.

Os tubos e chapas junta utilizados apresentam secções de formas diversas das quais a mais simples é o círculo.

Qualquer que seja a secção, os tubos ou chapas junta são previstos para serem extraídos por deslizamento, ou seja, por tração no sentido de seu comprimento.

É no entanto, essencial que a extração se faça antes do término da pega do concreto.

A escolha do momento desta extração é sempre delicado: se muito precoce corre-se o risco do concreto escorrer pelo vácuo criado pelo levantamento do tubo ou chapa junta, se muito tardio as forças de aderência podem ser muito elevadas para permitir sua extração em condições normais.

Em outros casos, a extração pode ser procedida por deslocamento lateral conforme mostra a figura abaixo.

6.1.2 Dimensões

Ver tabela II.

6.1.3 Aplicações

Utilizadas inicialmente na construção de “cut-off”de barragens para interceptação de fluxos de infiltração, passaram a ser aplicadas na solução de grande número de problemas, quais sejam:

∗ parede de contenção para escavações na construção de subsolos, inclusive nas proximidades de edifícios existentes;

∗ na construção de galerias de metrô;

∗ em forma poligonal para execução de reservatórios subterrâneos;

∗ portantes com função de fundações profundas;

∗ estruturas de contenção para prevenção de deslizamentos;

∗ proteção de fundações de pilares de pontes;

∗ para estruturas portuárias (cais).

39

Prof. J. Martinho Além destas, uma das aplicações mais difundidas tem sido na canalização de

rios e córregos, pois tem permitido com segurança, economia, rapidez e sem maior perturbação do tráfego urbano, solucionar o problema de enchentes pelo alargamento do canal e rebaixamento do leito e conseqüente aumento de vazão.

6.2 Paredes diafragma pré-moldadas

As paredes diafragma pré-fabricadas são constituídas por uma série de elementos em concreto armado preparadas em usina ou no próprio canteiro e aplicados em trincheiras escavadas em presença de lama ou coulis bentonita-cimento e normalmente posterior preenchimento parcial do fundo com concreto.

Esses painéis são dimensionados e armados para responder às solicitações a que serão submetidos.

PARTICULARIDADES

A execução da parede pré-fabricada se caracteriza por duas particularidades:

6.2.1 Possibilidade de aplicação de juntas de vários tipos para cumprir diversas funções:

1. guiar o posicionamento dos painéis;

2. garantir estaqueidade entre os painéis;

3. permitir a continuidade e perfeito alinhamento dos painéis executados.

6.2.2 Concretagem do pé da parede que realiza:

∗ bloqueio do painel na trincheira;

∗ possibilidade de suportar carga vertical com recalques desprezíveis.

6.2.3 Vantagens

Entre as vantagens das paredes pré-fabricadas podemos citar:

∗ podem ser utilizados painéis de espessura menor que no caso de painéis concretados in situ;

∗ acabamento perfeito da face visível;

∗ alta qualidade do concreto com resistência controlável antes da utilização;

∗ possibilidade de pré-compressão para obtenção de painéis mais finos.

40

Prof. J. Martinho 6.2.4 Execução

1º) Construção das muretas guias de cerca de 1,00 a 1,50m de altura, em geral de concreto armado que desempenha diversas funções:

∗ promove a locação da parede;

∗ serve de apoio para os painéis, quando de sua colocação;

∗ assegura a estabilidade do solo na superfície.

2º) Perfuração

Conforme os terrenos e as especificações empregam-se diferentes ferramentas a cabo ou com haste Kelly.

As larguras das escavações serão ligeiramente superiores as dos elementos pré-fabricados (da ordem de 10cm).

3º) Fluído de perfuração

O fluído de perfuração pode ser um coulis de cimento e bentonita com tempo de pega regulado por aditivos. Posteriormente à colocação dos painéis ocorre a pega do coulis e os mesmos se solidarizam com o solo circunstante.

Uma regulagem adequada das dosagens dos componentes do coulis permitem a obtenção de características finais adequadas ao projeto no que diz respeito à resistência e estanqueidade.

Algumas vezes a perfuração se processa com lama bentonítica e se procede sua substituição por coulis antes da colocação dos painéis.

4º) Preparação dos painéis

Os painéis são de concreto armado ou protendido.

A pré-fabricação normalmente se reveste de um caráter industrial pelo que nem sempre se processa no canteiro, quando as distâncias não forem muito grandes.

Os pesos dos elementos atingem normalmente 20 toneladas e são transportados por pranchas rebaixadas, quando executadas fora da obra.

5º) Forma dos elementos

41

Prof. J. Martinho É possível executar formas especiais variando o perfil das juntas, como por

exemplo, macho e fêmea aplicação de juntas “water stop”, etc.

6º) Cada painel é colocado na perfuração por meio de guindaste que mantém em suspensão durante todas as operações de posicionamento.

Após o posicionamento o painel é fixado na mureta-guia afim de bloqueá-lo em posição definitiva.

Com a utilização de um tubo de concretagem de secção adequada procede-se a concretagem submersa do pé do painel, o que lhe confere a possibilidade de suportar carga vertical de certa entidade sem recalques.

6.2.5 Principais aplicações

∗ Estacionamentos subterrâneos e subsolos de níveis múltiplos;

∗ Túneis rodoviários, ferroviários e estacões de metrô;

∗ Muros de arrimo;

∗ Muros de cais para instalações marítimas ou fluviais.

6.3 Tratamento das juntas

Do acima exposto resulta que uma parede diafragma se apresenta como uma justaposição de painéis elementares independentes, qualquer que seja a metodologia de execução adotada (concretadas “in loco” ou pré-moldadas).

No caso da parede diafragma concretada “in loco” a estanqueidade e continuidade geométrica podem ser proporcionadas pela forma das juntas (tubos ou chapas de diferentes perfis) e podem ser complementadas por meio de injeções posteriores.

No caso de paredes diafragma pré-moldadas, os elementos de continuidade e estanqueidade são proporcionais pelos encaixes de perfil adequado (p. ex. tipo macho e fêmea) e pelo próprio coulis plástico de bentonita-cimento (v. item 6.2.4.) complementado por injeções posteriores.

É possível também recorrer a outras soluções para eventual aperfeiçoamento das características de estanqueidade e que constam da aplicação de barreiras complementares.

Das várias soluções pesquisadas podemos citar a aplicação de “water stop” inflável caso em que após a colocação da junta são preenchidos os espaços vazios entre as placas com injeção de coulis e injeção dos núcleos.

