PROJETO DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS Estaca Escavada com Lama Bentonítica Trabalho apresentado como exigência parcial para a disciplina de Geotecnia e Fundações, do curso Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi, sob orientação da Profª Juliana Reinert. 

SÃO PAULO 2012 

SUMÁRIO 1. 2. 3. INTRODUÇÃO......................................................................................................................... 4 OBJETIVO ............................................................................................................................... 5 FUNDAÇÃOPROFUNDA: ESTACA ESCAVADA COM LAMA BENTONÍTICA ........................ 6 3.1 3.2 DEFINIÇÃO ...................................................................................................................... 6 ESTACAS ESCAVADAS COM UTILIZAÇÃO DE LAMA BENTONÍTICA .......................... 6 A lama de escavação................................................................................................. 6 

3.2.1 3.3 

FASES DE EXECUÇÃO DA ESTACA ESCAVADA ........................................................ 10 Fabricação da Lama ................................................................................................ 10 Escavação ............................................................................................................... 10 Troca de lama .......................................................................................................... 12 Colocação da armadura........................................................................................... 13 Concretagem ........................................................................................................... 13 Reaterro e preparo da cabeça da estaca ................................................................. 15 

3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 3.4 3.5 4. 

RECICLAGEM E FLOCULAÇÃO .................................................................................... 16 UTILIZAÇÃO .................................................................................................................. 17 

DIMENSIONAMENTO ........................................................................................................... 19 4.1 4.2 4.3 4.4 MÉTODO DE AOKI e VELLOSO (1975) ......................................................................... 19 MÉTODO DE MONTEIRO (2000) ................................................................................... 23 MÉTODO DE DÉCOURT E QUARESMA (1978) ............................................................ 24 MEMORIAL DE CÁLCULO ............................................................................................. 26 

5. 6. 

CONCLUSÃO ........................................................................................................................ 29 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................... 31 

ANEXO I ....................................................................................................................................... 32 

1. INTRODUÇÃO As fundações profundas (também chamadas de indiretas) são aquelas cujas bases estão implantadas a mais de duas vezes a sua menor dimensão, e a mais de 3m de profundidade. São caracterizadas por elementos estruturais (estaca, caixões ou tubulões) instalados no solo com a finalidade de suportar e transferir as cargas ao solo pela base (resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas. No conjunto estaca-solo, o solo é mais heterogêneo, mais errático e menos resistente, sendo, portanto, o fator determinante na capacidade de carga da fundação. As estacas são elementos alongados, cilíndricos ou prismáticos que se cravam, com um equipamento, chamado bate-estaca, ou se confeccionam no solo de modo a transmitir as cargas da edificação a camadas profundas do terreno. Existe hoje uma variedade muito grande de estacas para fundações e os principais materiais empregados na confecção das mesmas são a madeira, o aço e o concreto (pré-moldadas e moldadas “in situ”). As estacas também são classificadas em estacas de deslocamento e estacas escavadas. As estacas de deslocamento são aquelas introduzidas no terreno através de algum processo que não promova a retirada do solo. Enquadram-se nessa categoria as estacas pré-moldadas de concreto armado, estacas de madeira, metálicas, as estacas apiloadas de concreto e as estacas de concreto fundido no terreno dentro de um tubo de revestimento de aço cravado com a ponta fechada. As estacas escavadas são aquelas executadas “in situ” através da perfuração do terreno por um processo qualquer, com remoção de material. Nessa categoria se enquadra a estaca escavada com lama bentonítica, tema deste trabalho, que será abordada e calculada no decorrer do mesmo. 

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2. OBJETIVO Este trabalho tem por objetivo calcular a carga admissível em uma estaca escavada com lama bentonítica, conforme definido em sala de aula, utilizando os métodos de Aoki e Velloso, Monteiro e Decourt Quaresma. Para isso, serão apresentados o método executivo de estacas escavadas com lama bentonítica e sua respectiva aplicação, assim como a metodologia e os parâmetros de cada autor citado. Para a realização dos cálculos será utilizada a sondagem representativa da área, presente no Anexo I. 

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3. FUNDAÇÃOPROFUNDA: ESTACA ESCAVADA COM LAMA BENTONÍTICA 

3.1 DEFINIÇÃO Estacas Escavadas ou Barretes são estacas executadas enchendo-se com concreto (simples ou armado) uma trincheira aberta no terreno e mantida estável com o auxílio de uma lama especial. Embora relativamente recente (seu 

desenvolvimento ocorreu no final da década de 60), este processo teve grande impacto na técnica de escavações e fundações. O sucesso deste processo se deve a diversos fatores. O primeiro é a multiplicidade de suas aplicações, incluindo: 1) Elementos de fundação (estacas diafragma), transmitindo cargas a camadas mais profundas. 2) Execução sem as vibrações e o ruído inerente à cravação de estacas de fundação ou escoramento; 3) Possibilidade de atravessar camadas de grande resistência; 4) As estacas e barretes possuem como elementos de suporte de escavações grande resistência e pequena deformabilidade, o que as coloca como solução mais indicada para suporte de escavações próximas a prédios existentes; 5) Execução rápida; O desenvolvimento de equipamentos de escavação e de centrais de processamento de lama, além da disponibilidade de bentonita para emprego industrial, também possibilitaram este sucesso. Entretanto não ultrapassa solos com matacões, alterações de rocha ou materiais muito duros; não é apropriada para executar abaixo do nível d’agua; não é apropriada em solos muitos moles (areias), podendo ocorrer desmoronamento e podendo a seção durante a concretagem; não é adequada para execução em aterros entro outros. 

