Fund Profundas

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO Faculdade de Engenharia Programa de apoio acadêmico Título: Fundações Profundas Área de projeto: Desenvolvimento de material didático Departamento: Estruturas e Fundações Coordenador: Prof. José Martinho de Azevedo Rodrigues

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Page 1: Fund Profundas

UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO

Faculdade de Engenharia

Programa de apoio acadêmico

Título: Fundações Profundas

Área de projeto: Desenvolvimento de material didático

Departamento: Estruturas e Fundações

Coordenador: Prof. José Martinho de Azevedo Rodrigues

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ÍNDICE

FUNDAÇÃO PROFUNDA 3-9

CLASSIF. DAS ESTACAS DE ACORDO COM A SUA CONSTITUIÇÃO E MODO DE EXEC. 10-13

CLASSIF. DAS ESTACAS DE ACORDO COM DESLOCAMENTO DO SOLO 14-16

CLASSIF. DAS ESTACAS QUANTO AO CARREGAMENTO E O MODO... 17-19

ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO ARMADO 20-30

ÍND. DAS CARACTERÍSTICAS DOS PRINCIPAIS TIPOS DE ESTACAS PRÉ-MOLDADAS... 31

CARACTERÍSTICAS DOS PRINCIPAIS TIPOS DE ESTACAS PRÉ-MOLDADAS 32-46

EMENDAS DE ESTACAS MISTAS – TIPO SOBRAF 47

ESTACAS DE MADEIRA 48-57

ÍNDICE DAS CARACTERÍSTICAS DOS PRINCIPAIS TIPOS DE ESTACAS DE MADEIRA 58

CARACTERÍSTICAS DOS PRINCIPAIS TIPOS DE ESTACAS DE MADEIRA 59-62

ESTACAS METÁLICAS - AÇO 63-77

ÍNDICE DAS CARACTERÍSITCAS DOS PRINCIPAIS TIPOS DE ESTACAS METÁLICAS 78

CARACTERÍSTICAS DOS PRINCIPAIS TIPOS DE ESTACAS METÁLICAS 79-86

ESTACAS CRAVADAS COM INJEÇÃO D’ÁGUA, COM APARAFUSAMENTO, COM VIBRAÇÃO 87-89

PROBLEMAS EXECUTIVOS GERADOS PELA CRAVAÇÃO DAS ESTACAS 90-94

ESTACAS MOLDADAS NO SOLO 95-117

PROBLEMAS EXECUTIVOS OU PRINCIPAIS DEFEITOS QUE POSSAM OCORRER... 118-121

DETERMINAÇÃO DO TÉRMINO DA CRAVAÇÃO DO TUBO FRANKI 122-124

LIMPEZA E PREPARO DA CABEÇA DA ESTACA 125-126

ESPECIFICAÇÕES PARA PREPARO DA CABEÇA DAS ESTACAS 127

FUNDAÇÕES ARTIFICIAIS OU “CONSOLIDAÇÃO DAS CAVAS” DE FUNDAÇÃO 128-133

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Prof. J. Martinho Fundações Profundas

Características

Quando o solo próximo da superfície do terreno não oferece características de suporte adequadas para receber uma fundação superficial, rasa ou direta, torna-se necessário transmitir as cargas estruturais (provenientes da superestrutura ou infra-estrutura) a camadas de solo mais resistentes situadas a maiores profundidades.

Neste caso emprega-se uma fundação profunda, a qual é arbitrariamente dividida em três grupos principais:

♦ Estacas

1 1N.T.

Fuste

C.A.F.

.

.

.

.

.

..

.

.

.

φB = φF φB = φF

ponta

camadaresistente

ponta

♦ Tubulões

N.T.

1 1

Fuste

φB > φFφB = φFbase não alargada

basealargada

camadaresistente

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Prof. J. Martinho ♦ Caixões

Fuste

Base

camada resistenteφB > φF

N.A.

1

onde:

1 = bloco de coroamento ou capeamento

φ p = diâmetro da ponta da estaca

φF = diâmetro do fuste da estaca, tubulão ou caixão

φB = diâmetro da base do tubulão/caixão que poderá ser ou não alargada

Obs.:

1) As estacas moldadas “in situ” do tipo Franki, embora admitamos a ponta alargada, pelo processo executivo, não consideramos no cálculo de capacidade de carga φP>φF , ficando o alargamento a favor da segurança.

2) Quando da execução da estaca Franki, poder-se-á calcular o diâmetro da ponta da estaca, associando-o em função do volume de concreto utilizado na confecção da mesma ao volume de uma esfera, daí pode-se determinar o diâmetro da ponta alargada.

3) Em estacas metálicas podemos ter: φ p>φF . Notar que o processo construtivo para se obter o acima exposto, fará com que o atrito lateral ao longo do fuste seja eliminado.

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Prof. J. Martinho Estacas

As estacas são caracterizadas pelo grande comprimento, quando comparado com a dimensão da seção transversal, sendo implantadas no subsolo por equipamento situado à superfície do terreno.

Em geral as estacas são empregadas em grupos de duas ou mais estacas, solidarizadas por um bloco, rígido de concreto armado denominado bloco de coroamento ou capeamento.

Considerações iniciais

A fundação em estacas é a mais antiga e mais difundida das fundações profundas. Coexistem no mercado muitos tipos de estacas, alguns patenteados, o que significa que todas elas têm seu campo de aplicação.

Esta variedade, no entanto, de certo modo torna difícil a escolha do tipo, técnica e economicamente, mais conveniente para um caso específico. Os autores, as firmas especializadas e as normas de fundações procuram dar indicações visando facilitar esta tarefa.

Apresentaremos aqui, de modo resumido, as características principais das estacas utilizadas entre nós.

Requisitos básicos de uma fundação

As fundações, sejam do tipo profundas ou superficiais, deverão atender a dois requisitos básicos, a saber:

Critério de ruptura

A fundação deve apresentar um fator de segurança satisfatório, tanto quanto ao material que constitui a fundação (capacidade de carga interna ou carga estrutural da fundação), bem como ao terreno no qual ela transmitirá a carga ao terreno de fundação (capacidade de carga do terreno de fundação);

Critério de recalque

A fundação deverá apresentar deformações que sejam compatíveis com o tipo de estrutura a ser suportada pela fundação.

Definição do tipo de fundação

Embora a definição do tipo de fundação dependa de uma série de fatores, tanto técnicos quanto econômicos, relacionaremos a seguir alguns fatores que norteiam a escolha do tipo de fundação:

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Prof. J. Martinho • a carga que deve suportar

• o tempo disponível para execução dos serviços

• as características do solo que a estaca atravessará, bem como a dos estratos onde ela se apoiará

• as dimensões da obra

• a disponibilidade de equipamento e a facilidade de transportá-lo à obra

• a disponibilidade de material para a obra

• as condições das estruturas vizinhas

• tipos de vizinhos

• etc...

Noções fundamentais quanto aos esforços sobre as estacas

As estacas devem ser capazes de resistir, sem apresentar danos, aos seguintes esforços, quando for o caso:

• carga vertical de projeto

• esforços provenientes de impacto durante a cravação

• esforços de flexão que ocorram durante seu manejo

• esforços de flexão devidos a excentricidade entre o ponto de aplicação das cargas e o centro de gravidade do estaqueamento

• esforços de tração

• esforços horizontais aplicados no topo da estaca e/ou bloco de coroamento

• esforços horizontais aplicados a uma determinada profundidade:

a) empuxo de terra

b) efeito de Tschebotarioff

• etc...

As cargas de trabalho das estacas geralmente são especificadas considerando a estaca como elemento estrutural, sendo o problema do engenheiro geotécnico a fixação do comprimento necessário para que o solo contribua com resistência igual ou maior que a carga de trabalho estrutural da estaca.

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Prof. J. Martinho A capacidade de carga da estaca pode ser determinada, através a utilização de:

• Fórmulas Estáticas de Capacidade de Carga

• Fórmulas Dinâmicas de Capacidade de Carga

• Aplicação da Equação da Onda

• Provas de Carga

O assunto acima será abordado em capítulo especial em apostila específica de Capacidade de Carga.

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Prof. J. Martinho Definições

Sugiro também que se leia a NBR-6122/96 da A.B.N.T para complementação das mesmas.

Estacas pré-moldadas

São estacas fornecidas prontas em todo o seu comprimento ou em partes, a serem emendadas e que são implantadas no solo por meio de percussão, jato de água, vibração, prensagem, ou colocadas em perfurações praticadas ou executadas no terreno.

Na prática de fundações, a denominação “estaca pré-moldada” é normalmente atribuída às estacas de concreto armado (vibradas, centrifugadas, protendidas), sendo as estacas de aço e de madeira diferenciadas pelo próprio material constituinte da estaca.

Estacas moldadas “in situ”

São estacas que são executadas enchendo-se de concreto uma perfuração prévia praticada no terreno com ou sem emprego de um tubo de revestimento.

Estacas mistas

São estacas obtidas da combinação de estacas pré-moldadas ou de estacas pré-moldadas e moldadas “in situ”.

Obs.:

1. As estacas moldadas “in situ” também diferem entre si pelo efeito provocado no solo circundante, isto é, conforme a estaca comprime (estacas de deslocamento) ou descomprime o solo. Assim, temos:

1.1. Estacas de descompressão

Não empregam revestimento

Estacas de perfuração manual (brocas) ou perfuração mecânica.

1.2. Estacas de descompressão parcial

Estacas com tubo de revestimento instalado com ponta aberta mediante perfuração interna.

1.2.1. Estaca com revestimento recuperado

ex.: estaca Strauss

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Prof. J. Martinho

9

1.2.2. Estaca com revestimento perdido

ex.: estaca tubular ou tubada, revestimento constituído por tubo de aço de parede grossa.

1.3. Estacas de compressão

Estacas com tubo de revestimento instalado com ponta fechada mediante cravação dinâmica.

1.3.1. Estacas com revestimento recuperado

ex.: estaca tipo Franki (armada)

estaca tipo simplex (não armada)

1.3.2. Estacas com revestimento perdido

ex.: estaca tipo Raymond:

revestimento de chapa de aço corrugada fina, cravada com auxílio de mandril de aço.

ex.: estaca tubular ou tubada:

revestimento constituído por tubo de aço de parede grossa instalado com ponta fechada.

ex.: estaca west:

revestimento constituído por anéis pré-moldados de concreto armado, cravado com auxílio de mandril de aço.

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Prof. J. Martinho

CLASSIFICAÇÃO DAS ESTACAS DE ACORDO COM A SUA CONSTITUIÇÃO E MODO DE EXECUÇÃO

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Prof. J. Martinho 1. Pré-moldadas

1.1. Concreto armado prism ticasc nicas

áô

vibradascentrifugadasprotendidas

Vibradas: - Estacas de concreto armado de um modo geral: POE, CAVAN, MEGA, P.C.A., etc...

Centrifugadas: - Estaca tipo SCAC

Protendido: - Estaca tipo PRECON

1.2. Aço

1.2.1. Simples: perfis laminados: , , , ,

1.2.2. Compostas: perfis laminados associados: duplo

duplo

duplo

etc...

Obs.: Trilhos novos ou usados

- Simples: TR-25; TR-32; TR-37; TR-45; TR-50; TR-57; TR-68

Convenção: (um trilho)

- Associados: dois trilhos:

três trilhos:

quatro trilhos:

1.3. Madeira

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Page 12: Fund Profundas

Prof. J. Martinho 2. Moldadas “in situ”

2.1. Sem revestimento:

estacas perfuradas

estacas broca

estacas injetadas de pequeno diâmetro:

micro estaca

presso-ancoragem

estaca raiz

2.2. Com revestimento

2.2.1. Recuperado:

estaca tipo Strauss

estaca simplex, duplex e triplex

estaca Franki Standard

estaca Franki com fuste vibrado

estacas escavadas com utilização de lama bentonítica:

estacas escavadas “drilled piers”

estacas diafragma ou barretes “pieux barrettes”

estacas injetadas de pequeno diâmetro:

estaca raiz

presso-ancoragem

micro-estaca

2.2.2. Perdido:

estaca tubular ou tubada

estaca Raymond

estaca west

estaca Franki mista tubada

estaca Franki mista semi-tubada

estaca corrugada

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Prof. J. Martinho

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3. Mistas

Combinação dos tipos acima

Ex.: Madeira x Concreto (pré-moldada x moldada “in situ” ou pré-moldada).

Aço x Concreto (pré-moldada x moldada “in situ” ou pré-moldada)

etc...

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Prof. J. Martinho

CLASSIFICAÇÃO DAS ESTACAS DE ACORDO COM O DESLOCAMENTO DO SOLO

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Prof. J. Martinho 1. Tipos de Estacas

1.1. Estacas que provocam grandes deslocamentos no solo

1.1.1. São as estacas pré-fabricadas, maciças ou ocas, com extremidades inferior fechada ou oca/vazada, cravadas no terreno e deixadas em posição conforme projeto (verticais e/ou inclinadas).