42

Prof. J. Martinho Em alternativa ao esquema supra, pode ser utilizado outro procedimento que prevê

a substituição da lama bentonítica com coulis de bentonita-cimento, somente após concluída a fase de escavação.

Dessa forma, além das razões econômicas, evita-se o risco de pega do coulis, nos casos em que a escavação deva ser interrompida ou não possa ser executada em seqüência contínua.

Evita-se também que o coulis, reaproveitado na escavação de vários painéis, venha a criar dificuldades na fase de concretagem em decorrência do alto teor de areia e densidade excessiva.

Neste processo após o posicionamento dos painéis pré-moldados, a substituição da lama bentonítica pelo coulis se processa através de tubos colocados no espaço entre o painel e a parede de escavação.

Pode também ser prevista a colocação de um tubo valvulado em cada junta (p.ex. tipo macho-fêmea), que permitirá a posterior injeção, em estágios, afim de garantir ulterior estanqueidade, (essa injeção poderá eventualmente ser repetida em fases sucessivas).

Será aconselhável colocar em posição um certo número de painéis antes de executar a injeção através dos tubos com o que se reduzirá o tempo de reinício da escavação ao lado de um painel concretado.

O reinício da escavação dos painéis subseqüentes será possível com a colocação de uma chapa metálica na face lateral do painel.

6.4 Paredes diafragma plásticas

6.4.1 Descrição da tecnologia e campos de aplicação

Os diafragmas plásticos representam uma alternativa racional às técnicas tradicionais (estruturas de elevada rigidez, como nos diafragmas em concreto armado e estacas prancha metálicas), quando seja possível limitar o desempenho específico àquela essencial de contenção hidráulica.

As aplicações dos diafragmas plásticos dizem respeito principalmente à proteção impermeável de escavações em presença de água e execução de diafragmas profundos em margens de rios, barragens de terra com cargas hidráulicas elevadas, etc.

No caso de proteção hidráulica de escavações, obviamente a parede plástica será localizada a distância compatível com a estabilidade do talude durante a escavação.

43

Prof. J. Martinho Além da função de proteção durante a execução de escavações, as paredes

diafragma plásticas podem desempenhar a função de isolamento contra contaminação de lençóis aqüíferos, cujo caso típico é sua utilização em centrais nucleares e termoelétricas.

Inúmeros problemas têm sido resolvidos no âmbito de instalações industriais, centros urbanos e zonas agrícolas com a finalidade de controle do regime hidrológico subterrâneo, como por exemplo para proteção de construções, separação de águas de diversas naturezas (doces e salobras) etc.

6.4.2 Método construtivo

Existem duas tecnologias conceitualmente diversas:

A. Diafragmas com escavação e preenchimento executados separadamente. A técnica executiva é em tudo semelhante àquela da parede diafragma em concreto armado, no que diz respeito à técnica de escavação.

No momento da concretagem, em lugar de concreto normal, passa a ser usado um conglomerado “plástico”, que cria uma estrutura impermeável com características mecânicas “plásticas” e, portanto, mais deformável que uma parede diafragma em concreto armado.

B. Diafragmas realizados mediante escavação e contemporâneo prenchimento com lama auto-endurecedora.

Um método mais recente, introduzindo na Europa há cerca de 10 anos, baseia-se em lançar mão de uma lama auto-endurecedora composta de cimento, bentonita e eventuais aditivos. Este tipo de mistura já conhecido no campo das injeções, desempenha inicialmente o papel de fluido de perfuração e, posteriormente, por endurecimento se constitue na parede subterrânea pretendida, pelo que com uma única operação se realiza a escavação e a concretagem. A continuidade entre os painéis é assegurada pelo encaixe entre o painel de fechamento e os painéis adjacentes.

7. Equipamentos utilizados na execução de estacas escavadas

Estacas barrete e de paredes diafragma

7.1 Estacas Escavadas

7.1.1 Plataforma de perfuração

A BRASFOND possui dois tipos de plataforma de perfuração.

44

Prof. J. Martinho 7.1.1.1 Tipo GD-2 equipada com um motor Diesel de 120 HP que desenvolve um

torque de 15.000 kg/mt., com capacidade de execução de estacas até 2.500mm de diâmetro e profundidade de até 60 metros.

7.1.1.2 Tipo GD-3 equipada com dois motores Diesel de 120 HP que desenvolve um torque de 30.000 kg/mt., com capacidade de execução de estacas até 3.500mm de diâmetro e profundidade de até 60 metros.

7.1.2 Haste telescópica tipo Kelly

Com vários elementos para atingir as cotas de fundação previstas em projeto e que desliza através da mesa por meio de uma luva e tem em sua extremidade as ferramentas de escavação que podem ser caçamba (bucket) trado (auger) ou coroa (coring crown).

7.2 Paredes diafragma e estacas Barrete

7.2.1 Sistema de perfuração

É constituído de uma haste vertical telescópica que desliza sobre guia robusta, que mantém constante a verticalidade e orientação da escavação, tendo na extremidade um clam-shell de comando hidráulico por intermédio de pistões.

A BRASFOND dispõe ainda de clam-shell a cabo com fechamento por comando hidráulico ou totalmente mecânico.

7.3 Equipamentos auxiliares

Os equipamentos auxiliares comuns aos dois sistemas de escavação supra-mencionados são:

7.3.1 Máquina base

Guindaste sobre esteiras especiais alargadas e alongadas, com capacidade de cerca de 45 ton., com lança de 12 a 22 metros provido de estrutura de sustentação da plataforma rotativa ou da haste e clam-shell.

7.3.2 Central oleodinâmica

Acionada pelo motor do guindaste ou com motor independente para acionamento do pull-down no caso das estacas cilíndricas e para comando do clam-shell no caso das paredes diafragma e estacas barrete.

45

Prof. J. Martinho 7.3.3 Macaco hidráulico

A retirada dos tubos ou chapas junta, no caso das paredes diafragma, é procedida por intermédio de macaco hidráulico de 4 (quatro) pistões.

7.3.4 Instalação de mistura, recuperação e circulação de lama bentonítica

7.3.4.1 Conjunto de mistura de elevada turbulência equipado com bombas centrífugas de 12,5 HP, reservatórios de 1,5m3 cada um e respectivas interligações.

7.3.4.2 Conjunto de recuperação e recirculação com bombas centrífugas, peneiras vibratórias, reservatórios de 25m3 e, quando o volume a ser tratado justificar, instalação de separadores tipo ciclone com capacidade de 300 a 600 litros por minuto.