3.2 ESTACAS ESCAVADAS COM UTILIZAÇÃO DE LAMA BENTONÍTICA 

3.2.1 A lama de escavação 

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A lama de escavação é uma suspensão em água de uma argila especial bentonita - da família das montmorilonitas de sódio (alcalina). A concentração coloidal da mistura água + bentonita normalmente é obtida pela expressão: Cc = Peso da bentonita x 100 (em porcentagem) 100 L de água A suspensão da lama bentonítica é estável e os fatores que governam a estabilidade são os seguintes: - As partículas dispersas devem ter diâmetros médios inferiores a 0,1 µ para poderem apresentar movimento browniano; - As partículas devem possuir cargas elétricas superficiais que impeçam a aglomeração das mesmas. A lama bentonítica apresenta como característica principal a propriedade de tixotropia, ou seja, um comportamento fluido quando agitada, mas é capaz de formar um gel quando em repouso. As principais funções da lama durante a escavação são: a) suportar a face da escavação; b) formação de um selo para impedir a perda da lama no solo; c) deixar em suspensão partículas sólidas do solo escavado, evitando que elas se depositem no fundo da escavação. 

3.2.1.1 Ação estabilizante da lama A lama é produzida na trincheira durante o processo de escavação e deve mantê-la estável até o seu enchimento com o concreto ou a argamassa prevista. A lama empregada é uma suspensão de bentonita (montmorilonita de sódio), que apresenta propriedades tixotrópicas, ou seja, tem um comportamento fluido quando agitada, mas é capaz de formar um gel quando em repouso. O uso da bentonita na perfuração de poços de petróleo é bastante antiga e sua primeira aplicação na engenharia de fundações foi na perfuração de estacas. Para uso no processo de paredes moldadas no solo, suas características precisam ser controladas logo após a mistura, durante seu fornecimento na trincheira e imediatamente antes da concretagem. A NBR 6122/2010 recomenda o seguinte controle da lama bentonítica para fornecimento na trincheira: 

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Lama bentonítica 

Antes da concretagem, é importante verificar o grau de contaminação da lama por partículas do solo em suspensão. Esta contaminação provoca um aumento de peso específico da lama, prejudicando a qualidade da concretagem. Recomenda-se que, nesta ocasião, o peso específico medido na balança de lama não ultrapasse 1,3 g/ml. Uma das funções básicas da lama é criar uma película impermeável nas paredes da escavação, chamada 'cake', formada pela penetração da lama nos vazios do solo. Esta película permite que a lama exerça empuxo contra as paredes da escavação, para estabilizá-la. A espessura da penetração vai depender da diferença entre o nível da lama na trincheira e o nível d'água no terreno (deve ser no mínimo 1,5m), da permeabilidade do solo e da viscosidade da lama. A penetração excessiva da lama é inconveniente para a estabilidade da trincheira e, em solos de permeabilidade muito alta (k> 1 cm/s), pode haver perda de lama, impossibilitando a utilização do processo das paredes moldadas nestes solos. Em argilas intactas, não há formação de 'cake', porém, sem prejuízo para o processo de estabilização. A lama tem por função ainda impedir o desprendimento de grãos de areia das paredes da trincheira. 

3.2.1.2 Açao tixotrópica da lama As medidas de resistência do gel indicam as propriedades tixotrópicas de uma lama. A pressão exercida pela lama é sempre maior que a exercida pela água em qualquer profundidade da escavação (visto anteriormente), então a lama penetra nos vazios do solo. E na medida em que essa resistência aumenta, a lama vai ficando em repouso e vai adquirindo rigidez suficiente para a formação de uma Página 8 de 32 

película que colmata as partículas do solo (cake) dando-lhes, assim, um aumento a resistência ao cisalhamento. Esta penetração não é necessariamente uniforme, dependendo do tipo de solo, do seu índice de vazios, da viscosidade da lama e da diferença de pressão entre a lama e a água do solo. Isto representa um importante fato: o selo é formado dentro do solo e evita também a perda de lama através do solo. Tão logo, em poucos segundos, o "cake" é coberto por uma fina camada de partículas de bentonita na superfície da escavação chamado filme protetor e neste estágio oferece completa resistência a futuras penetrações da lama no solo, bem como melhor distribui para o solo a pressão hidrostática exercida pela lama. A seguir, esquema mostrando como se processa o mecanismo da formação do "cake" e do filme protetor. 