Maciças:

- estacas de madeira

- estacas pré-moldadas de concreto armado

- estacas prensadas ou mega

Ocas ou vazadas:

extremidade inferior fechada, cheia ou não após a cravação com concreto ou material inerte:

- estacas tubadas e corrugadas

- caixão

- estacas tubulares de concreto

1.1.2. Estacas moldadas “in situ” após cravação de um tubo de ponta fechada, que será cheio de concreto enquanto o tubo é retirado:

- estacas Strauss

- estacas simplex, duplex e triplex

- estacas Franki

1.2. Estacas que provocam pequenos deslocamentos no solo

Nesta classificação enquadram-se:

- perfis metálicos

- trilhos simples: TR-25; TR-32; TR-45; etc...

- trilhos associados

- estacas tubulares de aço com ponta aberta

- perfis metálicos duplo ou de seção quadrada

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Prof. J. Martinho

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1.3. Estacas que não provocam deslocamentos

É feito um furo no terreno por perfuração ou escavação, sendo o furo cheio com concreto.

Quanto as paredes do furo, podem ser:

- suportadas ou revestidas

- não suportadas ou não revestidas:

Caso de terreno seco e solo coesivo.

Quanto ao suporte (revestimento) das paredes, podem ser:

- permanente: com revestimento

- temporário: com revestimento recuperável ou lama bentonítica

As estacas que se enquadram dentro dessa classificação são:

- estacas escavadas (drilled piers)

- estacas diafragma (pieux barrettes)

- tubulões

Obs.:

1) Estacas injetadas de pequeno diâmetro, seriam estacas perfuradas com ou sem revestimento e injetadas sob pressão do produto aglutinante, normalmente calda de cimento/argamassa, provocando portanto grandes deslocamentos no solo (protensão do solo).

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Prof. J. Martinho

CLASSIFICAÇÃO DAS ESTACAS QUANTO AO CARREGAMENTO E O MODO PELO QUAL AS ESTACAS

TRANSFEREM AS CARGAS AO SUBSOLO

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Page 18: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Classificação das estacas quanto ao carregamento e o modo pelo qual as estacas transferem as cargas ao subsolo

Podemos reconhecer os seguintes tipos

1a 1b 2 3

4 5 6

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Prof. J. Martinho

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Definições

♦ Estaca de ponta (1a e 1b)

São aquelas que transmitem as cargas ao subsolo principalmente pela ponta, sendo o atrito lateral no fuste praticamente desprezível.

1a = ponta em rocha

1b = ponta em solo

♦ Estaca de atrito (2)

São aquelas que transferem as cargas principalmente por atrito ao longo do fuste.

♦ Estaca de ação mista (3)

São aquelas que transmitem as cargas ao subsolo através do fuste e da ponta da estaca.

♦ Estacas de compactação (4)

São estacas executadas com a finalidade de compactar o subsolo.

Exemplo: estacas de areia, brita, etc...

♦ Estacas de tração (5)

São aquelas que resistem a esforços de tração por meio de atrito lateral no fuste da estaca.

♦ Estacas de ancoragem (6)

São estacas que recebem esforços inclinados ou horizontais e que trabalham essencialmente à flexão.

Ainda quanto à transferência das cargas ao subsolo é frequente a denominação de estacas flutuantes, aquelas que não transferem as cargas a uma camada resistente e incompressível, mas sim a camadas de solo de baixa resistência e compressíveis.

Na grande maioria dos casos, as estacas são executadas verticais, podendo no entanto serem inclinadas quando existirem esforços horizontais apreciáveis que devam ser resistidos (casos de muros de caís, pontes ferroviárias, muros de arrimo com fundação esqueada, etc...).

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Prof. J. Martinho

ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO ARMADO

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Prof. J. Martinho Estacas Pré-moldadas de Concreto Armado

1. Generalidades

As estacas fabricadas em estaleiro são quase sempre maciças, de seção transversal quadrada com os cantos truncados ou chanfrados, munidas de uma armadura longitudinal composta de 4 ou 8 barras, com o diâmetro de 16mm à 32mm, e de uma armadura transversal constituída por estribos afastados entre si de 8 à 30cm com diâmetro muito variável.

Sob o ponto de vista estrutural, as estacas pré-moldadas de concreto armado são dimensionadas:

1) como coluna (pilar), levando ou não em conta a flambagem, conforme tenham ou não parte livre.

2) como vigas para atender as solicitações impostas pela manipulação e também pelo modo de estocar e apoiar umas sobre as outras.

2. Transporte das estacas de concreto

As barras longitudinais são geralmente escolhidas a partir das solicitações a que a estaca é submetida durante a sua suspensão e transporte.

Como as estacas são concretadas ao baixo e geralmente transportadas deitadas, devem ser calculadas para resistir, nessa posição, aos esforços de flexão ao seu peso próprio.

No cálculo convém entrar com um carga uniformemente distribuída um pouco superior ao peso próprio, para ter em conta pequenas ações dinâmicas.

É vantajoso colocar a mesma armadura em todas as faces de estaca. Deste modo se evitam acidentes se a estaca for suspensa tendo para cima uma face diferente da prevista.

É também de aconselhar o emprego de uma armadura com a mesma seção em todo o comprimento da estaca. Esta medida pode custar um pouco mais de aço, mas facilita muito a execução e evita acidentes por erros na colocação das armaduras.

As estacas curtas suspendem-se geralmente apenas por um ponto, escolhido de modo que a ponteira fique encostada ao chão até a estaca ser colocada ao alto.

A partir do comprimento de 12m, embora isso represente uma complicação para o trabalho na obra, convém, para poupar armaduras longitudinais, suspender as estacas por dois pontos.

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Page 22: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Para estacas de grande comprimento, recorre-se por vezes o maior número de pontos de suspensão. Neste caso é aconselhável, assegurar por disposições especiais, a grandeza das reações dos apoios, de modo a corresponderem à disposição prevista dos momentos.

Para evitar acidentes ao manobrar a estaca, convém que a suspensão seja feita mecanicamente.

Ao arrumar estacas sobrepostas, é indispensável ter o cuidado de colocar entre elas réguas de madeira, nas posições que correspondem aos apoios que serviram de base ao cálculo das armaduras.

Com o fim de evitar a flexão das estacas inferiores, essas réguas devem ser colocadas todas na mesma prumada.

l

0,71 l 0,29 l

l

0,207 l0,207 l 0,586 l

0,362 l0,362 l0,138 l 0,138 l

l

Condição para içamento de estacas/arrumação e disposição das estacas no canteiro

Os estribos devem ser escolhidos de acordo com a grandeza da carga que a estaca tenha a suportar.

Os seus diâmetros e espaçamentos são fixados justamente como para as colunas de concreto.

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Page 23: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Em vez de estribos isolados, constituídos por barras curtas, é usual empregar uma armadura helicoidal envolvendo as barras longitudinais, com um passo igual ao afastamento desejado para os estribos.

É da armadura transversal que depende, essencialmente, a aptidão da estaca para resistir aos choques do pilão durante a cravação.

Embora muitos construtores dispensem a colocação de ponteiras de aço, é de aconselhar o seu emprego mesmo para a cravação em areia, especialmente se misturada com esta, se encontrarem matacões.

É prática péssima, embora muito seguida, dobrar as extremidades das barras longitudinais junto à cabeça da estaca.

Para resistir aos esforços de cravação, convém, pelo contrário, cortá-los de topo e a uma distância de cerca de 8cm da superfície do concreto.

Com o mesmo fim, convém dispor os estribos mais juntos nas extremidades da estaca.

Além da seção quadrada, também se adotam para estacas as seções transversais sextavadas, oitavadas e mesmo a circular.

3. Cargas estruturais admissíveis em estacas pré-moldadas

A seguir, em anexo, apresentamos as características técnicas das principais/usuais estacas pré-moldadas:

3.1. Estacas pré-moldadas de concreto armado

• Seção do fuste quadrada

• Seção do fuste circular .

..

. .

.

...

.

.

3.2. Estaca de concreto armado de forma anelar

dimensões comprimento máximo carga estrutural de trabalho (cm) (m) (kN)

25/17 8,0 200

25/11 12,0 300

40/28 12,0 c/ emendas 500

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Page 24: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Obs.:

1 - Utilizadas em qualquer solo, exceto argila muito mole

2 - Estudar agressividade da água do subsolo

3.3. Estacas pré-moldadas de concreto armado centrifugado, denominadas SCAC

São estacas pré-moldadas de concreto armado, de forma cilíndrica e ocas, que são obtidas através o processo de adensamento do concreto armado por centrifugação.

Este processo consiste na rotação à alta velocidade, em torno de seu eixo longitudinal, de fôrmas metálicas de seção circular, com a qualidade calculada de concreto plástico a ser adensado pelo processo de centrifugação, obtendo-se estacas cilíndricas e ocas de elevada resistência mecânica.

A vantagem das estacas ocas em relação as maciças é a de que as ocas tem menor peso próprio, menor taxa de armadura (função da área da seção) e com isto podemos aumentar o seu comprimento. Equipamentos de menor porte, são utilizados na sua cravação devido ao seu menor peso próprio.

A seguir apresentamos as características técnicas principais fornecidas pela SCAC.

3.4. Estacas em concreto armado protendido - PRECON

dimensões carga estrutural de trabalho (cm) (kN)

20 x 20 200

25 x 25 350

275 x 275 450

30 x 30 500

35 x 35 600

40 x 40 800

.

.. .

..

.

Obs.:

1 - Estacas à tração e/ou esforços horizontais

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Page 25: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Estacas que venham trabalhar à tração ou resistir a esforços horizontais receberão de acordo com o projeto armaduras especiais.

3.5. Estacas de concreto armado protendido, cilíndrica, maciça - BENATON

A seguir, em anexo, apresentamos as características técnicas principais fornecidas pela BENATON.

3.6. Estacas de concreto armado - POE

A seguir, em anexo, apresentamos as características técnicas principais fornecidas pela POE.

3.7. Estacas pré-moldadas de concreto armado - CEIET

A seguir, em anexo, apresentamos as características técnicas principais fornecidas pela CEIET.

3.8. Estacas de concreto armado - CPM

A seguir, em anexo, apresentamos as características técnicas principais fornecidas pela CPM.

3.9. Estacas de concreto armado - CAVAN

A seguir, em anexo, apresentamos as características técnicas principais fornecidas pela CAVAN.

3.10. Estacas pré-moldadas - MEGA - CAVAN

A NBR-6122/86 define como estacas cravadas por prensagem, estacas metálicas, estacas de concreto armado maciças de pequenos comprimentos (usualmente de 1,50 e 3,00m).

O nome estaca MEGA, está ligado intimamente a firma “estacas Franki” que detinha a patente deste tipo de estaca, por isso a NBR-6122/86 da A.B.N.T., a classifica como estaca cravada por prensagem.

Por esta razão da NBR-6122/86 da A.B.N.T., dizemos que as estacas cravadas por prensagem são constituídas por elementos de concreto armado pré-moldado ou perfis metálicos cravados por prensagem.

Constituem recursos para reforço de fundações ou para fundações em locais onde existe a necessidade de se evitar vibrações, choques, etc...

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Page 26: Fund Profundas

Prof. J. Martinho A cravação destas estacas MEGA, se faz por meio de plataformas de sobrecargas, denominadas simplesmente de cargueiras ou através da própria estrutura que age então como estrutura ou carga de reação.

Como dissemos no início , estacas MEGA, trata-se de uma estaca constituída de elementos pré-moldados justapostos, que são ligados uns aos outros, por meio de emendas especiais, e cravados, sucessivamente, com auxílio de macaco hidráulico.

A estaca MEGA foi inicialmente concebida como reforço de fundação, posteriormente devido as condições das estruturas vizinhas e devido a sua principal vantagem, que é a ausência de vibração na sua cravação (execução), passou a ser adotada como fundação.

No caso de reforço de fundações, as estacas MEGA são cravadas, via de regra, buscando apoio total ou parcial nas construções existentes. O macaco hidráulico que crava as estacas MEGA poderá buscar reação diretamente sob os elementos da construção em uma viga de distribuição ligada a estrutura ou ainda em blocos concretados em torno do pilar com os furos trondo-cônicos para passagem da estaca e chumbadores.

3.11. Estacas pré-moldada - MEGA (Franki)

A seguir, em anexo, apresentamos as características técnicas principais fornecidas pela MEGA (Franki).

3.12. Emenda de estacas mistas - tipo SOBRAF

O detalhe de emenda de estacas mistas (madeira x concreto) é uma estrutura pré-moldada de concreto armado.

No caso de fundações para obras novas, as estacas MEGA podem ser cravadas por uma das duas seguintes maneiras:

1) Com reação em plataforma

Utiliza-se um sistema denominado de cargueira, normalmente consiste de uma estrutura metálica, cujo interior é preenchido com barras de ferro gusa, de modo a permitir um maior peso à estrutura de reação, denominada de plataforma.