7.3.5 Laboratório para controle tecnológico de bentonita

Equipamento com instrumentos para determinação de densidade, viscosidade Marsh, pH, teor de areia, espessura de cake, etc.

46

DETALHE DA MURETA GUIA

- aço CA 50

- fck = 150 kg/cm²

a espessura da estaca

b

largura da estaca acrescida de 10 cm

Obs.: Quando a largura da estaca for igual ou maior que 2,60m, desprezar o acrescimo de 10 cm na dimensão

DETALHE DA ALÇA φ = 1/2"b

A

A

a

b

CORTE A-A

Alça c/ 100

a

..

..

..

.

..

.

..

..

Reaterro

..

...

.

.. .

..

..

.

..

.

.

.3/8" c/ 20φ

limite de escavação 1010

5

30 30

5 5

1

15

5

5

AlçaParede Guia

110 .

15 15

5

+

estribos φ 1/4" c/ 20

47

Seções Típicas de Estacas tipo Barrete

ESCAVAÇÃO CONCRETAGEMColocação da Armadura

Metodologia Executiva

48

PAINÉIS PRIMÁRIOS

ESCAVAÇÃO

CONCRETAGEM

PAINÉIS SECUNDÁRIOS

CONCRETAGEM

2n - 1 2n + 1

ESCAVAÇÃO

2n

ESQUEMA DE EXECUÇÃO POR PAINÉIS ALTERNADOS

49

PLATAFORMA DE PERFURAÇÃO

4,70

5,69

2,10

39,4

5

22,1

0

Tipo GD-2

27,4

5

50

PLATAFORMA DE PERFURAÇÃO

5,00

3,50

16,6

5

21,6

0

Tipo GD-3

9,00

51

Prof. J. Martinho

TABELAS

52

Características dos principais tipos de estacas escavadas

Publicação de estacas Brasfond

Tabela I Estacas escavadas circulares de grande diâmetro

Tabela II Estacas escavadas retangulare, tipo Barrete

53

Tabela I - Estacas escavadas circulares de grande diâmetro, da firma BRASFOND

Diâmetro Área Perímetro Cargas (tf)

(mm) (m2) (m) 35 K/cm2 40 K/cm2 50 K/cm2

600 0,283 1,88 99 115 140

700 0,385 2,20 135 154 193

800 0,502 2,51 176 200 250

900 0,636 2,83 222 254 318

1000 0,785 3,14 275 314 392

1100 0,950 3,45 332 380 475

1200 1,131 3,77 396 452 565

1300 1,326 4,08 464 530 663

1400 1,538 4,40 538 615 769

1500 1,767 4,71 618 707 883

1600 2,010 5,02 703 804 1005

1700 2,269 5,34 794 907 1134

1800 2,544 5,65 890 1017 1272

1900 2,834 5,97 992 1133 1417

2000 3,142 6,28 1100 1257 1571

Nota:

1. Naturalmente a capacidade de carga de uma estaca é sobretudo função das características do terreno, pelo que torna-se indispensável um estudo geotécnico preciso e correto para se definir, caso por caso, a capacidade de carga máxima admissível.

2. Seção transversal tipo: φ

54

Tabela II - Estacas escavadas retangulares, tipo BARRETE, da firma BRASFOND

Dimensões usuais (cm) Área Perímetro Cargas (tf)

(a x b) (m2) (m) 35 K/cm2 40 K/cm2 50 K/cm2

150 x 30 0,45 3,6 155 180 225

150 x 40 0,60 3,8 210 240 300

150 x 50 0,75 4,0 260 300 375

150 x 60 0,90 4,2 315 360 450

250 x 40 1,00 5,8 350 400 500

250 x 50 1,25 6,0 438 500 625

250 x 60 1,50 6,2 525 600 750

250 x 70 1,75 6,4 613 700 875

250 x 80 2,00 6,6 700 800 1000

250 x 90 2,25 6,8 788 900 1125

250 x 100 2,50 7,0 875 1000 1250

250 x 110 2,75 7,2 963 1100 1375

250 x 120 3,00 7,4 105 1200 1500

320 x 80 2,56 8,0 896 1024 1280

Seção transversal tipo: b

a

55

Prof. J. Martinho

Estacas escavadas de grande diâmetro Publicação FRANKI

56

Prof. J. Martinho Estacas escavadas de grande diâmetro

Publicação de estacas FRANKI

Introdução

A história das fundações escavadas com emprego de lama acompanha os progressos da indústria de perfuração de poços petrolíferos.

Iniciado o progresso de utilização da lama em 1901, por circulação direta (a lama com detritos sobe ao longo das paredes de furo), em 1920 um melhoramento importante é introduzido: a circulação reversa. Neste processo, a lama carregada de detritos é aspirada no interior das hastes de perfuração.

Em 1948, já se executam estacas de 1m de diâmetro e 65m de profundidade (Central Térmica de Bône, Algéria).

Em 1950, são realizados os primeiros diafragmas de estacas secantes perfuradas com circulação direta de lama (rio Volturno).

Modernamente, a imensa maioria dos diafragmas é executada por caçambas especiais tipo “clamshell”, acionadas hidraulicamente ou a cabo.

Para os casos de perfuração de rochas brandas, usa-se a hidrofresadora, máquina constituída por 2 (duas) rodas desagregadoras de eixo horizontal e sistema de circulação reversa.

1. A lama bentonítica

A NBR-6122 - Norma Brasileira de Projetos e Execução de Fundações exige características para a lama descritas ao final deste item.

O fluido estabilizante usado, na imensa maioria dos casos, na construção de fundações, é uma lama resultante da mistura de água com bentonita (30 a 70 kg por m3 de lama).

Bentonita foi a denominação dada a uma ocorrência de argila composta principalmente do mineral montmorilonita sódica, em uma localidade do estado de Wyoming, USA (Fort Benton, 1888).

Esse mineral é componente das argilas bentoníticas naturais, originárias da alteração de depósitos de cinzas e poeira vulcânica. Existe também a bentonita cálcica, inadequada para perfurações, mas facilmente convertida na forma sódica.

A bentonita misturada com água, hidrata-se, absorvendo várias vezes o seu peso e com expansão de 15 vezes.