A formação da camada denominada filme protetor não deve ser interpretada como se fosse um processo de floculação e sim como um processo eletro-osmótico. Quando a bentonita em suspensão entra em contato com o solo, fenômenos elétricos são criados espontaneamente e contribuem para a formação do filme protetor. A existência de cargas elétricas negativas na superfície das partículas de bentonita provoca o movimento delas sobre a influência de um potencial elétrico. Página 9 de 32 

Testes em laboratório mostram que uma formação similar ao filme protetor pode ser criada colocando-se eletrodos na lama e no solo e aplicando-se um potencial elétrico através deles. Neste ponto, parece ser onde os fenômenos eletroosmóticos contribuem para a estabilização do talude escavado. 

3.3 FASES DE EXECUÇÃO DA ESTACA ESCAVADA Para a execução de uma estaca escavada, são realizadas várias operações que se interligam e cada uma deve ser planejada com antecedência para que não haja imprevistos. Podemos destacar as seguintes fases bem definidas, a saber: a) Fabricação da lama; b) Escavação; c) Troca de lama; d) Colocação da armadura; e) Concretagem; f) Reaterro do trecho compreendido entre o arrasamento da estaca e o nível do terreno. 3.3.1 Fabricação da Lama A lama bentonítica é preparada numa instalação denominada Central de Lama, onde temos um misturador de lama, silos para armazenamento de lama nova e lama já utilizada, tanques de decantação, desarenadores, depósito de bentonita e laboratório. A mistura obtida a partir da hidratação da bentonita na proporção de 100 % de água e 2 a 6% de bontonita é denominada lama bentonítica. 3.3.2 Escavação Durante a fase de escavação destacam-se as seguintes operações: -colocação da camisa guia; -lançamento da tubulação de transporte da lama desde a central de lama até o local da escavação; -nivelamento da máquina de escavação; -escavação. 

3.3.2.1 Colocação de camisa guia As principais funções da camisa guia são as seguintes: -Locar a posição da estaca a ser escavada; - Guiar o equipamento de escavação; Página 10 de 32 

- Conter o solo no trecho inicial da escavação; - Garantir uma altura de lama compatível com o nível do lençol freático. 

3.3.2.2 Lançamento das tubulações As tubulações partindo da central de lama devem ir até o local da escavação da estaca e destinam-se ao transporte da lama desde a central até o local de escavação, bem como o retorno à central da lama utilizada na escavação, onde sofrerá tratamento para o seu reaproveitamento. São utilizadas tubulações metálicas de 4polegadas, tipo Alvenius, com engate rápido ou mangueiras de plástico rígida ou não rígida; todas as tubulações utilizam válvulas tipo borboleta. 

3.3.2.3 Posicionamento e nivelamento da máquina de escavação Esta operação é muito importante, pois dela dependerá ou não o sucesso da execução da perfuração. A máquina de escavação deve ficar em uma posição tal que permita o seu giro do local da escavação ao local da descarga do solo trazida pela ferramenta de escavação. A máquina deve ficar bem firme no solo para evitar balanços, o que 

poderá acarretar danos na perfuração devido aos deslocamentos laterais da ferramenta dentro do furo. A haste suporte da ferramenta de escavação deve ficar bem na vertical para evitar desvios durante a escavação. 

3.3.2.4 Escavação Antes do início da escavação é indispensável a execução de testes na lama para saber se ela está em condições de ser utilizada, tendo em vista o tipo de solo a ser atingido durante a escavação. Normalmente estes testes consistem no controle da densidade, da viscosidade, do "cake", do pH e da percentagem de sólidos na lama. 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 clamshell. Na medida em que o solo vai sendo retirado é introduzida simultaneamente mais lama. É fundamental para a estabilidade das paredes que sempre seja mantido o nível da lama, dentro da escavação, o mais alto possível. 

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Se ocorrer uma perda acentuada da lama no solo, tal que não permita manter o nível estável da lama, a escavação deverá ser interrompida para uma análise do motivo que está provocando a anormalidade constatada. Durante a operação de escavação, deve ser mantido um controle rigoroso da verticalidade da escavação. Se for constatado um início de desvio, esta deve ser 

imediatamente paralisada e ser executada uma raspagem com trepano apropriado, a fim de se evitar progressões no desvio. A escavação deve ser levada até a profundidade prevista no projeto. Ao se atingir esta profundidade, deve ser feita uma análise do solo trazida pela ferramenta de escavação, bem como verificar o esforço dispendido pelo equipamento mecânico ao cortar o solo; com a finalidade de verificar se foi atingido o material com a resistência prevista durante a fase de elaboração do projeto. Os problemas que podem ocorrer com a lama bentonítica durante a fase de escavação são mínimos. 