O seu peso próprio, define o valor máximo da carga de reação, pois, qualquer valor acima deste, fará com que a plataforma se desloque para cima.

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Page 27: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Há cargueiras que permitem cravar 2 a 3 estacas simultaneamente, tal a

versatilidade do dispositivo de reação.

Exemplo: obras em torno da Lagoa Rodrigo de Freitas.

Estaca MEGA - Reação em plataforma

2) Com reação na estrutura

Nesse caso a construção é levantada sobre sapatas/blocos em que são deixados furos para passagem da estaca e chumbadores, ou também, em certos casos a estrutura é levantada sobre um radier/placa, e, a partir de um determinado nº de pavimentos executados, é iniciada a cravação de estacas de reação.

Na própria estrutura, cujo o dimensionamento estrutural, levou em conta no seu cálculo.

Quando a construção estiver em determinado estágio, capaz de fornecer a carga necessária, a reação, inicia-se, a cravação das estacas por reação na própria estrutura.

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Page 28: Fund Profundas

Prof. J. Martinho As estacas MEGA oferecem uma vantagem sobre os outros tipos de

estacas, pois é cravada até atingir a reação igual a 1,5 vezes a carga de trabalho da estaca, ficando portanto submetida a uma prova de carga, estaca por estaca.

As estacas MEGA são normalmente projetadas para uma carga máxima de 70,0tf.

Como exemplo de obras novas, com reação na estrutura, são muito comuns na cidade do Rio de Janeiro, principalmente no centro da cidade, mormente na rua 7 de setembro, rua do Ouvidor, etc... e sempre em que os vizinhos apresentam construções antigas do século passado, em que a preocupação com terceiros é de suma importância.

Estacas MEGA - Cravação de estacas por prensagem com reação na estrutura

A seguir apresentamos uma série de desenhos ilustrativos da firma estacas Franki Ltda, com o intuito de melhor ilustrar e transmitir aos nossos alunos um melhor aprendizado.

4. Especificações para estacas pré-moldadas

1) Trata-se de estacas pré-moldadas de concreto armado tendo os cantos da seção transversal cortado de maneira a evitar arestas com ângulo inferior a 135º, sendo aceitas seções poligonais ou circulares maciças ou ocas.

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Page 29: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Cada estaca deve ser moldada em uma só peça.

2) No caso de martelos de queda livre, o peso dos mesmos não deve ser inferior ao peso da estaca.

No caso de martelos a vapor, pneumáticos ou de combustão interna, a energia por golpes não deve ser inferior a 15tf.m.

Nota:

• Alguns autores recomendam a aplicação de uma energia da ordem de 0,5 à 1,0 vez o peso da estaca, enquanto que outros recomendam de 1,0 à 1,5 vezes o peso da estaca (ver NBR-6122/86 da A.B.N.T.).

3) A armação das estacas atenderá aos valores fixados pela NBR-6122 da A.B.N.T. tendo em vista o trabalho da estaca à flexão durante o levantamento e ao choque durante a cravação e à compressão para a carga de trabalho, considerada, neste caso, como coluna curta (sem flambagem).

4) As estacas só podem ser retiradas das fôrmas após adquirir uma consistência/resistência suficiente, devendo ser mantidas unidas pelo menos 7 dias.

Só podem ser cravadas 21 dias após a fundição.

5) Havendo ocorrência de águas agressivas, as estacas devem ser pintadas com duas demãos de tinta betuminosa, tipo BETÚVIA ou similar. Como variante poder-se-á utilizar aditivos incorporadores de ar, no concreto das estacas, mantida a resistência especificada.

5. Principais características das estacas pré-moldadas de concreto armado

5.1. Vantagens:

1) Grande duração, mesmo quando sujeitas a alternativas de secura e umidade.

2) Não serem atacadas por seres vivos.

3) Poderem fabricar-se com quaisquer formas e dimensões.

4) Concreto de qualidade constante.

5) Aptidão para, mediante armadura, resistirem a esforços de flexão.

29

Page 30: Fund Profundas

Prof. J. Martinho

30

5.2. Inconvenientes:

1) Dimensões limitadas ao bate-estacas disponível.

2) Necessidade, em geral, de demolir a cabeça da estaca para a ligar ao resto da construção.

3) Perigo de fenderem (avariarem) durante o transporte e cravação.

4) Necessidade de aguardar cerca de 4 semanas antes da cravação das estacas.

5) Necessidade de espaço para a estocagem no local da obra.

Page 31: Fund Profundas

Características geotécnicas dos principais tipos de estacas pré-moldadas de concreto armado

3.1 Estacas pré-moldadas de concreto armado

• Seção do fuste quadrada

• Seção do fuste circular

3.2 Estacas de concreto armado de forma anelar

3.3 Estacas pré-moldadas de concreto armado centrifugado - SCAC

3.4 Estacas em concreto armado protendido - PRECON

3.5 Estacas de concreto armado protendido, cilíndrica, maciça - BENATON

3.6 Estacas de concreto armado - POE

3.7 Estacas pré-moldadas de concreto armado - CEIET

3.8 Estacas de concreto armado - CPM

3.9 Estacas pré-moldadas - CAVAN

3.10 Estacas pré-moldadas - MEGA - CAVAN

3.11 Estacas pré-moldadas - MEGA, da firma FRANKI

3.12 Emendas de estacas mistas - tipo SOBRAF

31

Page 32: Fund Profundas

Características técnicas dos principais tipos de estacas pré-moldadas de concreto armado

3.1. Estacas pré-moldadas de concreto armado

Seção do fuste quadrada

Seção transversal (cm)

Carga (kN)

Distância entre os eixos (m)

Distância da linha de divisa (m)

Compr. normal (m) Perímetro (m)

Área da ponta (m2)

15 x 15 150 60 30 3 a 8 0,60 0,02250

20 x 20 200 60 30 3 a 12 0,80 0,04000

25 x 25 300 65 35 3 a 12 1,00 0,06250

30 x 30 400 75 40 3 a 12 1,20 0,09000

35 x 35 500 90 40 3 a 12 1,40 0,12250

40 x 40 700 100 50 3 a 12 1,60 0,16000

Seção do fuste circular

Diâmetro (cm)

Carga (kN)

Distância entre os eixos (m)

Distância da linha de divisa (m)

Compr. normal (m) Perímetro (m)

Área da ponta (m2)

20 200 60 30 4 a 10 0,62832 0,03142

25 300 65 30 4 a 14 0,78540 0,04909

30 400 75 35 4 a 16 0,94248 0,07069

35 550 90 40 4 a 16 1,09956 0,09621

40 700 100 50 4 a 16 1,25664 0,12566

50 1000 130 50 4 a 16 1,57080 0,19635

60 1500 150 50 4 a 16 1,88496 0,28274

32

Page 33: Fund Profundas

Notas:

1. Utilizadas em qualquer solo

2. Estudar agressividade da água do subsolo

33

Page 34: Fund Profundas

3.2. Estaca de concreto armado de forma anelar .

..

. .

.

...

.

.

dimensões comprimento máximo carga estrutural de trabalho

(cm)

(m) (kN)

25/17 8,0 200

25/11 12,0 300

40/28 12,0 c/ emendas 500

34

Page 35: Fund Profundas

3.3. Pré-moldada de concreto armado centrifugado - SCAC

Diâmetro carga máx. adm.

estrut.

Peso nominal

Espessura parede

Perímetro da seção reta do fuste

Área de ponta Comprimento padrão (m)

fechada aberta

(cm) (t) (kg/m) (cm) (m) (m2) (m2) (m) (m) (m) (m) (m)

20 30 66 6 0,6283 0,03 0,026 4,30 5,65 - 7,00 11,50

23 40 80 6 0,7226 0,04 0,032 4,30 5,65 - 7,00 11,50

26 50 94 6 0,8168 0,05 0,038 4,30 5,65 5,90 7,00 11,50/12,00

33 75 143 7 1,0367 0,09 0,057 4,30 5,65 5,90 7,00 11,50/12,00

38 90 200 7 1,1938 0,11 0,068 4,00/4,30 5,65/6,00 7,00/8,80 10,80 11,50

42 115 214 8 1,3195 0,14 0,085 4,00 6,00 8,80 10,80 12,00

50 170/180 290 9/10 1,5708 0,19 0,126 4,00 6,00 8,80 10,80 12,00

60 230/250 393 10/11 1,8850 0,28 0,169 4,00 6,00 8,80 10,80 12,00

70 300/330 510 11/12 2,1991 0,38 0,219 3,87 5,90 8,80 10,80 12,00

• características dos materiais:

concreto fck = 35 MPa aço fck = 500 MPa

Notas:

1. A carga máxima admissível estrutural indicada, atende ao item 7.7.1.4.1.-C da NBR-6122/86 da ABNT

2. A SCAC garantirá estas cargas, do ponto de vista do solo suporte, após análise dos dados geotécnicos.

35

Page 36: Fund Profundas

Detalhe de ponta da estaca - SCAC

diam. nom.

EXTREMIDADES ESPECIAISEXTREMIDADE NORMAL

Ponta deConcreto

Cortante PontaMetálica

armaçãolongitudinal

espiral

36

Page 37: Fund Profundas

3.4. Estacas em concreto armado protendido – PRECON

.

.. .

..

.

dimensões carga estrutural de trabalho

(cm) (kN)

20 x 20 200

25 x 25 350

275 x 275 450

30 x 30 500

35 x 35 600

40 x 40 800

37

Page 38: Fund Profundas

3.5. Pré-moldada de concreto armado protendida, cilíndrica, maciças - BENATON

Diâmetro Área Perímetro Peso/m. linear Res. compressão Taxa de trabalho Res. tração

(cm) (cm2) (cm) (kg) (ton) (kgf/cm2) (ton)

17 227,00 53,41 54 20 88,10 4,3

20 314,16 62,83 72 21 a 30 66,85 a 95,40 5,9 a 7,6

23 397,61 70,69 92 31 a 40 77,97 a 100,60 7,5 a 9,7

26 510,71 80,11 119 41 a 50 80,28 a 97,90 9,5 a 12,5

28 615,75 87,96 150 51 a 65 82,83 a 105,56 11,5 a 15,0

33 855,30 104,00 210 66 a 75 77,17 a 87,69 16,0 a 21,0

38 1.134,11 119,38 270 76 a 90 67,01 a 79,36 21,2 a 27,5

Notas:

1. A resistência à tração refere-se ao concreto utilizado.

2. As estacas fabricadas pela BENATON são executadas com anel metálico, que possibilita um melhor desempenho durante a cravação, permitindo que se alcancem comprimentos ilimitados, mantendo-se sempre as características técnicas da estaca em perfeito estado.

3. Para uma união perfeita e segura dos anéis entre si, utiliza-se a solda elétrica com eletrodos tipo ok48 (∅ 3.25mm)

4. Um sistema de travamento de pistas desenvolvidos pela BENATON, permite que os anéis permaneçam rigorosamente no esquadro com a cabeça da estaca.

5. As características técnicas das estacas referem-se ao elemento estrutural. As capacidades de cargas finais, dependem da interação estaca-solo e, para tanto, devem ser analisadas, em cada caso, as características geotécnicas de cada obra.

38

Page 39: Fund Profundas

3.6. Estacas pré-moldadas de concreto armado - POE

Resistência a esforços de Compressão simples (N) e Tração simples (T)

Øn (mm)

N (tf)

T (tf)

Øn (mm)

N (tf)

T (tf)

175 20 2,9 360 70 8,4

205 30 4,0 432 90 11,3

267/40 40 5,0 534 135 16,6

267/50 50 6,2 616 190 22,9

339 60 7,4 - - -

39

Page 40: Fund Profundas

3.7. Estacas pré-moldadas de concreto armado - CEIET

armação longitudinalde barras de aço

espiral de aramede aço

diâmetro carga

máxima

comprimento máximo

dos

elementos

distância mínima

entre

eixos

(cm) (ton)

(m) (cm)

20 20 10 50

25

40 14 65

30 50 16 75

35 70 16 90

40 80 16 100

50 130 15 125

60 170 12 150

40

Page 41: Fund Profundas

Carga

As das estacas a serem utilizadas no projeto de fundações deverão ser compatíveis com a natureza do subsolo.

Emendas

Nas estacas CEIET são utilizadas dois tipos:

a) Emenda com luva metálica, em terrenos que fornecem adequado confinamento lateral e quando prevê-se tão somente esforços de compressão axial.

b) Emenda soldada (sob licença), quando há esforços de compressão, tração e flexão combinados ou não.

Esse tipo de emenda é executado em estacas cravadas em terrenos sem adequado suporte lateral.

Extremidades

As extremidades das estacas CEIET são reforçadas com anéis de aço destinados a garantir sua integridade nos esforços dinâmicos exigidos na cravação.

No entanto, podemos fabricar qualquer tipo de extremidade para utilizações específicas.