57

Prof. J. Martinho As propriedades fundamentais da lama relativamente aos trabalhos de perfuração são:

a) Estabilidade A suspensão de bentonita se mantém estável por muito tempo, sem decantar.

b) Viscosidade Permite que sejam mantidas em suspensão partículas do solo desagregadas durante a escavação, reduzindo a decantação e formação de depósitos no fundo.

c) Tixotropia Em repouso, as lamas de bentonita gelificam (formam um gel). Após agitação vigorosa, voltam ao estado líquido.

d) Capacidade de Formação do “Cake” O “cake” é uma película impermeável que se forma nas paredes de escavação em contato com a lama. A formação dessa película permite a aplicação integral da pressão hidrostática da lama sobre as paredes de escavação, principal fator de estabilidade.

É interessante notar que a formação do “cake” normal não afeta o atrito lateral entre a peça concretada e o terreno, como já comprovado experimentalmente.

O cimento atua sobre o “cake” conferindo-lhe resistência e formando uma transição adequada entre o concreto e o solo.

A lama é preparada, tratada e armazenada numa instalação especial, denominada “central de lama”. A central possui um misturador de alta turbulência que garante uma mistura homogênea, isenta de grumos. Após a mistura, a lama é bombeada aos reservatórios de estocagem, onde deve permanecer até sua hidratação completa.

Especificações para lamas bentoníticas

Características Valores Equiptº para Ensaio

Peso específico 1,025 a 1,10 g/cm3 Densímetro

Viscosidade 30 a 90 s Funil Marsh

PH 7 - 11 Papel de Tornasol

“cake” 1,0 a 2,0 mm Pressofiltro

Teor de areia até 3% “Baroid Sand Content”

ou similar

2. A divisão em painéis

Os sistemas de escavação dos painéis podem ser os de painéis alternados ou de painéis sucessivos.

58

Prof. J. Martinho Operando por painéis alternados, executam-se os painéis primários em intervalos determinados. Os painéis secundários são executados em seqüência, com o painel “n + 1” escavado e concretado contra o painel “n”.

3. Juntas

Antes da concretagem, é necessário instalar juntas nas duas extremidades dos painéis primários ou em uma extremidade dos painéis sucessivos.

A lama que fica em contato direto com o concreto recém lançado fica contaminada pelo hidróxido de cálcio, o que provoca um aumento da viscosidade, da resistência do gel, da perda de fluido e do pH. Para evitar um tratamento com aditivos, joga-se fora esse pequeno volume de lama contaminada.

As juntas podem ser tubos ou chapas perfiladas que formam um perfil côncavo regular, permitindo a transferência de esforços de cisalhamento entre os painéis.

Normalmente, as juntas são extraídas por deslizamento vertical, por guindaste, para paredes pouco profundas, ou por macacos hidráulicos, nas profundidades maiores, antes da pega final de concreto.

4. Estabilidade de Escavação

Os fatores mais importantes são o empuxo hidrostático da lama (cerca de 80% do total) e o arqueamento horizontal do solo.

Outros fatores, como o aumento da resistência ao cisalhamento na zona penetrada pela lama e as forças eletro-osmóticas, contribuem com parcelas muito pequenas.

O fenômeno de arqueamento faz com que os painéis mais curtos sejam mais estáveis que os mais longos.

Certamente há uma contribuição das paredes-guia na estabilidade da parte superior da escavação.

Recomenda-se uma diferença de nível mínima de 1,50m entre o nível da borda da parede-guia e o nível do lençol freático.

5. Metodologia Executiva

1. Parede Diafragma Moldada “in loco”

1.1 Preparação do terreno

Sabendo-se que a obra deverá ser executada por guindastes movimentando cargas elevadas, deve-se dispor de um terreno plano e com capacidade de suporte superficial para o bom desempenho das máquinas.

59

Prof. J. Martinho 1.2 Muretas-Guia

Para os diafragmas, são em geral feitas de concreto armado, com uma dimensão interna 5cm maior que a largura da caçamba. A altura das muretas varia, em geral, de 100 a 150cm.

Para as estacas circulares, usa-se um elemento tubular metálico com 2 a 3m e diâmetro interno 10 a 15cm maior que a da estaca projetada.

É desejável, se existe um aterro superficial de má qualidade, que a mureta guia assente abaixo desse material.

O reaterro da escavação feita para a execução das muretas deve ser executado com solo-cimento ou então com solo argiloso muito bem compactado.

1.3 Escavação do painel e enchimento com lama

A escavação é realizada com um “clamshell” a cabo ou hidráulico e acionado por um guindaste.

Acompanhamento a escavação, é lançada no painel a lama bentonítica previamente hidratada, com no máximo 1,03 tf/m3 de peso específico e 30 seg Marsh de viscosidade, cuidando-se para que o nível de lama não baixe mais que 50cm da borda da parede guia.

Durante a escavação, a lama aumenta de densidade e viscosidade, pela incorporação de até 25% a 30% de silte e areia que ficam em suspensão. Como a concretagem exige um teor de areia máximo que não ultrapasse 3%, é necessário ou trocar a lama por uma nova ou processá-la em uma instalação de desarenamento e retorná-la à escavação.

Um desarenamento eficiente é obtido bombeando-se o fluido para uma peneira de lama e o resíduo sendo novamente bombeado para baterias de hidrociclones de 5” ou 6”. Consegue-se, assim, reduzir o teor de areia a menos a 1%.

1.4 Concretagem

O concreto é lançado pelo método de concretagem submersa, usando-se funil superior ligados a tubos de 8” ou 10” com roscas estanques e que atingem o fundo da escavação. O primeiro concreto lançado é protegido por uma válvula de bola, que é recuperada posteriormente.

O concreto é dosado com 400kg de cimento por m3 e fator água-cimento entre 0,5 e 0,6. O agregado graúdo deve ser menor que 20mm.

60

Prof. J. Martinho O “slump” deve ser 20 ± 2cm. A resistência característica fck, nessas condições, atinge 18 MPa.

É recomendável o uso moderado de aditivo retardador de pega quando a temperatura excede 30º C. Os aditivos plastificantes não devem ser usados.

Normalmente, há um excesso de concreto lançado de cerca de 10% de volume teórico, que deve ser considerado no planejamento.

O tubo de concretagem deve estar sempre imerso de 2 a 3m no concreto lançado. A medida que se vai concretando, levanta-se o tubo de concretagem e se bombeia a bentonita expulsa pelo concreto para os tanques de estocagem.

É essencial obter-se um fluxo regular para a concretagem, no mínimo de 15 a 20m3/hora. Interrupções superiores a 15 minutos podem ocasionar problemas.

Deve-se dimensionar os painéis em função da possibilidade de concretá-los entre 3 a 4 horas.