3.3.3 Troca de lama Terminada a fase de escavação, a lama que se encontra dentro do furo apresenta grande quantidade de sólidos (grãos de areia) em suspensão (25 a 30%), o que acarreta um aumento de densidade, em alguns casos atingindo valores de 1,3 g/cm³. Na fase de concretagem, a lama deve possuir um teor máximo de areia da ordem de 3 % em volume, tendo em vista que um teor mais elevado pode acarretar o perigo de misturar as partículas de areia contidas na lama com o concreto. Por esta razão deve ser procedida a troca da lama utilizada durante a escavação. Quando o teor de areia é elevado, costuma-se antes de proceder a troca da lama, adicionar uma solução com afinador orgânico Spersene (solução de 25Kg de afinador em 30m³ de água para um volume de 70m³ de lama) e manter a bentonita circulando para homogenizar a mistura. A troca da lama pode ser realizada de duas maneiras distintas, a saber: - Com substituição: na medida em que a lama utilizada na escavação vai sendo retirada pela parte inferior, com a utilização de bomba submersa ou por processo utilizando-se "air-lift", a lama nova vai sendo introduzida no furo pela parte superior. - Com circulação: a lama utilizada vai sendo retirada pela

parte inferior e bombeada através de desarenadores onde por processos mecânicos a areia que se Página 12 de 32 

encontra em suspensão é retirada da lama. A lama então desarenada volta para a cava. Quando se utiliza a troca da lama por substituição, a lama é então bombeada para o tanque de decantação na central de lama onde deverá ser tratada para ser reaproveitada. O tratamento da lama na central de lama é conhecido como desarenação. No tanque de decantação, a lama é deixada em repouso para as partículas maiores irem se depositando no fundo (decantando). Depois a lama é bombeada através de desarenadores denominados hidrociclones, onde, por centrifugação, são separadas as partículas sólidas restantes da lama. Concluída a operação da troca da lama efetua-se a limpeza de fundo da escavação para se ter a certeza de que não houve deposição de partículas de areia no fundo da escavação. 

3.3.4 Colocação da armadura A armação é fabricada utilizando barras longitudinais e estribos devidamente enrijecidos para permitir seu içamento com segurança. No detalhamento do projeto das armaduras, deve sempre ser levado em conta que a concretagem é submersa e por isso os ferros longitudinais devem ter espaçamento mínimo de 10 cm e um recobrimento mínimo de 5 cm, para que se garanta o devido recobrimento pelo concreto. No trecho central da gaiola de armação deve ser previsto um espaço de 40 a 60 cm para a descida do tubo de concretagem. 

3.3.5 Concretagem O processo de concretagem utilizado na execução das estacas escavadas é o submerso, ou seja, aquele executado de baixo para cima de uma maneira contínua e uniforme. Tal processo necessita de uma técnica especial apropriada a fim de não permitir a mistura do concreto, que vai sendo lançado, com a lama existente na escavação. O processo consiste em mergulhar um tubo de concretagem-tremonhaconstituído por elementos emendados por rosca até o fundo da escavação. Para evitar que a lama que se encontra dentro do tubo se misture com o concreto lançado, coloca-se uma bola plástica no interior do tubo que, funcionando como êmbulo, expulsa a lama pelo peso próprio da coluna de concreto. Página 13 de 32 

O concreto é lançado através de funil colocado na extremidade superior da tremonha. À medida que o concreto vai sendo lançado na tremonha e penetra na escavação pela parte inferior, a lama tixotrópica sendo menos densa vai subindo a qual é recolhida por intermédio de bombas que a conduzem aos tanques de acumulação na central de lama. O tubo da tremonha, à medida que o concreto vai subindo dentro da escavação, vai sendo levantado, tendo-se o cuidado de deixar a extremidade sempre mergulhada no concreto com um comprimento de no mínimo 2 metros. A operação de concretagem é controlada por um operador que tem a qualquer momento o volume de concreto lançado, a velocidade de lançamento, a altura do concreto dentro da escavação, etc, para que se tenha uma perfeita segurança durante a concretagem submersa. O fornecimento de concreto deve ser contínuo e não se deve permitir interrupção por período de tempo superior a 20 minutos o que pode acarretar danos a continuidade do fuste concretado da estaca. A concretagem deve ser levada até uma cota superior a cota prevista da ordem de 30 cm a 50 cm para o arrasamento da estaca, por que o concreto que se encontra em contato com a bentonita apresenta uma baixa resistência a compressão o qual deverá ser removido posteriormente durante o preparo da cabeça da estaca para execução do bloco de coroamento. O concreto utilizado na concretagem submersa tem como característica principal uma alta plasticidade - Slump Test 22±3cm. O consumo de cimento mínimo é de 400 Kg/m³ e os agregados utilizados são areia e brita 1. Normalmente se utiliza um aditivo - Plastiment VZ - cuja finalidade é dar maior trabalhabilidade ao concreto e retardar o início da prega do concreto. O traço normalmente utilizado do concreto para o rendimento de 1 m³ é o seguinte: 

A lama que fica em contato direto com o concreto é contaminada pelo hidróxido de cálcio, o que provoca um aumento de viscosidade, da resistência do gel, da perda de fluido e do pH, em alguns casos chega a provocar a floculação da lama. O tratamento da lama neste caso exige a utilização de aditivos especiais que Página 14 de 32 

exigem para a sua aplicação a complementação de outros aditivos na sua maioria importados; na prática, como o volume de lama contaminada pelo concreto é pequena, a melhor solução consiste em joga-la fora. A trabalhabilidade do concreto deverá ser verificada através do controle do Slump - abatimento do concreto. O Slump ideal deverá ser de 20 cm, permitindo-se uma variação de 19 = Slump = 25. 