41

Page 42: Fund Profundas

3.8. Estacas pré-moldadas de concreto armado - CPM

Ø

(mm)

espessura da parede (mm)

carga útil

(mm)

peso nominal (kg/m)

comprimento máximo

(m)

200 50 até 22 59 10

250 55 30 a 35 84 16

300 60 40 a 45 119 16

350 65 50 a 55 151 16

400 75 70 a 75 199 16

500 90 100 a 120 301 16

Nota:

Para comprimentos maiores utiliza-se emenda especial tipo CPM, que garante uma continuidade integral ao elemento de fundação.

42

Page 43: Fund Profundas

3.9. Estacas pré-moldadas de concreto armado - Cavan

As nossas estacas pré-moldadas são de seção quadrada.

São fabricadas em elementos de 4,0/6,0/8,0/10,0 e 12,0m de comprimento, os quais durante a cravação são superpostos e ligados entre sí por sonda elétrica.

As estacas CAVAN são fabricadas sob rigoroso controle de qualidade em concreto de alta resistência, com tensão de ruptura maior que 350 kg/cm2.

Pesos (kg)

L Tipo (seção)

(m) 20 x 20 25 x 25 30 x 30

4,0 384 550 6406,0 576 750 9608,0 768 1000 1280

10,0 960 1250 160012,0 1150 1500 1920

Estacas (cm)

Furo φ (cm)

25 x 25 11.4

30 x 30 16.8

Obs.:

Dimensões das cantoneiras de emenda em milímetros

43

Page 44: Fund Profundas

Nota:

As estacas com seção de 0,20 x 0,20m são maciças não tendo sistema de emenda.

Obs.:

As emendas executadas serão por solda elétrica das “cantoneiras”.

44

Page 45: Fund Profundas

3.10. Estacas pré-moldadas de concreto armado - Mega-Cavan

..

.

.

..

..

.

.

.

COMPRIMENTO

φ 60 φ 300

Tipo 80 - 175 TR 150 - 175 TR 300 - 175 TR 500 - 175 TR 600 - 175 TR

Comprimento (mm) 800 1.500 3.000 5.000 6.000

Peso (kg) 138 258 515 859 1.030

Carga de ruptura (ton) 175

45

Page 46: Fund Profundas

46

3.11. Estacas pré-moldadas de concreto armado de seção cilíndrica - Mega (FRANKI)

Diâmetro Perímetro Área da seção reta Carga estrutural adm.

Comprimento

(cm) (m) (m2) (kN) (m)

20 0,95 0,031 300 1,5

1,89 3,0

30 1,414 0,071 700 1,5

2,827 3,0

Page 47: Fund Profundas

Prof. J. Martinho

3.12. Emenda de estacas mistas - tipo SOBRAF

N.A.

N.T.

Concreto

Encaixe

Madeira

5 515

20

28

.

..

..

..

.

.

.

.

.

.

.

.

.

47

Page 48: Fund Profundas

Prof. J. Martinho

ESTACAS DE MADEIRA

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Page 49: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Estacas de Madeira

1. Generalidades

As estacas de madeira são geralmente fáceis de obter em qualquer região, o seu custo é baixo, suportam muito bem a cravação e, em dadas condições, têm uma duração ilimitada.

No entanto, entre nós, o seu emprego encontra-se atualmente quase limitado a construções provisórias. Pode atribuir-se tal fato à falta de madeira com as qualidades e dimensões.

Na Europa há vários exemplos de construções fundadas há séculos sobre estacaria de madeira, que ainda hoje se mantêm perfeitamente. Nomeadamente na Suiça, existem, em serviço, diversas pontes muito antigas fundadas sobre estacas de madeira.

Quando em 1902, se procedeu à reconstrução do campanário da Igreja de São Marcos em Veneza, verificou-se que as estacas após 1000 anos de serviço, ainda se encontravam capazes de voltar a suportar o grande peso do campanário (Jacoby e Davis, 1941, pág. 81).

2. Madeiras para estacas

Ao escolher-se madeira para estacas deve atender-se, antes de mais, às qualidades de que depende a sua duração, isto muito especialmente, se as estacas forem destinadas a fundações de obras definitivas.

Para que bem suporte a cravação convém ainda que a madeira da estaca possua boa resistência ao choque.

Entre nós não é devidamente cuidado o crescimento e o tratamento das madeiras destinadas à construção. Daí, além de outros inconvenientes, a sua fraca duração.

Uma das razões por que se está empregando tantas estacas de concreto, onde estacas de madeira poderiam prestar o mesmo serviço, senão melhor, reside justamente na dificuldade de conseguir, para obras de responsabilidade, madeira com as convenientes dimensões, resistência e possibilidade de duração nas grandes cidades. Ao passo que, nos EUA se chegam a cravar estacas de madeira com diâmetros da ordem de 50cm de comprimentos superiores a 40m, de ótimas madeiras, tais como cedro, abeto, etc..., entre nós já é difícil conseguir estacas com comprimentos superiores a 15m e, apenas de pinho ou eucalipto, nas grandes cidades como: RJ, SP e BH.

49

Page 50: Fund Profundas

Prof. J. Martinho É claro que no norte do Brasil, é comum se encontrar madeiras de qualidade em diferentes diâmetros e comprimento, e é usual a adoção deste tipo de solução de estacas de madeira como: maçaranduba, peroba-de-campos, peroba-rosa, ipê, jequitibá, etc...

As qualidades a que mais se deve atender, durabilidade e resistência ao choque, são difíceis de avaliar por simples observação da estaca. Há sempre vantagem em proceder a um reconhecimento prévio das árvores destinadas a serem abatidas.

É muito útil o conhecimento que se possa obter sobre o comportamento de estacas de árvores de espécies semelhantes e empregadas em condições comparáveis.

Para as estacas deve escolher-se madeira de árvores bem desempenadas, pois, de outro modo, as estacas poderão fender durante a cravação.

A contagem do número de anéis por centímetros é um processo expedito e seguro de ajuizar da qualidade de um tronco de madeira, desde que experiências anteriores tenham permitido relacionar o número de anéis com a resistência da madeira.

A época de corte tem uma influência indireta na duração da madeira. Convém, em geral que o corte seja efetuado no princípio do inverno (Stoy 1941).

A secagem faz-se então mais devagar, com menor perigo de aparecimento de fendas, o que muito interesse à resistência mecânica. Além disso durante o inverno a madeira não está sujeita ao perigo de os insetos nela depositarem os seus ovos.

Entre as estacas que não fiquem permanentemente abaixo do lençol freático a duração depende da umidade dos terrenos em que se encontrem enterradas.

Nos terrenos secos duram mais do que nos úmidos.

Nos terrenos compactos duram mais que nos fofos, por menos sujeitas a variação de umidade.

A composição química do terreno também influi na duração das estacas. A presença de matéria orgânica é indesejável (Benito 1952).

A American Railway Engineering Association elaborou condições de recepção que foram parcialmente transcritas por Jacoby e Davis (1941, pág. 79). Dentre essas condições destacamos as seguintes:

1) Não é permitido, em dados tipos de obras, o emprego de estacas com nós agrupados nem com nós de diâmetro superior a 10cm ou a 1/3 do diâmetro médio da estaca.

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Page 51: Fund Profundas

Prof. J. Martinho 2) Os buracos na madeira não podem ter diâmetro superior a 4cm nem

profundidade que exceda 1/5 do diâmetro da estaca.

3) E uma linha reta que una os centros das suas extremidades não deve sair fora do fuste da estaca.

A Am. Soc. of Civil Engineers dedicou o seu manual nº 17 à especificação das qualidades da madeira destinadas a estacas. Esse manual foi parcialmente transcrito por Chellis (1951 pág. 590).

A Am. Soc. for Testing Materials na sua publicação D 25-53 T também especificou as condições a que deve satisfazer a madeira das estacas (ver Chellis 1951, pág. 594).

Sobre madeira para estacas consultem-se ainda Agatz (1936); Am. Soc. Civil Eng. (1937); Brenneck e Lohmeyer (1937); Jacoby e Davis (1941); Noe e Troch (1920) e Stoy (1941).

Acerca de tratamento de madeiras consultem-se Hunt (1938); Cartneright (1946); Liese (1950); Jasquiot (1951) e Benito (1952).

3. Conservação das estacas de madeira debaixo de água

A principal vantagem das estacas de madeira reside na sua duração, praticamente ilimitada, quando mantidas permanentemente debaixo d’água.

Sujeitas a alternativas de secura e umidade, quase todas as madeiras são destruídas rapidamente.

A necessidade de, em obras de responsabilidade, manter mergulhadas as estacas de madeira, é uma sujeição que nunca deve ser esquecida, e que, por vezes, implica a adoção de dispositivos especiais.

Nos lugares sujeitos a marés, o movimento de subida e descida da água, permite cortar as cabeças das estacas a uma cota suficientemente baixa para que mais tarde, depois de aterradas, em torno delas seja mantido ao menos por capilaridade o grau de saturação da ordem de 100% capaz de assegurar as estacas, uma duração ilimitada.

Acima dessa cota, o restante do trabalho pode ser efetuado à maré.

Quando as estacas ficam livres, debaixo de água, em parte do seu comprimento, como sucede em muitas obras marítimas, convém proceder ao corte da cabeça das estacas abaixo da cota do baixamar de águas vivas, para evitar que, mesmo durante pouco tempo, possam ficar a descoberto.

51

Page 52: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Para esse fim poderá empregar-se uma serra circular ou uma serra de lâmina montada numa armação especial, a qual por meio de dois casos se dá um movimento de vai-vem. (Ver Jacoby e Davis 1941, pág. 120, Kirgis 1943, pág. 230; Forster 1930, vol. 11, pág. 2.492 e Dean 1935, pág. 15).

Por meio de explosivos também já se tem procedido ao corte das estacas debaixo de água (Wright 1942).

4. Perigo do abaixamento do nível do lençol aquífero

Um abaixamento do nível do lençol aquífero pode ter origem geológica ou ser imposto por outras razões, tais como a execução, em terrenos vizinhos, de fundações, subsolos ou captações de águas.

Independentemente de qualquer outra ação sobre o terreno, um abaixamento desse lençol mesmo temporário, pode comprometer a segurança de obras suportadas por estacas de madeira.

Os americanos que fazem largo emprego de estacas de madeira para obras de grande responsabilidade, tem lançado mão de variados expedientes para evitar os perigos do abaixamento do lençol aquífero.

No metrô, do Rio de Janeiro, executou-se uma parede em torno do teatro Municipal com a finalidade de manter externamente ao teatro o nível d’água rebaixado e internamente não, de modo a manter sempre as estacas de madeira submersas. As estacas eram de maçaramduba e o diâmetro era tal que necessitariam de dois a três homens para abraçar o fuste da estaca.

5. Ataques por animais inferiores

As estacas que se encontram em contato direto com a água salgada são, em alguns portos, destruídas rapidamente por organismos vivos.

Dos moluscos o mais de temer é o teredo, e dos crustáceos os mais perigosos são a limnoria e a chelura.

O teredo ataca a madeira, por vezes sob a forma epidêmica, quase sem deixar sinais à superfície da estaca. O fato de o ataque passar despercebido dá com frequência ocasião a graves desastres.

Tem sido muito estudada a defesa contra o teredo mas só recentemente com resultados satisfatórios.

Sobre este assunto veja-se um interessante artigo publicado por Roch (1926, pág. 89).

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Page 53: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Acerca dos últimos processos na defesa contra o ataque por animais inferiores, consultem-se Mc Lean (1950) e publicações nº 14 da Forest Products Research Laboratory “Marine Borers and Methods of Preserving Timber Against their Attacks”.

6. Estacas mistas

Um expediente a que se tem lançado mão, muitas vezes, para obras marítimas, nos países em que são tidas em grande conta as estacas de madeira, é o emprego de estacas mistas.

Estas são constituídas por uma estaca de madeira prolongada superiormente por concreto armado.

Em princípio seria uma solução ideal: debaixo de água estaca de madeira e fora de água estaca de concreto.

O emprego de estacas deste tipo é, além disso, muito econômico quando se trata de grande estacaria.

A ligação entre os dois elementos porém é difícil de efetuar de um modo perfeito (Brennecke e Lohmeyer 1937 e Colberg 1936, pág. 176).

CC

DD

12φ 16

estribos φ 7

espiral

200

400

anel soldado

chapa de açode 3mm

Estacas mista - Armadura e dimensões da parte superior de concreto

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Page 54: Fund Profundas

Prof. J. Martinho 7. Cravação das estacas de madeira

A cravação por sua própria natureza, é uma operação melindrosa; deve, por esse fato, ser sempre efetuada com cuidado dando-se particular atenção as indicações fornecidas pelo terreno à cravação do amostrador padrão (SPT).

As estacas de madeira suportam razoavelmente os esforços provenientes da cravação.

Desde que o terreno seja homogêneo e não muito rijo, a cravação pode ser efetuada com confiança.