A concretagem deve ser levada até um nível 50cm superior à cota de arrasamento prevista, para garantia de qualidade do concreto nessa situação.

1.5 Extração das juntas

As juntas são, em geral, extraídas por deslizamentos verticais antes da pega final do concreto.

Nos painéis mais profundos, empregam-se para esse fim macacos hidráulicos reagindo sobre a parede guia, que deverá ser adequadamente armada.

Nos painéis rasos, a extração é feita com um guindaste.

2. Paredes Diafragmas Pré-Moldadas

São constituídas por painéis pré-fabricados, independentes, instalados em trincheiras escavadas com auxílio de lama ou “coulis” bentonita-cimento.

O bom aspecto da face exposta da parede pré-moldada e a alta qualidade do concreto obtida pela pré-fabricação são vantagens do sistema. São necessários, contudo, um canteiro de bom porte e um minucioso planejamento das operações para viabilizar o processo.

61

Prof. J. Martinho 2.1 Muretas-Guia

São necessários muretas-guia executadas com suficiente precisão para servirem de referências na locação das paredes. Além disso, deverão ter capacidade para suportar os painéis durante a fase de instalação.

2.2 Fluido Estabilizador de Perfuração

É composto de cimento (150 a 200kg/m3), água e bentonita (40 a 60kg/m3), misturados em equipamento de alta turbulência, empregando-se um aditivo da família dos lignosulfitos como retardador do início de “pega”.

2.3 Escavação

A escavação das trincheiras é executada com um excesso de largura em relação à espessura do painel, cerca de 20 a 30cm, e às vezes mais, quando também se deseja contar com a impermeabilidade de “coulis” bentonita-cimento, na face externa da parede. A impermeabilização conferida por uma boa espessura de “coulis” na face externa da parede é muito eficiente.

Essa folga destina-se também a permitir a colocação do painel com precisão máxima, mesmo havendo um desvio razoável na escavação.

2.4 Fabricação de painéis

A escavação são feitos de concreto armado de alta resistência. Procura-se situar seu peso entre 15 a 20 toneladas, para evitar a necessidade de mobilizar guindastes de alta tonelagem que encareceriam excessivamente obra. Os painéis podem ou não ser fabricados na obra.

2.5 Posicionamento dos painéis

O painel é constituído com alças, de levantamento e suspensão, que permitam ao guindaste posicioná-lo adequadamente na trincheira.

Dispositivos ancorados no painel permitem sua fixação às muretas-guias.

2.6 Concretagem

A ficha é concretada pelo processo de concretagem submersa, com conduto de forma especial. Confere-se, dessa forma, boa capacidade de absorção de carga vertical ao painel.

62

Prof. J. Martinho 2.7 Juntas

As juntas entre os painéis são, em geral, do tipo fêmea-fêmea, que permite sua limpeza após o endurecimento do “coulis” e a injeção de substâncias impermeabilizadoras. Juntas diversas, do tipo macho-fêmea, são também utilizadas.

3. Diafragmas plásticos

São realizados quando a finalidade é a constituição de cortinas impermeáveis, protegendo escavações, barragens de terra, obras fluviais, etc.

Uma aplicação importante está na defesa do lençol freático contra contaminações em indústrias, centrais nucleares, etc.

O diafragma plástico pode ser construído analogamente, ao diafragma clássico, usando apenas o “concreto plástico” ao invés do concreto usual.

O “concreto plástico” é constituído por agregado, cimento e bentonita.

Podem-se executar diafragmas de cimento-bentonita usando esses materiais, acrescidos de um aditivo retardador, como lama de perfuração auto-endurecedora. Consegue-se, assim, efetuar simultaneamente a escavação e a concretagem. Usando-se o sistema de painéis alternados, consegue-se suprimir totalmente as juntas.

A permeabilidade é da ordem de 10-7 cm/s e o material permanece impermeável e sem rachaduras enquanto estiver enterrado no solo.

4. Estacas Escavadas tipo Barrete e Cilíndrica

As estacas barretes são obtidas pela escavação do subsolo com as ferramentas usuais de execução de paredes diafragmas, ou seja, caçambas “clamshell” acionadas a cabo ou hidraulicamente.

Estacas escavadas cilíndricas são de seção circular, escavadas à rotação com trado ou caçamba.

Algumas vantagens do processo:

a) A execução se processa com baixo nível de vibração e de ruído.

b) Camadas muito resistentes podem ser atravessadas.

c) Rapidez de execução.

63

Prof. J. Martinho d) Possibilidade de atingir grandes profundidades. Atingimos 50 m em fundações

de silos em Paranaguá, PR.

A execução dessas estacas se faz de maneira análoga à descrita para os diafragmas.

São importantes as seguintes observações para garantia de boa execução:

a) A limpeza do fundo deverá ser particularmente cuidadosa usando-se um dispositivo “air-lift”.

b) No caso de acidentes que interrompa a execução do furo, recomendamos reaterrar imediatamente com uma argamassa pobre de cimento e areia (80 a 100 kg de cimento por m3).

5. Capacidade de carga das estacas escavadas, tipo Barretes ou Cilíndricas

5.1 Capacidade Estrutural

A Norma Brasileira NBR-6122, recomenda limitar a resistência característica do concreto em 16MPa. Assim, seria possível dimensionar o fuste de uma estaca pouco armada para uma tensão de compressão até 6,5 MPa.

Na prática, a maioria das estacas é dimensionada para tensões de 4 a 5 MPa no concreto.

A NBR-6118, requer que no trecho onde a tensão média é superior a 5 MPa a estaca seja armada.

5.2 Capacidade de Carga Estaca - Solo

As estacas escavadas de grande diâmetro possuem um mecanismo peculiar de transferência de carga, bastante diferente do observado em estacas cravadas de pequeno diâmetro.

A resistência de atrito lateral é rapidamente mobilizada após um deslocamento de apenas 8 a 15mm da cabeça de estaca.

A resistência de ponta atinge o máximo somente após valores elevados de recalques (da ordem de 10 a 30% do diâmetro da estaca). Compreende-se, assim, porque, enquanto é possível contar-se com a colaboração integral do atrito no projeto da fundação, somente será possível utilizar-se uma parcela reduzida da resistência de ponta, em face das grandes deformações necessárias para sua total mobilização.

Essa parcela será tanto menor quanto maior for o diâmetro da estaca.