3.3.6 Reaterro e preparo da cabeça da estaca Concluída a concretagem, o trecho da estaca compreendida entre o topo da camada de concreto e o nível do terreno deve ser reaterrado, para evitar desmoronamento do trecho não concretado. O reaterro normalmente é executado com solo cimento (50 Kg de cimento para 1m³ de areia). Concluído o reaterro, a camisa guia é retirada, estando, portanto, concluídos todos os serviços relativos à execução da estaca escavada. 

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3.4 RECICLAGEM E FLOCULAÇÃO Esse processo consiste na reciclagem propriamente dita da lama bentonítica utilizada no processo de escavação, conduzindo a mesma por um equipamento denominado “reciclador”, o qual faz a separação da lama (água + bentonita) dos materiais que compõem o solo local (areia/argila), inseridos durante o processo de escavação (decantação). Após este processo, a lama retorna aos silos de armazenagem para reuso, enquanto o material oriundo da escavação das estacas / parede. Esse processo reduz a quantidade de lama a ser utilizada na obra, pois aumenta significativamente a reutilização da lama bentonítica a ser aplicada. Quando a lama bentonítica não atinge os índices mínimos dos ensaios previstos em norma, esta deverá ser descartada do canteiro. Com o objetivo de eliminarmos qualquer descarte de lama para aterros externos, utilizamos o equipamento “floculador”, que consiste no tratamento da lama dentro de um reservatório especial, onde é feita a adição de um material floculante (com dosagem pré-definida) e, através de uma bomba, ativado o processo de sedimentação, ou seja, a separação dos componentes desta lama. Na base do reservatório, em estado Página 16 de 32 

sólido, fica o solo com a bentonita (cerca de 15% em volume), e na superfície, em estado liquido, a água (cerca de 85% em volume). Após o final do processo, o material sólido será descartado juntamente ao material oriundo da escavação das estacas/parede e a água retorna para um silo de armazenamento, podendo ser reutilizada para outros fins (lavagem de pneus, vias, etc.). 

3.5 UTILIZAÇÃO As estacas escavadas possuem as seguintes características vantajosas: • rápida execução; • capacidade de suportar cargas elevadas; • o solo fica livre de deformações, inclusive nas vizinhanças da obra, visto que não há vibração; • não é capaz de afetar estruturas vizinhas; • o comprimento das estacas é grande e pode ser muito variável (até 45m, com cargas até 10.000kN usualmente), além de prontamente alterado conforme conveniência, de furo para furo do terreno; • o solo, à medida que se escava, pode ser inspecionado e comparado com dados de investigação do local, fazendo um feedback (realimentação) para o projeto de fundações; • a armadura não depende do transporte ou das condições de cravação; • importante quando há solo de grande dureza, que seria capaz de danificar estacas que fossem cravadas ou quando o volume de trabalho é menor e não compensa montagem de aparelhagem mais complexa (bate-estaca). 

Por outro lado, as estacas escavadas possuem as seguintes desvantagens: • os métodos de escavação podem afofar solos arenosos ou pedregulhos, ou transformar rochas moles em lama, como o calcário mole ou marga; • necessidade de local nas proximidades para deposição de solo escavado; • susceptíveis a estrangulamento da seção em caso de solos compressíveis; • dificuldade na concretagem submersa, pois há impossibilidade de verificar e inspecionar posteriormente o concreto; • falta de confiança que oferece o concreto fabricado in situ (quando for o caso); Página 17 de 32 

• depois de pronta a estaca, nunca se sabe como os materiais nela se encontram; • entrada de água pode causar danos ao concreto, caso não tenha ainda ocorrido a pega; • a água subterrânea pode lavar o concreto ou pode reduzir a capacidade de carga da estaca por alteração do solo circundante; quando a estaca fica abaixo do lençol freático e a vedação inferior da estaca depender apenas do concreto, este deve ser compacto e impermeável (concretos com baixa relação água/cimento); • também deve-se tomar cuidado com possíveis ataques de agentes químicos da água e do solo sobre o concreto. 

As estacas escavadas com lama bentonítica, em específico, são geralmente utilizadas em solos moles ou sempre que as paredes do solo escavado possam apresentar instabilidade. Sua limitação está na necessidade de um amplo canteiro de obras, já que além das máquinas de perfuração, também serão necessários um tanque para o armazenamento de lama e área para deposição do solo escavado. 

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4. DIMENSIONAMENTO Para o dimensionamento da carga admissível em uma estaca escavada com lama bentonítica, serão utilizados três métodos, conforme descrito a seguir. 