Os acidentes verificados na cravação de estacas de madeira foram, a maior parte das vezes, motivados por corpos estranhos contra os quais chocou a ponta da estaca.

As zonas de uma estaca mais sujeitas a danificarem-se são as suas extremidades: a ponta e a cabeça.

Para que a estaca resista, nas melhores condições, aos esforços provenientes da cravação, há grande vantagem em munir a cabeça da estaca com um anel de aço.

3 a 4cm

2 a 3cm

10cm

Dispositivo para recuperação dos anéis

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Page 55: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Com o mesmo fim de proteger a cabeça das estacas durante a cravação, também se podem utilizar capacetes metálicos especiais.

Sempre que se verifique o amachucamento da cabeça da estaca, é conveniente serrá-la antes de se prosseguir com a cravação. Deste modo, por se evitar o amortecimento do seu choque, se consegue um melhor aproveitamento da energia da queda do pilão. Reduz-se, além disso, o perigo de a estaca fender longitudinalmente.

É sempre recomendável o emprego de uma ponteira metálica, o peso da ponteira deve ser proporcional a dificuldade de cravação.

Ponteiras para estacas de madeira

A ponteira, para que a cravação não provoque o encurvamento da estaca, ser fixada cuidadosamente segundo o eixo da estaca.

Desde que a cravação seja feita com cuidado, haja a certeza de não existirem corpos estranhos ou matacões discriminados no terreno e este não seja muito rijo, pode dispensar-se o emprego da ponteira metálica.

Segundo Krey (1936, pág. 150), o ângulo sob o qual se deve cortar a ponteira para obter o mínimo de resistência à penetração no terreno é:

α α

ρ ρ

α =π

4

ρ

2

ρ = ângulo de atrito solo x material da estaca

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Page 56: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Acerca da forma mais conveniente para a ponteira há, no entanto, grande diversidade de opiniões, o que se deve atribuir a grande variedade de condições de cravação estudadas pelos diversos autores. Há mesmo quem aconselhe, em alguns casos, a cortar de topo as ponteiras das estacas, alegando que deste modo se reduz a probabilidade de a ponteira ser desviada por pequenos obstáculos e de a estaca encurvar (Chellis, 1951 pág. 195).

Em quase todos os livros da especialidade se reproduzem fotografias com estacas danificadas devido a ter-se insistido na cravação, depois de a ponteira da estaca ter encontrado qualquer obstáculo ou terreno resistente. A areia compacta e argila rija e dura devem geralmente ser como tal consideradas.

Se a penetração da estaca por pancada aumentar repentinamente, isto é indício, quase seguro, de que a estaca partiu algures.

Se pelo contrário, a penetração da estaca do terreno baixou o valor, isso significa que a ponteira encontrou algum obstáculo, e a cravação, no caso de ser levada por diante, deve passar a ser executada com especial cuidado, para se evitar que a estaca possa ser danificada.

A cravação de estacas em terrenos pedregulhosos, onde a cravação é forçosamente muito irregular, só pode ser entregue a mestres de bate-estacas com muita experiência e cujas informações inspirem toda a confiança.

Quando se receiem dificuldades com a cravação das estacas de madeira, pode recorrer-se ao expediente de abrir previamente buracos no solo e neles enfiar depois as estacas.

Com os modernos bate-estacas, em que a altura de queda não exceda 1,2m; já não são tanto de recear os acidentes referidos.

8. Estacas cravadas com a parte grossa para baixo

Tem sido muitas vezes discutido se as estacas de madeira devem ser cravadas com a parte do tronco mais grossa para cima ou para baixo.

A este último modo de cravar designam os ingleses por BUTT DOWN.

A parte mais grossa para cima tem a vantagem de facilitar a execução e a de permitir um melhor comportamento sob as pancadas do pilão; vantagem esta a ter especialmente em conta com estacas delgadas. Ela é a posição geralmente adotada.

A cravação nesta posição é de aconselhar quando a estaca trabalhar no atrito lateral.

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Prof. J. Martinho

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Quando se queira, porém tirar todo o partido da resistência à penetração da ponteira, convêm cravar a estaca com a parte grossa para baixo. É o que acontece quando, sob camadas de lodo ou argila mole se encontra areia compacta.

Nas estacas sujeitas a flexão, no caso de os momentos fletores crescerem com a profundidade, também convêm cravar estacas com a parte mais grossa para baixo.

Quando se queira, por meio de cravação de estacas de madeira, impedir o escorregamento relativo das camadas inferiores de terrenos sobrepostos, convêm igualmente cravá-las com a parte grossa para baixo.

Em alguns terrenos acontece que, depois de terminada a cravação, a estaca tem tendência a sair do terreno. A cravação das estacas com a parte mais grossa para baixo deve ser tentada como remédio para esse inconvenientes (Jacoby e Davis 1941, pág. 109).

Segundo referem vários autores, a cravação com a parte grossa para baixo, em alguns terrenos, ser mais fácil do que na posição usual.

9. Principais características das estacas de madeira

9.1. - Vantagens:

1) Duração ilimitada quando completa e permanentemente debaixo d’água.

2) Grande resistência a ataques químicos dos terrenos e águas freáticas.

3) Poderem ser prontamente cravadas e postas em serviço, desde que existam em estoque.

4) Custo reduzido (na região do norte do Brasil).

5) Resistirem bem as manobras de transporte e cravação.

9.2. - Inconvenientes:

1) Duração reduzida quando sujeitas a alternativas de secura e umidade ou ao ataque de seres vivos.

2) Dimensões limitadas, nos países sem árvores de espécies adequadas.

3) Suscetíveis de se danificarem durante a cravação, ao chocar com corpos estranhos.

Page 58: Fund Profundas

Características geotécnicas dos principais tipos de estacas de madeira

1. Estacas de madeira (DIN 1963)

2. Características mecânicas das madeiras verdes

3. Emenda de estacas mistas - tipo SOBRAF

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Page 59: Fund Profundas

Características técnicas dos principais tipos de estacas de madeira

1. Estacas de madeira (DIN 1963)

Diâmetro Carga estrut adm Compr. máximo Distância entre os eixos Perímetro Área de ponta

cm kN m cm m m2

15 100 10/15 60 0,47124 0,01767

20 150 10/15 60 0,62832 0,03142

30 300 10/15 75 0,94248 0,07069

35 380 - 90 1,09956 0,09621

40 450 - 120 1,25664 0,12566

Legenda

l = comprimento máximo

d = distância entre os eixos

p = perímetro

Ap = área de ponta

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Notas:

1. As estacas de madeira são utilizadas em qualquer solo submerso.

2. As estacas de madeira se situadas acima do NA, utilizar um sistema de proteção como estaca mista - madeira/concreto armado do tipo pré-moldado (SOBRAF) ou madeira/concreto armado moldado in situ.

3. As espécies de madeira mais utilizadas em nosso país, como elemento de fundação em estacas são: pinho; eucalipto; maçaranduba. peroba do campo; ipê e outras.

4. A NBR-6122/86 recomenda que para ser utilizada como estaca de madeira, a madeira deve atender às seguintes condições:

4.1. A ponta da estaca deve apresentar um diâmetro maior do que 15 cm

4.2. A cabeça (topo) da estaca deve apresentar um diâmetro maior do que 25 cm

4.3. A reta (eixo) que une os centros das seções de ponta e cabeça (topo) devem estar integralmente dentro da estaca, isto é, definição da verticalidade da estaca.

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Page 61: Fund Profundas

2. Características mecânicas das madeiras verdes

Nome vulgar Massa específica c/

15% de umidade

Compressão paralela a fibras - limite de

resistência fc

Flexão estática limite de resistência

fb

Módulo de elasticidade -

flexão e compressão - E

Cisalhamento paralelo a fibras

- limite de resistência

Tensão admissível a compressão simples fc

g/cm3 kgf/cm2 kgf/cm2 kgf/cm2 kgf/cm2 kgf/cm2

Pinho do Paraná

054 257 582 105225/f 63 51

Peroba-rosa 078 423 898 94250/f 121 85

Maçaranduba 116 647 1491 183000/f

243000/c

166 110

Maté-matá 113 628 1419 174100/f

260600/c

175 116

Ipê amarelo 103 618 1460 153800/f 134 124

Notas:

f = flexão

c = compressão

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N.A.

N.T.

Concreto

Encaixe

Madeira

5 515

20

28

.

..

..

..

.

.

.

.

.

..

.

.

3. Emenda de estacas mistas - SOBRAF

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Prof. J. Martinho

ESTACAS METÁLICAS - AÇO

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Prof. J. Martinho Estacas metálicas

1. Introdução

Por razões didáticas, iremos nos reportar aos principais tópicos deste capítulo, a bibliografia do Fernando Vasco Costa - Estacas para Fundações, com as notas/comentários que se ficaram necessários.

2. Generalidades

♦ A principal vantagem das estacas metálicas reside no fato de, em quase todos os terrenos, aliarem a facilidade de cravação a uma grande capacidade de carga.

♦ A cravação por virtude de consistir apenas no corte do terreno, e não obrigar a sua compressão ou deslocação lateral, é bastante fácil.

♦ A capacidade de carga das estacas metálicas, mesmo quando devido unicamente ao atrito lateral, é, graças a grande superfície em contacto com o terreno, muito elevada.

♦ Por aliarem as duas qualidades, facilidade de cravação e grande capacidade de carga, as estacas metálicas podem ser cravadas até atingirem uma cota previamente fixada, sem necessidade de, como aconteceria com estacas de madeira ou de concreto, se fazer depender esta cota de indicações a colher durante a própria cravação.

Esta vantagem permite evitar o corte ou o acrescentamento das estacas e cravá-las, quando em tal haja conveniência, já com furos abertos ou tendo fixadas peças destinadas à ligação a outros elementos de construção. Sabe-se de antemão que esses furos ou peças de ligação poderão ficar à cota desejada, havendo carga larga margem de segurança no tocante a capacidade de carga.

Nota:

Cabe uma explicação muito importante, modernamente, todas as estacas pré-moldadas, incluindo-se as de concreto, aço e madeira, tem a sua capacidade de carga definida por fórmulas estáticas e dinâmicas de capacidade de carga, portanto o seu comprimento é definido antes da cravação, por fórmulas estáticas. Quando da cravação, por só agora se dispor de dados a serem obtidos na obra, irá se checar se àquela cota definida pelas fórmulas estáticas, se obtêm a capacidade de carga através de fórmulas dinâmicas.

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Page 65: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Em outras palavras, define uma C.A.F. por fórmulas estáticas, e, quando da cravação, verifica-se nesta C.A.F. a nega de campo com a de cálculo, e em função do resultado, se para ou continua com a cravação.

Notar que isto é feito em todas as estacas pré-moldadas, num projeto bem elaborado.

O que o autor quis dizer no parágrafo acima é de que nas estacas metálicas sempre é possível se cravar um pouco abaixo da C.A.F. prevista/calculada, desde que não haja riscos de danos estruturais à estaca.

♦ Em pilares de viadutos (pontes) para a travessia de grandes vales, com rios ainda não regularizados e nos quais sejam de recear fortes erosões, tem-se adotado estacas metálicas.

Levando a cravação das estacas a profundidades muito superiores as estritamente necessárias, do ponto de vista da capacidade de carga, que é fácil de se atingir com estacas metálicas, mesmo que, por ocasião de cheias se venham a verificar escavações, não perigará a estabilidade da obra.

♦ O modo como as estacas metálicas resistem à cravação, mesmo quando esta é difícil, leva a preferir o seu emprego sempre que seja de recear a existência no solo de restos de velhas construções, ou outros obstáculos capazes de danificarem estacas de madeira e de concreto.

Nota:

É importante ressaltar aqui:

1) Visita ao local do eng.º projetista

2) Programação geotécnica bem elaborada

3) Acompanhamento desta programação geotécnica pelo eng.º projetista

4) Acompanhamento durante a execução da obra do eng.º projetista

♦ Como as estacas metálicas suportam perfeitamente a cravação e o arranque repetidos, sem se danificarem, elas prestam-se, apesar do seu custo elevado, a serem empregados com economia em construções provisórias.

Há que se analisar cuidadosamente a afirmação de custo elevado, deve-se analisar uma série de outros fatores, tais como: disponibilidade para utilização, rapidez, colocação imediata em carga, etc...

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Page 66: Fund Profundas

Prof. J. Martinho ♦ As estacas metálicas apresentam a vantagem de, desde que existam em estaleiro

(canteiro), poderem ser imediatamente cravadas e, logo em seguida, postas em serviço, ao contrário do que aconteça em geral com as estacas de concreto.

Em andaimes que sirvam de caminho de rolamento a aparelhagem de construção civil (guindaste, bate-estacas, etc...), esta vantagem é especialmente valiosa, pois permite que a mesma estaca, com pequenos intervalos de tempo, possa prestar serviço em lugares diferentes. Deste modo é possível reduzir a um mínimo o número de estacas necessárias aos andaimes, mesmo em obras que se desenvolvam em grande extensão.