64

Prof. J. Martinho A Norma Brasileira NBR-6122, seguindo o raciocínio acima, recomenda que a carga admissível de uma estaca escavada atenda simultaneamente às seguintes condições:

a) Ser obtida pela aplicação de um coeficiente de segurança igual a 2 à soma da resistência de atrito e resistência de ponta.

b) A carga de trabalho não pode ser superior a 80% da resistência última de atrito.

c) Quando a estaca tiver sua ponta em rocha e que se possa garantir o contato entre concreto e rocha, toda carga pode ser absorvida por resistência de ponta, valendo neste caso um coeficiente de segurança não inferior a 3.

6. Campo de aplicação

As estacas escavadas de grande diâmetro oferecem uma solução técnica e economicamente interessante, principalmente nos seguintes casos:

∗ Cargas verticais concentradas elevadas: segundo os diâmetros as cargas podem variar de 1.000 a 13.000 kN.

∗ Esforços horizontais ou momentos fletores elevados na cabeça da estaca: o diâmetro das estacas permite utilizar armações pesadas (até 2% da seção de concreto).

∗ Esforços de tração elevados: a possibilidade de ancoragem moderada das estacas nas camadas rochosas permite a absorção de esforços de tração consideráveis.

∗ Satisfação da imposição, em função do local, de evitarem vibrações decorrentes da cravação.

∗ Presença no solo de obstáculos enterrados (antigas fundações em alvenaria ou concreto não armado), que possam ser atravessados por trepanação (somente para estacas tubadas).

∗ Estacas a grandes profundidades.

A técnica utilizada permite ultrapassar os 40 metros.

Os diâmetros usuais são 600mm, 700mm, 800mm, 900mm, 1.000mm, 1.200mm, 1.500mm, e excepcionalmente 1.800mm.

65

Prof. J. Martinho A título indicativo, adotando-se uma tensão de compressão no concreto de 50

kg/cm2, e desde que as condições geotécnicas do terreno permitam, as cargas verticais seguintes podem ser adotadas:

Diâmetro (mm) 600 700 800 900 1.000 1.200 1.500 1.800

Cargas (kN) 1.400 1.900 2.500 3.150 3.900 5.650 8.850 12.700

7. Descrição

O terreno é escavado por meio de uma ferramenta rotativa (caçamba, trado, tricone...) acionada por uma mesa rotativa, montada num guindaste sobre esteiras. A perfuração se faz através de tipos de solos muito diferentes, indo desde os mais moles terrenos até a rocha branda.

Durante a perfuração, um tubo metálico provisório é introduzido no solo por movimentos alternativos de rotação.

Afim de evitar a subida de água e de solo no interior do tubo, mantém-se o mesmo à frente da perfuração, conservando-se em seu interior uma bucha do solo escavado.

A pressão hidrostática é assegurada em permanência, mantendo-se o nível d’água no interior do tubo acima do nível do lençol freático, afim de evitar a descompressão do terreno adjacente.

Quando a perfuração atinge a camada de resistência suficiente, após limpeza do fundo da perfuração, a armação é colocada no local por meio do guindaste utilizado na perfuração.

A concretagem é feita com auxílio de um tubo tremonha para evitar a segregação do concreto. Esta técnica continua válida, mesmo que o furo escavado não possa ser seco (concretagem submersa).

O revestimento provisório é progressivamente retirado, durante a concretagem, mantendo-se, todo o tempo, uma altura de concreto no interior do tubo para assegurar uma contrapressão suficiente em relação à pressão do terreno e da água do lençol.

Utiliza-se, também, a lama estabilizadora, à base de bentonita, em substituição aos tubos metálicos de revestimento provisório, sempre que as condições geotécnicas permitam.

Apenas o trecho superficial (1,5 a 2 metros) é revestido com tubo guia.

Neste caso, as fases de execução ficam reduzidas a:

1. Perfuração com lama estabilizadora.

66

Prof. J. Martinho 2. Colocação de armação.

3. Concretagem submersa tubo tremonha.

Para os trabalhos em locais com lâmina d’água, um tubo perdido de parede fina pode ser utilizado.

8. Aplicações resultantes

Estacas escavadas tangentes e secantes

Utilizando a mesma técnica, é possível se executar cortinas de estacas escavadas tangentes ou secantes que, além da função de suporte, assumem também a função de contenção ou de estanqueidade muros de contenção, fossas de grande profundidade, estacionamento subterrâneo, etc...).

Em caso de estacas secantes, é habitual se armar uma a cada duas estacas (as estacas primárias não são armadas; as estacas secundárias, perfuradas recortando o concreto fresco das estacas primárias, são, conseqüentemente, armadas).

67

solo lama solo lama

A lama penetra o solo e vai entrando em repouso.

A lama em repouso adquirerigidez pelo efeito de tixotro -pia e forma uma película pro-tetora ("cake") que recebe apressão hidrostática da lamalíquida.

MECANISMO DE FORMAÇÃO DO "Cake"

68

PAINÉIS ALTERNADOS

PAINÉIS SUCESSIVOS

Tubo Junta

Tubo Junta

Painel "n" Painel "n + 1"

Painel "n"

Painel Primário Painel Primário

Painel Secundário

Tubo Junta

69

Seções Típicas de Estacas tipo Barrete

PAINÉIS PRÉ-MOLDADOS

DETALHE DA JUNTA FRANKI

70

1 2

..a b

3

.

4

.

5

.

Fases de execução

1. Perfuração acima do nível d'água2. Perfuração abaixo do nível d'água3. Perfuração abaixo do nível d'água4. Concretagem com tubo tremonha5. Extração final do tubo provisório

a. Nível do lençol freáticob. Nível d'água no tubo

MÉTODO DE EXECUÇÃO

71

Características dos principais tipos de estacas escavadas

Publicação de estacas FRANKI

1. Estacas escavadas retangulares, tipo Barrete

2. Estacas escavadas circulares de grande diâmetro

72

Características técnicas dos principais tipos de estacas

1. Estacas escavadas retangulares, tipo BARRETE, da firma FRANKI

Dimensões Área Perímetro Subida do concreto

Carga na estaca (t)

para 1m3 para tensão de compressão no concreto σc (kgf/cm2)