4.1 MÉTODO DE AOKI E VELLOSO (1975) O ensaio de penetração dinâmica SPT (Standard Penetration Test) é muito usado na engenharia de fundações brasileira. Em muitos casos, constitui-se na única informação sobre as propriedades do solo disponível ao engenheiro responsável pelo projeto. Aoki e Velloso (1975) sugeriram um método para previsão da capacidade de suporte de uma estaca com base nas informações fornecidas em um boletim de ensaio SPT, isto é, da descrição das camadas que compõem a estratigrafia do subsolo, profundidade do lençol freático e os números de golpes do ensaio (Nspt), normalmente registrados a cada metro de sondagem. Nenhuma distinção foi feita com relação a utilização de diferentes tipos de amostradores do ensaio SPT. O método foi inicialmente apresentado para cálculo da carga última Qult em função dos valores da resistência de ponta qc e da resistência de lateral fs medidos em ensaio de penetração estática CPT. Porém tendo em vista aplicar a metodologia considerando os resultados de ensaios de campo normalmente executados no Brasil, foram feitas correlações entre os valores determinados em campo por ambos os ensaios (CPT, SPT). Este método foi apresentado em contribuição ao 5º Congresso Panamericano de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações realizado em Buenos Aires, 1975 (Aoki e Velloso, 1975). 

Roteiro para cálculo: 

Área de Ponta Encontra-se a área de ponta AP, pela formulação: AP = (π. Ød²) / 4 

Média NSPT da Ponta da Estaca Página 19 de 32 

Tira-se a média NSPT da ponta da estaca, utilizando a informação fornecida da cota do apoio da ponta L, usando também um número acima e um abaixo deste, totalizando 3 valores do NSPT referente às estas 3 profundidades. 

Coeficientes Extrai-se os números de coeficientes K, α, da tabela “tipos de solo’’ e F1 e F2 das tabelas de “tipos de estaca”: 

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Os coeficientes F1 e F2 levam em consideração a diferença de comportamento entre (protótipo) e o cone (modelo). Seus valores foram determinados por comparações com resultados de provas de carga: Os valores de F1 e F2 foram inicialmente avaliados para estacas Franki, Metálicas, Pré-moldada de concreto e depois escada sem distinção do diâmetro. Posteriormente estes valores foram reavaliados (1988) e sugeridos novos parâmetros para outras estavas, assim como, para os valores apresentados abaixo de Coeficientes K e α. Estes valores foram publicados por Laprovitera (1988) em dissertação de mestrado. Estes, contudo não vem sendo utilizado com certa freqüência pelo meio técnico. 

Perímetro Acha-se o perímetro U através da formulação: U = π . Ød 

Média de NSPT da Camada Tira-se a média de NSPT da camada Nm, utilizando desta vez toda profundidade acima da que usamos para a média de ponta da estaca. Para os valores do ensaio maiores que 50, devem ser considerados iguais a 50. 

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Profundidade da Camada Através da profundidade utilizada para cálculo do Nm, defini-se a profundidade da camada ∆L. 

Resistência de Ponta Encontra-se a resistência de ponta com a formulação: AP . (K . NSPT) / F1 Resistência por Atrito Lateral Resistência por atrito Lateral é definida pela fórmula: U .∑ (α . k. Nm) / F2) . ∆L 

Carga Ultima de Ruptura Para encontrar a carga ultima de ruptura Qrup, soma-se a resistência de ponta com a resistência por atrito Lateral. 

Carga Admissível Para levantar a carga admissível, utiliza-se o valor encontrado de carga ultima de ruptura e dividi pelo fator de segurança: Qadm = Qrup / Fs Página 22 de 32 

4.2 MÉTODO DE MONTEIRO (2000) O método proposto por Monteiro (2000) utiliza basicamente a mesma formulação de Aoki e Velloso (1975), incorporando, porém algumas correções nas constantes α e K e nos fatores de escala F1, F2, procurando melhorar o desempenho da metodologia original. 

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4.3 MÉTODO DE DÉCOURT E QUARESMA (1978) Esses autores apresentaram uma proposta para estimativa da capacidade de carga de estaca com base nos valores do N do SPT. O método foi originalmente desenvolvido para estacas de deslocamento, mas, a exemplo do método de Aoki e Velloso, tem passado por modificações para contemplar outros tipos de estacas. O método de Décourt e Quaresma tanto usa dados do SPT quanto do SPT-T. O roteiro de cálculo continua praticamente o mesmo, tendo apenas as seguintes mudanças: 

Média da Camada NSPT A média de NSPT da camada Nm, é diferente dos outros dois métodos, pois além do fato que se houver valores superiores a 50 no ensaio deve-se usar 50, caso haja também valores menores que 3 no ensaio, deve ser adotado sempre 3. 