♦ O diminuto peso das estacas metálicas pode representar uma notável vantagem quando haja conveniência em reduzir a um mínimo o peso total de uma construção a fundar em maus terrenos.

Ainda o seu reduzido peso, aliado à possibilidade de se poderem arrumar ocupando muito pouco espaço, é que tem permitido transportá-las e empregá-las, com vantagem econômica, em regiões longínquas, desprovidas de recursos técnicos (ver perfis metálicos associados).

A facilidade com que as estacas metálicas podem ser cortadas ou acrescentadas por soldagem é também uma vantagem notável, especialmente se o terreno for mal conhecido e não se puder ajuizar, a priori, qual o comprimento necessário a dar a cada estaca.

♦ Quando se não disponha de bate-estacas com altura suficiente para a cravação de estacas compridas, a facilidade com que as estacas metálicas são acrescentadas permite que a cravação se faça por pedaços; crava-se o pedaço inferior até ficar o seu topo à superfície do terreno, solda-se a parte restante e crava-se depois o conjunto.

Há que se detalhar e especificar o tipo de solda e o eletrodo adequado ao perfil metálico, bem como utilizar-se normalmente talas na ligação entre as duas estacas.

O corte das estaca-pranchas debaixo de água é possível. Utilizam-se para esse fim maçaricos oxi-acetilenicos de modelos especiais, manobrados por mergulhador.

A estaca metálica, limitando-se a cortar o terreno causa nele um mínimo de perturbação.

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Page 67: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Em terrenos argilosos a estaca metálica é normalmente mais indicada. A cravação de estacas de madeira ou concreto (que deslocam e amolgam o terreno) pode alterar a estrutura de uma argila, tornando-a pior, como terreno de fundação, do que era antes de cravadas as estacas.

Com relação a duração das estacas prancha têm-se suscitado certos receios. Como o seu emprego foi iniciado há poucas dezenas de anos, a experiência ainda não permite ajuizar, com segurança, do comportamento com o passar dos tempos.

Mediante o emprego de aços especiais, do tipo Cor Ten da C.S.N., com porcentagem de cobre em sua composição química, é de admitir que, mesmo em obras marítimas, elas venham a durar séculos.

Pode aumentar-se a duração das estacas empregadas em estaqueamentos protegendo-as na zona onde é mais intensa a erosão, a compreendida entre as cotas do preamar e do baixa-mar, por tubos de concreto de boa qualidade nelas introduzidas “in situ”. (Ver processo denominado de grouteamento).

♦ As estacas metálicas prestam-se a servir como estacas de tração, para o que podem ser providas/munidas com ponteiras especiais.

3. Tipos de estacas

É grande a variedade de perfis empregados para estacas metálicas.

Sempre que as estacas sejam destinadas a um emprego provisório há vantagem em escolher para elas um perfil que possa encontrar outra aplicação na obra.

Por esse fato, se empregam muitas vezes, como estacas, aços laminados de perfil I e tubos redondos (circulares).

Como estacas para fundações recorre-se, com freqüência, ao emprego de estaca-pranchas soldadas entre si, de modo a formarem seções transversais prismáticas.

Em terrenos arenosos tem sido prática freqüente o emprego de estacas metálicas tendo na ponta um disco ou uma hélice, conforme esquema da figura abaixo. As estacas com disco são descidas por injeção de água; as de hélice por injeção de água ou por rotação.

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Prof. J. Martinho

Ponteira de estaca metálica

Há atualmente grande divergência de opiniões acerca da utilidade das pontas especiais para estacas metálicas. Há quem lhes atribua interesse apenas histórico, dado que elas pouco aumentam a capacidade de carga e impedem que as estacas possam ser cravadas com facilidade. Por outro lado, há quem afirme que elas permitem um considerável aumento das cargas.

No caso de estacas que atravessam camadas fracas, portanto de pouco ou quase nenhum atrito lateral, e de repente se depara com uma camada de solo muito resistente, portanto, sem dúvida, haverá uma predominância da parcela de resistência de ponta, é usual a utilização de um alargamento da ponta da estaca, através de perfis soldados e placas de aço e/ou uma base de concreto armado.

Os perfis metálicos I ou H, simples, como sabemos, trabalham essencialmente por resistência por atrito lateral. Quando se deseja aumentar sua resistência de ponta utiliza-se, em alguns casos, na ponta do perfil uma base de concreto armado aumentando sua resistência.

Em alguns casos também, dependendo da resistência do terreno, recomenda-se um reforço na ponta do perfil para evitar que ele se rasgue durante a cravação.

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Page 69: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Em alguns casos pode-se, também, fazer uma perfuração com lama bentonítica, utilizando-se equipamentos especiais. Após esta perfuração coloca-se a estaca no interior do furo, cravando-se somente os últimos metros.

Quando se utiliza jato de ar ou água é recomendado, no caso de perfis duplos, soldá-los em todo o comprimento para evitar que a água ou ar se percam pelas junções dos dois perfis, prejudicando a eficiência. Há que também se tomar muito cuidado na execução destes serviços para não se descalçar as fundações vizinhas, através a utilização do jato d’água e/ou ar.

Quando há necessidade de soldas de topo nos perfis, para se atingir a cota desejada, além dessa solda, deve-se colocar na ligação dos dois elementos “talas”, também soldadas (ou aparafusadas no caso de trilhos) para aumentar a seção de solda.

As estacas metálicas deverão resistir à corrosão (cujo risco constitui a sua desvantagem), seja pela sua própria constituição, aço com pequeno teor de cobre, seja por tratamento adequado, como, por exemplo, uma pintura com tinta à base de óxido de chumbo.

Nos casos onde parte da estaca fica imersa em água, a camada de ferrugem que se forma tende a se desprender com o tempo expondo novamente a superfície do perfil à oxidação.

Além dos tratamentos acima indicados, poder-se-á também utilizar os seguintes tipos de proteção:

1) O cobreamento dos perfis;

2) Pintura asfáltica;

3) O envolvimento do perfil com uma camada de concreto de 8cm de espessura;

4) Pintura eletrolítica à base de resinas de epóxi (o melhor tratamento);

5) Pintura simples à base de resinas de epóxi.

A NBR-6122/86, recomenda que:

“As estacas metálicas quando inteiramente enterradas em terreno natural, independentemente da situação do lençol de água, as estacas metálicas dispensam tratamento especial. Havendo, porém, trecho desenterrado ou imerso em aterro com materiais capazes de atacar o aço, é obrigatória a proteção desse trecho com um encamisamento de concreto ou outro recurso equivalente”.

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Prof. J. Martinho Quando a ponta das estacas assentam em rocha, recomenda-se o emprego de uma chapa de aço grossa na ponta do perfil, o que elevará bastante a sua capacidade de carga, e, nestes casos as estacas trabalharão só de carga de ponta.

Ainda no caso de estaca metálica apoiar-se sobre a rocha, é preciso um cuidado especial quando a superfície da rocha (mergulho) é inclinada e nesses casos recomenda-se soldar um tubo metálico na ponta da estaca, o qual é embutido na rocha, através um sistema de perfuração prévia com um equipamento de sondagem rotativa.

De acordo com os resultados de estudos realizados, por diversos especialistas, o problema basicamente pode ser resumido da seguinte forma:

1) Estacas de aço inteira e permanentemente enterradas, salvo casos excepcionais, dispensam qualquer proteção contra corrosão. Para o seu dimensionamento estrutural será admitindo que a corrosão inutilize apenas uma espessura de 1,5mm (1/16”) da sua seção transversal de aço em todo o comprimento da estaca.

2) Estacas com trecho desenterrado, exigem uma proteção especial, tal como um encamisamento com concreto armado, ao longo desse trecho. No caso de fundações de pontes esse trecho vai da linha de erosão máxima até a base do bloco de coroamento das fundações.

3) Em terrenos onde possam ocorrer fenômenos eletrolíticos, principalmente na surgência de correntes de fuga ou parasitas, o emprego de estacas metálicas deve ser precedido de um estudo por especialista no assunto.

4. Dimensionamento estrutural

O critério geralmente adotado para levar em conta o efeito da corrosão na resistência da estaca, é o de descontar uma parcela da seção transversal do perfil, correspondente a uma possível corrosão, parcela esta que não poderia contribuir na capacidade resistente da estaca.

Nos casos mais comuns, costuma-se descontar uma espessura de 1,5mm (1/16”) da superfície da estaca em contacto com o solo, podendo chegar à 3,2mm (1/8”), quando se trata de solos orgânicos muito agressivos.

Há autores que adotam:

♦ Perfis metálicos novos ................................. fyck = 120 MN/m2

♦ Perfis metálicos usados .............................. fyck = 80 MN/m2

♦ Trilhos usados .............................................. fyck = 60 MN/m2

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Prof. J. Martinho Portanto:

N A fk S ycd= ⋅

onde:

AS = seção de aço com o desconto de 1,5mm em toda a periferia

f yck = resistência característica do aço à compressão (valor característico de f yc)

ff

ycdyck

S=

γ

N A f NN

F SN

k S ycdk k= ⋅ ∴ = =

. . 2

onde:

N = carga estrutural admissível da estaca à compressão

Nota:

1 MN/m2 = 10 kgf/cm2

1 kgf/cm2 = 100 kPa

5. Estacas tubulares

Para suportar grandes cargas cravam-se estacas de aço tubulares, que se enchem, muitas vezes, depois de cravadas, com concreto.

Claro que estas estacas são ótimas sob todos os pontos de vista:

• Grande resistência em pequena seção

• Facilidade de cravação

• Duração ilimitada

Elas têm muito de comum com as estacas de concreto armado moldadas no terreno sem recuperação do molde. A diferença reside apenas em que o tubo, que nas estacas moldadas “in situ” servia apenas de invólucro ao concreto, é aqui o principal elemento resistente.

Nas fundações de grandes edifícios, bem como na execução de estruturas de caís e em plataformas de petróleo “off-shore”, vem sendo largamente utilizadas, com diâmetros superiores a 1,00m.

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Page 72: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Tubos com parede espessa (até 22mm, sendo a espessura normal de 10mm) podem cravar-se em terrenos onde, por virtude da existência de seixos, lentes de calcáreo ou arenitos, ou restos de construções de madeira, estaria absolutamente impossibilitada a cravação de estacas menos resistentes.

Estas estacas podem ser munidas de ponteiras, o que pressupõe um terreno que permita a cravação com certa facilidade, ou ser abertas na extremidade inferior (ponta). Neste último caso, por jato de água, ou com aparelhagem comum de sondagem, remove-se o terreno de dentro do tubo metálico, antes de proceder ao seu enchimento com concreto ou concreto armado.

Em qualquer dos casos convêm, tal como para as estacas concretadas dentro do molde perdido, verificar, antes de se iniciar o enchimento com concreto se o tubo se encontra perfeitamente em ordem fazendo descer dentro dele uma lâmpada elétrica.

Estacas tubulares metálicas têm sido largamente utilizadas na construção de Dolfins (duques de alba), especialmente na dos de tipo elástico.

6. Estacas - pranchas metálicas

Há fortes razões para o aço ser quase o único material empregado em estacas-pranchas.

A utilização da madeira por vezes se recorre mas apenas para trabalhos de pouco vulto e para ensecadeiras de pequena altura.

O conceito armado é muito pouco utilizado, já há firmas fabricando estacas-pranchas de concreto armado.

Tipos de estacas-pranchas

• Madeira

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Prof. J. Martinho

• Metálica

A cravação de estacas justapostas é sempre difícil, especialmente a de estacas volumosas. As estacas metálicas, por apenas cortarem o terreno, sem necessidade de o deslocarem lateralmente, são as que melhor se prestam a ser cravadas em cortina.

Quer devido à pressão da água ao empuxo das terras, são geralmente grandes os momentos fletores que se verificam nas cortinas de retenção. As estacas-pranchas metálicas, mais facilmente do que as de qualquer outro material, podem ser dadas seções que lhes permitam, sem necessidade de grande peso, resistir a esses momentos fletores.

Como os acidentes com estacas-pranchas se verificam sempre nas juntas, convêm que sejam estas as zonas mais espessas das estacas-pranchas. Isto, também, só se pode obter com o aço.

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Page 74: Fund Profundas

Prof. J. Martinho 7. Principais características das estacas metálicas

7.1. Vantagens:

1) Grande durabilidade, especialmente com a fabricação de aços especiais.

2) Possibilidade de cravação nos piores terrenos.

3) Possibilidade de atingir grandes profundidades.

4) Possibilidade de cravação sem provocar alteração da estrutura das argilas.

5) Possibilidade de utilização da estaca logo após o término de sua cravação.

6) Possibilidade de emprego repetido em obras provisórias.

7) Possibilidade de receber formas para melhor resistir aos esforços atuantes (flexão, torção, etc...)

8) Possibilidade de ser executada junto as divisas, eliminando-se as vigas de equilíbrio.

9) Facilidade de transporte.