(cm) (m2) (m) (m) 30 35 40 45 50

30 x 250 0,75 5,60 1,34 225 263 300 334 375

40 x 250 1,00 5,80 1,00 300 350 400 450 500

50 x 220 1,10 5,40 0,91 330 385 440 495 550

50 x 250 1,25 6,00 0,80 375 438 500 563 625

60 x 220 1,24 5,08 0,81 375 438 500 563 625

60 x 250 1,50 6,20 0,67 450 525 600 675 750

70 x 220 1,43 5,20 0,70 430 500 570 643 715

70 x 250 1,75 6,40 0,57 525 613 700 788 875

80 x 220 1,62 5,31 0,62 485 568 650 730 810

80 x 250 2,00 6,60 0,50 600 700 800 900 1000

100 x 220 1,99 5,54 0,51 600 700 800 900 1000

120 x 220 2,43 5,94 0,41 730 850 970 1093 1215

120 x 250 3,00 7,40 0,33 900 1050 1200 1350 1500

73

2. Estacas escavadas circulares, de grande diâmetro, da firma FRANKI

Diâmetro (mm)

Área (m2)

Perímetro (m)

Distância mínima

Subida do concreto

Carga na estaca (t)

para 1m3 (m)

para tensão de compressão no concreto σc (kgf/cm2)

a (m) b (m) 30 35 40 45 50

500 0,1983 1,57 0,80 0,60 5,10 55 65 80 85 100

600 0,2827 1,88 1,00 0,60 3,54 85 100 110 125 140

700 0,3848 2,20 1,20 0,70 2,60 115 135 150 170 190

800 0,5026 2,51 1,30 0,70 1,99 150 175 200 225 250

900 0,6362 2,83 1,50 0,80 1,57 190 220 255 285 315

1000 0,7854 3,14 1,60 0,80 1,27 235 275 310 350 390

1200 1,1310 3,77 2,00 0,90 0,88 340 395 450 505 565

1500 1,7671 4,71 2,50 1,10 0,57 530 620 710 800 885

1800 2,5449 5,65 3,00 1,20 0,39 760 890 1015 1145 1270

2000 3,1416 6,28 3,20 1,30 0,32 940 1100 1250 1400 1570

ba

74

Prof. J. Martinho

Estacas escavadas de grande diâmetro Publicação FUNDESP

75

Prof. J. Martinho Estacas escavadas de grande diâmetro

Publicação FUNDESP

1. Introdução

Entende-se geralmente, como “estacas de grande diâmetro” aquelas com diâmetro igual ou superior a 600mm, atingindo, em alguns casos, até o diâmetro de 3,00m.

A frequência cada vez maior de construções pesadas e estruturas com cargas concentradas muito elevadas permitiu o desenvolvimento e uma constante utilização das estacas de grande diâmetro nas construções civis e industriais.

As grandes profundidades alcançáveis, a rapidez de execução, a grande total ausência de vibrações, a alta capacidade de carga admissível por estaca permitem substituir com grande vantagem técnica-econômica as soluções tradicionais em estacas cravadas, pré-moldadas, metálicas, tubulões, etc.

2. Método Executivo

a) Perfuração

O equipamento de perfuração consta essencialmente de uma mesa rotativa que aciona uma haste telescópica (kelly-bar) que tem acoplada na sua extremidade inferior a ferramenta de perfuração, cujo tipo varia em função da natureza do terreno a perfurar: trado (auger), caçamba (bucket), ou coroa (oring crown).

A medida que penetra no solo por rotação, a ferramenta se preenche gradualmente e, quando cheia, a haste é levantada e a ferramenta é automaticamente esvaziada por força centrífuga, no caso do trado, ou por abertura do fundo, no caso da caçamba.

A mesa rotativa ou perfuratriz, normalmente instalada em um guindaste de esteiras, é acionada por motor diesel e transmite, por meio de um redutor, o movimento rotatório à haste telescópica.

A mesa também é dotada de uma central hidráulica que comanda o “pull down” da haste telescópica, utilizado para dar maior penetração à ferramenta de perfuração.

As manobras da mesa são controladas pelo operador do guindaste através de comandos instalados na cabine; o guindaste aciona um cabo de aço para descida e levantamento da haste telescópica.

Quando a escavação atinge horizontes abaixo do lençol freático, a perfuração é normalmente executada em presença de lama bentonítica.

76

Prof. J. Martinho A técnica de perfurações profundas desenvolveu-se graças ao emprego da lama bentonítica, que tem a dupla função de garantir a estabilidade do furo (evitando a utilização do tubo de revestimento) e de manter em suspensão os detritos provenientes da desagregação do terreno.

A perfuração com lama bentonítica pode ser realizada com circulação direta ou circulação inversa.

Onde as condições do terreno são tão difíceis que as técnicas antes mencionadas não são aplicáveis, utilizam-se entubadeiras ou vibradores para cravação e extração de camisas de revestimento, retirando-se o material interno com clam-shell, perfuratriz, etc...

b) Colocação da armação

Terminada a perfuração inicia-se a colocação da armadura, por meio de guindastre da perfuratriz, devendo a armadura ser reforçada com anéis de rigidez e dotada de “roletes” distanciadores para garantir o necessário recobrimento (normalmente = 5cm).

c) Concretagem

O sistema de concretagem utilizado na execução das estacas escavadas é o submerso, ou seja, aquele executado de baixo para cima de modo contínuo e uniforme.

Tal processo consiste na aplicação de concreto por gravidade através de um tubo (tremie), central do furo, munido de uma tremonha de alimentação (funil) cuja extremidade, durante a concretagem deve estar convenientemente imersa no concreto.

A fim de evitar que a lama se misture com o concreto lançado, coloca-se um obturador no interior do tubo que, funcionando como êmbolo, expulsa a lama pelo peso próprio da coluna de concreto.

Após esta operação prossegue-se com o lançamento do concreto, devendo-se manter um fluxo constante e regular a fim de se obter uma concretagem adequada, com o concreto preenchendo o furo de baixo para cima, sem solução de continuidade, e garantindo a perfeita aderência do fuste da estaca ao terreno.

O concreto deve satisfazer às seguintes exigências:

a) abatimento ou “slump-test = 20 ± 2cm.

b) diâmetro máximo do agregado não superior a 10% do diâmetro do tubo de concretagem.

77

Prof. J. Martinho c) fck ≥ 15 MPa.