Coeficientes De acordo com o tipo de solo defini-se o valor do coeficiente K 

Tendo em vista o tipo de estaca / solo, encontra-se os valores de α e β 

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Resistência de Ponta Encontra-se a resistência de ponta com a formulação: 

α . K . PT . AP 

Resistência por Atrito Lateral Resistência por atrito Lateral é definida pela fórmula: 

U . β . ∑ [10 .(14/3 +1) . ∆L] 

Carga Ultima de Ruptura Para encontrar a carga ultima de ruptura Qrup, soma-se a resistência de ponta com a resistência por atrito Lateral 

Carga Admissível Para levantar a carga admissível, utiliza-se o valor encontrado de carga ultima de ruptura e divide-se pelo fator de segurança: 

Qadm = Qrup / Fs 

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4.4 MEMORIAL DE CÁLCULO 

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5. CONCLUSÃO Com este trabalho pode-se concluir que para o correto dimensionamento da carga admissível em uma estaca seria necessário a utilização de um quarto método de cálculo, já que não é possível adotar a média devido à grande divergência dos resultados obtidos pelo método de Aoki e Velloso (1975) se comparado aos outros dois métodos. Para os cálculos feitos pelos métodos de Monteiro (2000) e Décourt e Quaresma (1978) os resultados obtidos foram próximos, mas não é correto fazer a comparação de apenas dois métodos. Quanto ao tipo de estaca abordada neste trabalho (estaca escavada com lama bentonítica), pode não ser a melhor opção de fundação a ser utilizada para o solo em questão, já que a sondagem utilizada é representativa da área e informações consideradas determinantes para a escolha do tipo de estaca (principalmente o projeto estrutural, para que seja feita a verificação das cargas solicitantes) não são fornecidas. De acordo com as pesquisas realizadas, o uso da estaca escavada com lama bentonítica se justifica em obras de carga elevada, e o comprimento da estaca pode ser bastante variado, além de poder ser utilizada em solos de grande dureza, que danificariam estacas cravadas. É um processo de rápida execução e pouca vibração (deixando o solo livre de deformações), além de possibilitar a inspeção do solo durante a escavação. Já a sua limitação principal se deve à necessidade de canteiro de obras amplo devido às dimensões das máquinas e, principalmente, à reserva de um local para o armazenamento da lama e área para depósito do solo escavado; também não é um método recomendado para solos arenosos ou que contenham pedregulhos, pois este tipo de solo pode ser afofado durante o processo. O uso da lama bentonítica se faz necessário para a estabilização do solo, porém este material deve ser utilizado com cautela e o seu descarte deve ser feito de maneira adequada. Há também outro material no mercado que tem a mesma função da lama bentonítica, o polímero sintético, que tem a vantagem de ser biodegradável, pois ele passa a ser uma espécie de sal que pode ser incorporado ao terreno sem causar nenhum dano. É um material de custo mais elevado, porém a verba que seria usada no descarte da lama bentonítica é economizada. Em síntese, os fatores considerados determinantes para que se faça a

escolha mais adequada do tipo de fundação a ser projetada, dentre outros são: a Página 29 de 32 

verificação da capacidade de carga suportada; conhecimento (através da investigação geológica e geotécnica) e a consideração dos fatores do terreno (tipo de solo e topografia); verificação da viabilidade financeira, assim como a disponibilidade de equipamentos e mão-de-obra especializada, sem que haja interferências nas construções já existentes ao redor. E, por fim, outro fator de extrema importância é a compatibilização entre o projeto estrutural e o projeto de fundações, já que qualquer alteração realizada em um reflete imediatamente no outro, obtendo assim um projeto otimizado e uma obra mais segura. 

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6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122: Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2010. 

AVIZ, Luciana Barros de Miranda. Estimativa da capacidade de carga de estacas por métodos semi-empíricos e teóricos. Pontífica Universidade Católica – PUCRIO, 2006. Disponível em: http://www.maxwell.lambda.ele.puc-rio.br/. Acesso em: 25/11/2012. 

CAVALCANTE, Erinaldo Hilário. Fundações Profundas: Capacidade de carga e recalque – notas de aula. Universidade Federal de Sergipe, 2005. Disponível em: http://pt.scribd.com/doc/72827319/9/Metodo-de-Decourt-e-Quaresma-1978. Acesso em: 26/11/2012. 

MANCILHA, 

Luzimar. 

Estacas. 

Disponível 

em: 

http://www.estacas.com.br/ 

textescav.swf. Acesso em: 25/11/2012. 

MARANGON, 

M. 

Geotecnia 

de 

Fundações 

– 

2ª 

parte: 

previsão 

do 

comportamento de Fundações. Universidade Federal de Juiz de Fora. Disponível em: http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/GF06-CapCargaProf-por-meio-SPT-2009. pdf. Acesso em: 27/11/2012. 

REIS, PÂMELA. Estaca escavada com polímero x lama bentonítica. Revista Guia da Construção 120 (pag. 24 e 25), Jul/2011. Disponível em: Erro! A referência de hiperlink não é válida.. Acesso em: 25/11/2012. 

RODRIGUES, Edmundo. Técnica das Construções. Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Disponível em: http://www.ufrrj.br/institutos/it/dau/profs/ 

edmundo/Cap%EDtulo2-%20Funda%E7%F5es.pdf. Acesso em: 27/11/2012. 