10) Emenda fácil

7.2. Inconvenientes:

1) Elevado custo, segundo determinados autores. Verificar e comparar.

2) Não encontrarmos facilmente no mercado de aço de perfis metálicos, a menos de se prever com certa antecedência as compras dos mencionados perfis.

3) Corrosão. Utilização de dispositivos especiais, aços especiais com percentagem de cobre e o 1,5mm da NBR-6122/86.

8. Especificações para Estacas Metálicas

8.1. Como estacas metálicas podem ser utilizados:

• perfis laminados

• perfis laminados

• perfis laminados

• perfis laminados compostos soldados

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Page 75: Fund Profundas

Prof. J. Martinho • trilhos: TR-25; TR-32; TR-45; etc...

• tubos metálicos

• perfis laminados:

• trilhos associados: 2 TR-25

3 TR-25

4 TR-25

etc...

• estacas prancha simples ou associadas

• etc...

8.2. Os perfis devem apresentar-se perfeitamente retilíneos, permitindo-se um desvio máximo do eixo de 1% em relação à reta que une os centros das seções extremas, e descontados todos os efeitos da corrosão na seção mais desfavorável.

8.3. As emendas dos elementos constitutivos de cada estaca devem ser feitas por solda de topo com reforço de chapa (tala).

Essas emendas deverão ser dimensionadas de tal sorte que, por si só, sejam capazes de resistir à metade da carga da estaca, no caso desta ser solicitada, apenas, por carga axial de compressão. Quando a estaca for solicitada à tração ou à flexão, a emenda deverá ser capaz de resistir, por si só, a essas solicitações.

8.4. Se a cravação for feita com bate-estaca de queda livre, o peso do pilão deverá ser igual, no mínimo, à metade do peso da estaca.

8.5. A cravação será levada até que se tenha uma Nega tal que a carga de trabalho Q seja obtida com aplicação da fórmula dinamarquesa com coeficiente de segurança 2, isto é,

Q Q Qn H G

SS

− −= ⋅ ∴ = ⋅

⋅ ⋅

+

12

12

20

sendo Sn H G L

A E02

=⋅ ⋅ ⋅ ⋅

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Page 76: Fund Profundas

Prof. J. Martinho onde:

= fator de incidência (= 0,7) n

H = altura de queda do pilão

G = peso do pilão

= comprimento da estaca L

= área da seção transversal do perfil A

E = módulo de elasticidade do aço

S = Nega

8.6. A estaca metálica deverá penetrar no bloco de coroamento, pelo menos, 30cm e, no caso de trabalho à tração, dever-se-á prever uma ancoragem por meio de vergalhões soldados à estaca. Taxa de trabalho da estaca 800 kgf/cm2.

8.7. A fim de proteger os perfis da possível corrosão quando fora do terreno e, portanto, expostos à ação atmosférica, ou na zona da variação d’água, os perfis devem ser revestidos por uma camisa de concreto ultrapassando 50cm para baixo e 50cm para cima a zona de variação e em todo o comprimento desenterrado.

9. Cargas estruturais de trabalho para diferentes tipos de estacas metálicas

A seguir, em anexo, apresentamos as características técnicas dos principais perfis utilizados em estacas metálicas.

9.1. Estacas metálicas tubulares

Em anexo, apresentamos estacas tubulares cravadas, cujo interior do tubo cravado, é ou não, preenchido com concreto, designado respectivamente por estaca metálicas tubular com enchimento e esta metálica tubular sem enchimento.

9.2. Estacas metálicas - Vigas tipo I

Extraído de catálogo da C.S.N.

9.3. Estacas metálicas - Vigas tipo H

Extraído de catálogo da C.S.N.

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Page 77: Fund Profundas

Prof. J. Martinho

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9.4. Perfis laminados associados

9.5. Perfis soldados - Série CS para colunas

Extraído de catálogo da C.S.N.

9.6. Características usuais das estacas de trilhos novos ou usados

Page 78: Fund Profundas

Características geotécnicas dos principais tipos de estacas metálicas

9.1 Estacas metálicas tubulares

9.2 Estacas metálicas - Vigas tipo I

9.3 Estacas metálicas - Vigas tipo H

9.4 Perfis laminados associados

• Duplo I • Triplo I • Quádruplo I

9.5 Perfis soldados - Série CS para colunas

9.6 Trilhos ferroviários

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Page 79: Fund Profundas

Características técnicas dos principais tipos de estacas metálicas

9.1. Estacas metálicas tubulares

núcleo: sem enchimento/com enchimento de concreto

Diâmetro Chapa de aço Volume de concreto do núcleo

Perímetro Área daseção do

fuste

Carga estrutural adm da estaca (tf) Distância entre eixos

espessura peso/metro

p/ml semenchimento

com enchimento de concreto de fck (MPa)

cm mm pol kg/m m3 m m2 13,5(*) 15(*) 18(*) cm

30 7,94 5/16 58 0,063 0,94248 0,07069 50 115 120 130 75

30 9,52 3/8 68 0,062 0,94248 0,07069 70 130 135 145 75

35 9,52 3/8 80 0,086 1,09956 0,09621 80 165 170 185 90

35 12,70 1/2 105 0,083 1,09956 0,09621 120 195 210 220 90

40 9,52 3/8 92 0,114 1,25664 0,12566 90 200 215 225 100

40 12,70 1/2 121 0,110 1,25664 0,12566 135 235 250 270 100

45 9,52 3/8 103 0,146 1,41372 0,15904 105 240 255 275 115

45 12,70 1/2 136 0,142 1,41372 0,15904 155 273 295 320 115

50 9,52 3/8 115 0,182 1,57080 0,35009 115 280 300 325 125

50 12,70 1/2 152 0,177 1,57080 0,35009 170 330 350 375 125

Notas:

1. (*) - Ponta fechada

2. Área da base (Ab) = Área da seção reta do fuste (Af)

79

Page 80: Fund Profundas

9.2. Estacas metálicas - Vigas tipo I

Tamanho nominal Altura h Larg. da mesa b Espes. da alma d Área Peso d Carga adm estrut

mm pol mm mm mm cm2 kg/m cm kN

76,2 x 60,3 3 x 23/8 76,2 59,2 4,32 10,8 8,45 19 86

61,2 6,38 12,3 9,68 98

63,7 8,86 14,2 11,20 114

101,6 x 66,7 4 x 25/8 101,6 67,6 4,83 14,5 11,4 25 116

69,2 6,43 16,1 12,7 129

71,0 8,28 18,0 14,1 144

72,9 10,16 19,9 15,6 159

127,0 x 76,2 5 x 3 127,0 76,2 5,33 18,8 14,8 32 150

79,7 8,81 23,2 18,2 186

83,4 12,55 28,0 22,0 224

152,4 x 85,7 6 x 33/8 152,4 84,6 5,84 23,6 18,5 38 189

87,5 8,71 28,0 22,0 224

90,6 11,81 32,7 25,7 262

203,2 x 101,6 8 x 4 203,2 101,6 6,86 34,8 27,3 51 278

103,6 8,86 38,9 30,5 311

105,9 11,20 43,7 34,3 350

108,3 13,51 48,3 38,0 386

80

Page 81: Fund Profundas

Tamanho nominal Altura h Larg. da mesa b Espes. da alma d Área Peso d Carga adm estrut

mm pol mm mm mm cm2 kg/m cm kN

254,0 x 117,5 10 x 45/8 254,0 118,4 7,90 48,1 37,7 64 385

121,8 11,4 56,9 44,7 455

125,6 15,1 66,4 52,1 531

129,3 18,8 75,9 59,6 607

3048 x 1334 12 x 5¼ 304,8 133,4 11,7 77,3 60,6 76 618

136,0 14,4 85,4 67,0 683

139,1 17,4 94,8 74,4 758

142,2 20,6 104,3 81,9 834

381,0 x 139,7 15 x 5½ 381,0 139,7 10,4 80,6 63,3 95 645

140,8 11,5 84,7 66,5 678

143,3 14,0 94,2 73,9 754

145,7 16,5 103,6 81,4 829

457,2 x 152,4 18 x 6 457,2 152,4 11,7 103,7 81,4 114 830

154,6 13,9 113,8 89,3 910

156,7 16,0 123,3 96,8 986

158,8 18,1 132,8 104,3 1062

508,0 x 117,8 20 x 7 508,0 177,8 15,2 154,4 121,2 127 1235

179,1 16,6 161,3 126,6 1290

181,0 18,4 170,7 134,0 1366

182,9 20,3 180,3 141,5 1442

184,7 22,2 189,7 148,5 1518

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Page 82: Fund Profundas

9.3. Estacas metálicas - Vigas tipo H

Tamanho nominal Altura h Larg. da mesa b Espes. da alma d Área Peso d Carga adm estrut

mm pol mm mm mm cm2 kg/m cm kN

101,6 x 101,6 4 x 4 101,6 101,6 7,95 26,1 20,5 20 209

127,0 x 127,0 5 x 5 127,0 127,0 7,95 35,6 27,9 285

152,4 x 152,4 6 x 6 152,4 150,8 7,95 47,3 37,1 40 378

154,0 11,13 52,1 40,9 417

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Page 83: Fund Profundas

9.4. Perfis laminados associados

Duplo I

Tipo Área Peso Dist entre os eixos Carga estrut adm

mm pol cm2 kg/m mm kN

203,2 x 101,6 8 x 4 69,60 54,6 51 557

254,0 x 117,5 10 x 4¼ 96,20 75,4 64 770

304,8 x 133,4 12 x 5¼ 154,60 121,2 76 1234

381,0 x 139,7 15 x 5½ 161,20 126,6 95 1290

Triplo I

Tipo Área Peso Dist entre os eixos Carga estrut adm

mm pol cm2 kg/m m kN

203,2 x 101,6 8 x 4 104,4 81,9 152 835

254,0 x 117,5 10 x 4¼ 144,3 113,1 191 1154

304,8 x 133,4 12 x 5¼ 231,9 181,8 229 1855

381,0 x 139,7 15 x 5½ 241,8 189,9 286 1934

Quádruplo I

Tipo Área Peso Dist entre os eixos Carga estrut adm

mm pol cm2 kg/m m kN

203,2 x 101,6 8 x 4 139,2 109,2 203 1114

254,0 x 117,5 10 x 4¼ 192,4 150,8 254 1539

304,8 x 133,4 12 x 5¼ 309,2 242,8 305 2474

381,0 x 139,7 15 x 5½ 322,4 253,2 381 2579

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Page 84: Fund Profundas

Notas:

1. O espaçamento entre os eixos de estacas d = 2,5 x a maior dimensão = espaçamento mínimo

2. Carga estrutural admissível = área da seção x 800 kgf/cm2

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Page 85: Fund Profundas

9.5. Perfis soldados - Série CS para colunas

Perfil CS Peso Área Altura H Alma Mesa Área útil Carga estrut adm

kg/m cm2 mm ea (mm) h (mm) em (mm) b (mm) d (cm) cm2 kN

250 x 52 51,8 66,0 250 8,0 231 9,5 250 65 43,81 525

250 x 63 63,2 80,5 250 8,0 225 12,5 250 65 58,33 700

300 x 62 62,4 79,5 300 8,0 281 9,5 300 75 52,80 634

300 x 76 76,1 97,0 300 8,0 275 12,5 300 75 70,33 844

350 x 93 92,9 118,4 350 9,5 325 12,5 350 90 87,25 1047

350 x 112 111,6 142,2 350 9,5 318 16,0 350 90 111,09 1333

400 x 107 106,5 135,6 400 9,5 375 12,5 400 100 100,00 1200

400 x 128 127,9 162,9 400 9,5 368 16,0 400 100 127,34 1528

300 x 122 122,4 155,9 300 16,0 262 19,0 300 75 111,67 1340

y

H h

b

x

em

em

ea

Notas:

1. Ver dimensões e propriedades no catálogo nº 8 da CSN - CS 250-400

2. Área útil = área nominal, descontada de 1,5mm de toda periferia

3. d = espaçamento entre os eixos = 2,5 ∅ = 2,5.lado = espaçamento mínimo

4. Carga estrutural admissível = área útil x 1200 kgf/cm2

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Page 86: Fund Profundas

Tipo Dimensões Massap/ metro

Área A

Nacional (CSN)

Americano Ihmm

b mm

b' mm

t0 mm

kg/m cm2x

cm4 Ysup cm

Wxsup cm3

Yinf cm

Wxinf cm3

ix cm

Iy cm4

TR-25 A.S.C.E. 5040 98,4 98,4 54,0 11,1 25 31,5 413 5,07 81,5 4,77 86,6 3,62 110

TR-32 A.S.C.E. 6540 112,7 112,7 61,1 12,7 32 40,8 702 5,84 120,2 5,43 129,3 4,15 204

TR-37 A.S.C.E. 7540 122,2 122,2 62,7 13,5 37 47,3 951 6,38 149,1 5,84 162,8 4,48 269

TR-45 A.R.E.A. 90RA-A 142,9 130,2 65,1 14,3 45 56,9 1605 7,84 204,7 6,45 248,8 5,31 368

TR-50 A.R.E.A. 100RE 152,4 136,5 68,2 14,3 50 64,2 2037 8,26 146,6 6,98 291,8 5,63 456

TR-57 A.R.E.A. 115RE 168,3 139,7 69,0 15,9 57 72,5 2735 9,26 295,4 7,57 361,3 6,14 511

TR-68 A.R.E.A. 136RE 185,7 152,4 74,6 17,5 68 86,1 3950 10,08 391,7 8,52 463,8 6,77

86

9.6. Estacas metálicas - Trilhos ferroviários

Page 87: Fund Profundas

Prof. J. Martinho

ESTACAS CRAVADAS COM INJEÇÃO D’ÁGUA ESTACAS CRAVADAS COM APARAFUSAMENTO

ESTACAS CRAVADAS COM VIBRAÇÃO

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Page 88: Fund Profundas

Prof. J. Martinho

88

1. Estacas cravadas com injeção d’água

O processo de cravação consiste em injetar água sob pressão no terreno, na cota de ponta da estaca. Este processo só pode ser utilizado em terrenos sem coesão.