3. Vantagens da estaca perfurada mecanicamente

As vantagens que as estacas perfuradas mecanicamente apresentam em relação aos outros tipos são:

a) conhecimento imediato e real de todas as camadas atravessadas e possibilidade de uma segura avaliação da capacidade de carga da estaca, mediante a coleta de amostra e seu eventual exame em laboratório.

b) ausência de vibração, pois a escavação se faz por rotação.

c) possui condições de resistir a cargas elevadas, reduzindo deste modo o volume dos blocos e o cronograma da obra.

d) possibilidade de atingir grande profundidade (60 a 80 metros).

e) possibilidade de executar as estacas em qualquer tipo de terreno, em presença ou não do nível d’água, e de atravessar matacões de pequenas dimensões com a utilização de ferramentas especiais (trepano, trado).

f) possibilidade de trabalhar, com equipamentos especiais, em condições de pé direito reduzido (5 a 6m).

4. Paredes diafragma e estacas Barrete

A parede moldada “in loco”, ou diafragma contínuo, realiza no subsolo um muro vertical de concreto armado de espessura variável de 30 até 120cm, apto a absorver cargas axiais, empuxos horizontais e momentos fletores, podendo alcançar e superar profundidades superiores a 50 metros, dependendo das condições do terreno e das características construtivas dos equipamentos.

Normalmente a FUNDESP utiliza clam-shell mecânico ou hidráulico, com descida livre (cabo) ou com haste de guia (kelly) que permite uma melhor condição de verticalidade dos painéis.

Caso a parede tenha apenas função de impermeabilização, visando o controle da percolação em escavações, diques, barragens e reservatórios, ou a proteção do lençol freático do contato com líquidos poluentes, poderá ser utilizado o diafragma plástico, constituído por misturas de cimento e argila.

A parede diafragma é executada em painéis ou lamelas (sucessivos ou alternados), cuja continuidade é assegurada com o auxílio de um tubo ou chapa-junta, colocado após a escavação do painel e retirado logo após o início do endurecimento do concreto.

78

Prof. J. Martinho As técnicas executivas das paredes diafragma são substancialmente idênticas às das estacas escavadas.

A difusão sempre crescente deste sistema no setor da construção pesada e residencial se deve principalmente às vantagens que proprociona:

• facilidade em adaptar-se à geometria do projeto.

• quase total ausência de vibração.

• não causar sensíveis descompressões ou modificações no terreno, evitando assim, danos às estruturas existentes.

• alcançar profundidades abaixo do nível da água.

• a possibilidade dos vários painéis fazerem parte da estrutura permanente.

• servir como septo de impermeabilização contra o fluxo da água.

• servir como contenção de escavações profundas.

Pelas razões expostas as paredes diafragma encontram hoje um vasto campo de atuação, podendo ser usadas com sucesso em variados setores da engenharia de fundação, por exemplo:

1) Fundações de obras de arte.

2) Serviços de subfundação e de proteção de obras ameaçadas pela erosão das águas.

3) Grandes obras hidráulicas (barragens em terra, escavações em presença de lençol freático, cortinas impermeáveis no leito dos rios, etc...).

4) Obras de canalização para regularização do leito dos rios contra as enchentes e a erosão.

5) Construção de metrô, execução de túneis, passagens subterrâneas e de grandes escavações nos centros urbanos.

6) Execução de subsolos para prédios, garagens subterrâneas, etc, funcionando seja como elemento estrutural, seja como septo impermeabilizante impedindo o fluxo da água.

7) Grandes obras industriais para construção de poços, silos subterrâneos.

8) Execução de cais.

As lamelas da parede diafragma podem ser usadas individualmente ou, em ocasiões especiais, combinados em +, X, Y, I, etc, para resistirem a elevadas cargas verticais.

79

Prof. J. Martinho Neste caso são geralmente denominadas de estacas barrete e devem ter comprimento compatível com o tipo do terreno e o valor do carregamento.

5. Parede diafragma Pré-Moldada

A técnica de paredes diafragma tem sofrido constantes inovações, sendo a mais importante a utilização de painéis pré-moldados de concreto armado ou protendido.

O painel pré-moldado pode ter um recobrimento menor, normalmente adotamos c = 3cm, e concreto com fck superior a 25 MPa. Deste modo, a resistência estrutural da parede pré-moldada é substancialmente superior a da moldada “in situ”.

Evidentemente a parede pré-moldada não terá perdas de concreto, perdas estas que acarretam, além do custo do material, custos de remoção dos bolsões de concreto. Estes valores podem ser muito elevados, principalmente em regiões de solo mole.

A fim de reduzir o peso do elemento pré-moldado, a parede pode ter a ficha concretada “in situ”. Neste caso sugere-se o uso de placas vazadas onde a concretagem da ficha é realizada por dentro da placa.

80

Características dos principais tipos de estacas escavadas

Publicação de estacas FUNDESP

1. Estacas escavadas retangulares, tipo Barrete

2. Estacas escavadas circulares de grande diâmetro

81

Características técnicas dos principais tipos de estacas

1. Estacas escavadas retangulares, tipo BARRETE, da firma FUNDESP

Dimensões Área Perímetro Cargas (tf) p/Gs

a x b (cm) (m2) (m) 30 kgf/cm2 40 kgf/cm2 50 kgf/cm2

40 x 150 0,60 3,80 180 240 300

50 x 150 0,75 4,00 225 300 375

30 x 250 0,75 5,60 225 300 375

40 x 250 1,00 5,80 300 400 5000

60 x 250 1,50 6,20 450 600 750

70 x 250 1,75 6,40 525 700 875

80 x 250 2,00 6,60 600 800 1000

100 x 250 2,50 7,00 750 1000 1250

120 x 250 3,00 7,40 900 1200 1500

Seção transversal tipo: b

a

82

2. Estacas escavadas circulares, de grande diâmetro, da firma FUNDESP

Diâmetro Área Perímetro (m) Cargas (tf) p/Gs

(cm) (m2) (m) 40 kgf/cm2 50 kgf/cm2 60 kgf/cm2 60 0,283 1,88 115 140 170

70 0,385 2,20 154 192 231

80 0,502 2,57 201 251 302

90 0,636 2,83 255 318 382

100 0,785 3,14 314 393 471

110 0,950 3,46 380 475 570

120 1,131 3,77 452 556 679

130 1,327 4,08 531 664 797

140 1,539 4,40 615 770 924

150 1,767 4,71 706 883 1061

160 2,010 5,03 804 1005 1206

170 2,270 5,34 908 1135 1362

180 2,545 5,66 1018 1273 1527

190 2,836 5,97 1135 1418 1702

200 3,142 6,29 1257 1571 1886

210 3,464 6,60 1386 1732 2079

220 3,802 6,92 1520 1901 2282

230 4,154 7,23 1662 2077 2493

240 4,524 7,54 1809 2262 2715

250 4,909 7,86 1964 2455 2496

83