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As estacas escavadas com lama bentonítica têm sido utilizadas com vantagem em substituição a outros tipos de fundações, principalmente quando as cargas a serem transmitidas ao terreno são altas e as profundidades a serem atingidas elevadas.

Existem basicamente dois tipos de estacas escavadas com lama bentonítica:

Estacões: são estacas circulares com diâmetro variando, usualmente, de 0,60m até 2,00m, perfuradas por rotação.

 

Execução

O processo executivo das estacas escavadas é o mesmo que o das paredes diafragma moldadas "in-loco" e portanto todos os cuidados com a escavação, com a lama bentonítica e com a concretagem submersa , são aplicáveis à execução das estacas escavadas.

Nos estacões a parede guia de concreto é substituída por uma "camisa" metálica circular com cerca de 1,50m de altura que é cravada no terreno.

Para instalação das "camisas" metálicas é recomendável executar-se manualmente uma escavação prévia com no mínimo 0,50m de profundidade.

O controle da verticalidade nas estacas escavadas é de grande importância, pois normalmente as estacas escavadas tem "arrazamentos" profundos (3,5m para 1 subsolo, 7,00m para 2 subsolos, 12m para 4 subsolos).

Desaprumos nas estacas escavadas podem acarretar, principalmente em "arrazamentos" profundos, excentricidades de tal ordem que a utilização de vigas de equilíbrio

se torna imprescindível.

Em casos de "arrazamentos" profundos é aconselhável armar as estacas para poderem absorver momentos provocados por pequenas excentricidades.

Nas estacas escavadas é possível implantar perfis para servirem de fundação provisória para as lajes dos subsolos ou até mesmo de alguns pavimentos no caso de se adotar o método da construção simultânea dos subsolos (método invertido) e dos pisos superiores antes da conclusão dos serviços de fundação.

Durante a execução das estacas escavadas é possível um perfeito reconhecimento das camadas de solos atravessadas e uma comparação com as sondagens realizadas.

No caso de estacas escavadas apoiadas em rocha é importante lembrar que a superfície da rocha quase nunca é plana, que as ferramentas usuais tem dificuldade de escavar até mesmo alteração de rocha dura SPT > 50, e que o uso do trépano requer uma utilização criteriosa para se Ter bons resultados. Com o uso do trépano a limpeza de fundo das estacas pelo sistema "air lift", é quase uma imposição para se garantir uma limpeza de fundo que permita um bom contato concreto/ rocha.

Perfuratrizes hidráulicas com torque elevado, equipadas com "pull down", hastes com bloqueio e caçambas especiais são capazes de escavar alteração de rocha dura e até mesmo rochas brandas.

 

Carga Admissível

A resistência de uma estaca depende da resistência do atrito

lateral ao longo do seu fuste e da resistência de ponta. A primeira é totalmente mobilizada com um mínimo de deformação (5mm a 10mm), enquanto que a resistência de ponta é totalmente mobilizada com recalques da ordem de 10% a 15% do diâmetro da estaca, ou seja, 60mm numa estaca com diâmetro de 600mm.

ANEXO I Sondagem representativa da área. 

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Estacas de lama

As estacas escavadas com uso de lama podem ser circulares (estacão), ou alongadas (barrete ou paredes diafragmas), e são executadas com equipamentos de grande porte. O uso da lama permite a estabilidade da escavação abaixo do nível d'água, podendo atingir grandes profundidades da ordem de até 80m. Exige-se que o nível da lama seja mantido acima do nível d'água duas vezes a dimensão maior da estaca. 

A escavação é feita por caçamba rotativa (circulares) ou "clam-shell" (barrete ou diafragma), até a profundidade de projeto. A escavação é preenchida pela lama simultaneamente a retirada do solo escavado. Ao término da escavação, são feitos ensaios na lama, colocação da armadura e concretagem submersa, com a utilização de um tubo tremonha que conduz o concreto para o fundo da escavação. À medida que o concreto sobe, a lama é bombeada para os silos de armazenamento. Recomenda-se que o concretagem ultrapasse a cota de arrasamento da estaca para que seja removida a eventual mistura concreto-lama. As paredes diafragmas são utilizadas em geral para obras com subsolos abaixo do nível d'água, canalizações, septo impermeabilizante ("cut-off"), etc...

Sua profundidade pode ser superior a 50m. A parede diafragma "moldada in loco" segue a mesma seqüência de concretagem do barrete, porém nas suas extremidades são posicionadas juntas metálicas para dar seqüência às lamelas da parede. Usualmente são utilizados também chapas metálicas internas à obra com o objetivo de diminuir perdas de concreto e melhorar o acabamento das lamelas. As chapas metálicas e as juntas são removidas no início da pega do concreto.

As paredes diafragmas podem ser ainda pré-moldadas. O procedimento é análogo, porém o preenchimento da escavação depois de introduzido o painel de concreto pré-moldado, é feito com "couli" - mistura de lama e cimento – que preenchera as juntas entre lamelas. A ficha da parede é concretada como "moldada in loco". Neste caso as paredes são dimensionadas para atender aos esforços de manuseio, transporte, e utilização.