A injeção de água se faz com a utilização de um ou dois tubos, durante a injeção é usual apoiar o martelo sobre a estaca a ser cravada com a finalidade de aumentar o peso e facilitar a sua penetração no solo.

A estaca só penetra no solo enquanto a água está sendo injetada sob pressão no solo, uma vez cessada a injeção, a estaca volta à ficar firmemente agarrada ao terreno.

Lençol aquífero

2. Estacas cravadas com aparafusamento

Este processo só é empregado com estacas metálicas e exige aparelhagem bastante complexa para poder ser executado com rapidez e comodidade.

Na ponta da estaca é adaptado uma ponteira especial e com movimento de rotação e de prensagem a estaca é cravada no solo.

ponteira para estaca destinada a ser aparafusada

Page 89: Fund Profundas

Prof. J. Martinho

89

3. Estacas cravadas com vibração

Este processo utiliza para a cravação das estacas um martelo vibratório rigidamente preso à estaca. As vibrações no sentido longitudinal são produzidas pela rotação de massas excêntricas.

MOTOR

MASSA EXENTRICA

GARRAS PARA PRENDER A ESTACA

ESQUEMA DE MARTELO VIBRATÓRIO

Durante a cravação a estaca está continuamente em movimento e, portanto, não precisa vencer cada vez o atrito estático com o solo, mas somente o dinâmico que é notadamente menor, conseguindo-se desta maneira uma elevada velocidade de cravação.

Page 90: Fund Profundas

Prof. J. Martinho

PROBLEMAS EXECUTIVOS GERADOS PELA CRAVAÇÃO DAS ESTACAS

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Page 91: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Problemas executivos gerados pela cravação das estacas

Referir-nos-emos agora a alguns problemas que ocorrem durante a execução de estacas cravadas, embora possam ocorrer também com as moldadas no solo, que estudaremos adiante.

1. Efeito da sequência executiva

Em terrenos arenosos é de boa prática que a sequência da execução do estaqueamento de um bloco seja do centro para a periferia.

Evitar-se-á assim, que ocorra uma compactação do terreno que impeça a cravação das estacas centrais até a profundidade desejada e, daí, surjam recalques diferenciais.

2. Levantamento de estaca

Esse fenômeno, ocorre com mais frequência em argilas médias e rijas saturadas, pois sendo terrenos que não se comprimem sob esforços dinâmicos, deslocam um volume de solo igual ao volume das estacas, o que é evidenciado pelo empolamento da superfície do terreno nas vizinhanças das estacas.

Esse empolamento gera esforços ascensionais e provoca o levantamento das estacas. Daí a necessidade, nesses casos, do controle de nivelamento topográfico das cabeças das estacas.

Esse levantamento é caracterizado, ora pelo deslocamento do fuste da base da estaca, ora pelo levantamento total da estaca.

Existem alguns procedimentos executivos, quando o controle topográfico acusar levantamento das estacas, que devem ser tomados em conta quando da cravação das mesmas nesses terrenos, tais como:

1) Execução das estacas com perfuração prévia

2) Alternância na execução das estacas

3) Ancoragem da armação na base, no caso de estacas FRANKI

3. Execução de estacas em argila mole

Quando um estaqueamento atravessa uma camada de argila mole, apoiando-se as estacas em terreno subjacente pouco compressível, dois fenômenos devem ser levados em conta:

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Page 92: Fund Profundas

Prof. J. Martinho 3.1. Atrito negativo

O atrito negativo é um acréscimo de carga (carga adicional) que atuará sobre a estaca, proveniente do peso próprio do solo em movimento de adensamento, traduzido por tensões de atrito ao longo do fuste da estaca. Se a estaca for inclinada, esse movimento descendente de argila mole, além de sobrecarregar a estaca, também a poderá fleti-la.

As principais causas que podem gerar o atrito negativo são:

1) Lançamento de aterro (acréscimo de pressão)

2) Acréscimo de pressão efetiva devido ao rebaixamento do nível d’água.

3) Amolgamento de argila mole provocado pela cravação de estacas.

3.2. Influência de sobrecargas unilaterais sobre as estacas (efeito de Tschebotarioff)

A pressão lateral decorre do fato de existir um carregamento vertical unilateral sobre as fundações, tal como um desnível entre as cotas do aterro.

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Page 93: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Efeito da Sequência Executiva

zona frouxa

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zona compactada. . .

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Page 94: Fund Profundas

Prof. J. Martinho

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Empolamento do terreno devido a cravação das estacas em argila rija

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Nível do Terreno antes da cravação das estacas

superfície do terrenoapós a cravação das estacas

volume de solopraticamente igualao volume cravado das estacas

ARGILA RIJA

Page 95: Fund Profundas

Prof. J. Martinho

ESTACAS MOLDADAS NO SOLO

95

Page 96: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Estacas Moldadas no Solo

1. Generalidades

As estacas deste tipo designam-nas os ingleses por cast-in-situ ou cast-in-place piles, os alemães por ortpfaenle e os franceses por pieux moulés dans le sol, ou simplesmente por pieux, reservando então para as estacas cravadas a designação de pilots.

O fato de, em determinadas obras, não ser aconselhável proceder à cravação levou os construtores a engenharem tipos de estacas em que a cravação fosse dispensada. Tal foi conseguindo procedendo-se ao afundamento no solo, por furação, de moldes, dentro dos quais, já na sua posição definitiva, se concretava depois a estaca, ou no caso de terrenos resistentes ou solos coesivos em que a perfuração era executada sem a utilização de moldes, sendo o terreno natural o próprio molde. Assim se obtiveram estacas de superfície (área lateral) muito rugosa (o que era uma vantagem para as estacas flutuantes) e cuja execução podia ser efetuada com aparelhagem muito simples.

Deste tipo de estacas derivam-se muitos outros, em que embora se não crave a estaca, se crava no entanto o seu molde, por vezes recorrendo até a equipamento muito pesado. Obtiveram-se assim, estacas cuja execução era rápida, mas que reuniam alguns dos inconvenientes da cravação (trepidação, necessidade de aparelhagem especial, etc...), com os da concretagem feita em condições difíceis.

A única vantagem intrínseca das estacas moldadas no solo que sobreviveu em todas as estacas desse gênero, cravadas ou não, é a da possibilidade de se executar cada estaca com o comprimento exato desejado, não obstante qualquer deficiência do reconhecimento do sub-solo ou alguma heterogeneidade extraordinária do perfil do terreno.

Em algumas condições particulares, porém, as estacas moldadas no terreno podem prestar ótimos serviços:

1) Quando haja necessidade de prever de acordo com as características do subsolo, a execução de estacas de comprimento grandemente variáveis.

2) Quando no solo se encontram disseminados corpos estranhos ou existirem estratos de grande dureza, capazes de danificar estacas que neles sejam cravadas.

3) Quando não houver espaço para montar o bate-estacas.

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Page 97: Fund Profundas

Prof. J. Martinho 4) Quando o pequeno volume de trabalho não justifique o emprego da

aparelhagem complicada que para a cravação não pode ser dispensada.

5) Quando na vizinhança da obra existirem construções suscetíveis de serem danificadas pelas trepidações provenientes da cravação.

6) Quando se queiram evitar (minimizar) alterações na estrutura do terreno.

As estacas moldadas no solo apresentam sobre as pré-moldadas de concreto armado, a vantagem de serem executadas com o comprimento estritamente necessário e dispensarem a onerosa operação do corte da cabeça, pois nelas basta apenas remover o concreto de má qualidade que sempre aparece no topo da cabeça, uma vez que o projeto já define a cota de arrasamento da cabeça da estaca.

Em alguns casos particulares pode também representar uma vantagem a circunstância de para elas não ser necessário aguardar algumas semanas como sucede com as estacas cravadas de concreto armado, entre o fabrico e a entrada da estaca em serviço.

A escolha entre a grande variedade de tipos de estacas concretadas no solo é geralmente mais uma questão comercial do que técnica, especialmente quando se pretende comparar aparelhagem de execução, cuja influência na qualidade da estaca é muito difícil de ajuizar.

2. Qualidade do concreto das estacas moldadas no solo

O principal inconveniente das estacas moldadas no solo reside na falta de confiança que oferece o concreto fabricado “in situ”. Essa qualidade depende, da perfeita observância de variados pormenores de difícil execução e controle.

A concretagem é sempre feita dentro de espaços muito apertados, e, por vezes, deixando-se cair o concreto dentro do molde de altura suficiente para haver perigo de desagregação dos materiais.

Este último inconveniente aumentará de gravidade quando dentro do molde existirem armaduras e que por seu lado são necessários (dimensionamento estrutural), contra as quais o concreto possa chocar-se durante a sua queda.

Depois de uma estaca estar pronta nunca se sabe, ao certo, como se encontram distribuídos os materiais que constituem o concreto.

Pelo emprego de baldes (caçambas) com fundo falso, adotados por algumas firmas, pode, em grande parte, eliminar-se este inconveniente.

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Page 98: Fund Profundas

Prof. J. Martinho A irregularidade do fabrico é especialmente de temer abaixo do lençol aquífero, nas estacas com molde recuperado em que a vedação inferior estiver dependente da habilidade posta na execução da estaca.

O concreto é fatalmente deslavado se a água freática, sob pressão, invadir o molde.

Para eliminar este inconveniente pode fazer-se descarregar o peso do pilão sobre o concreto durante o arranque do molde, e, só se puxar o molde de um determinado comprimento, que garanta uma ficha de concreto no interior do tubo.

Muitos construtores, em vez de tentarem vedar inferiormente os moldes das estacas, preferem proceder à colocação do concreto debaixo de água com o auxílio de baldes (caçambas) especiais de abrir pelo fundo.

Especialmente nas estacas em que se faz a recuperação do molde, é muito importante proceder a um perfeito apiloamento ou vibração. Tornando-se o concreto compacto e impermeável assegura-se uma longa vida à estaca.

O apiloamento e a vibração, tão fáceis de graduar no canteiro, tornam-se, porém, operações melindrosas de dirigir a distância, sem se ver o concreto, como sucede ao executar estacas moldadas no solo.

Com o fim certamente de simplificar a aparelhagem para execução das estacas, há firmas construtoras que usam, para o apiloamento do concreto, justamente o mesmo pilão que serviu para a cravação do molde, deixando-o cair de menor altura. Tão violento apiloamento, que nunca ninguém se lembrou de empregar em concreto que estivesse à vista, segundo alguns autores, não vêem qualquer vantagem neste procedimento. Convém lembrar que o apiloamento normalmente é feito em concreto com slump-test bem baixo, concreto quase que seco, só com a água necessária para reagir quimicamente com o cimento, outro fator muito importante é a qualidade dos agregados, principalmente a “abrasão los angeles” do agregado graúdo (brita).

Nas estacas moldadas no solo em que se faz a recuperação de molde, temos ainda a contar com o perigo de o concreto fresco poder ser atacado por agentes químicos da água ou do terreno.

Com os terrenos lodosos, que frequentemente resultam quimicamente agressivos, deve ter-se particular cuidado.

A ocorrência de camadas de areia grossa ou pedregulho pode dar ocasião a que por elas se escape a água da argamassa do concreto, levando consigo o cimento do concreto fresco.

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Page 99: Fund Profundas

Prof. J. Martinho No caso da água do subsolo ter movimento, também existe grave perigo de se dar o deslavamento do concreto enquanto fresco.

A execução de estacas concretadas no solo deve ser cuidadosamente acompanhada por quem tiver a responsabilidade da execução e, apenas confiada a firmas idôneas. A sua fiscalização é extremamente difícil, pelo que convém realizar sempre provas de carga e pôr a descoberto algumas estacas, pela execução de escavação manual.

A seguir, apresentamos um resumo ilustrativo dos problemas executivos ou principais defeitos que possam ocorrer durante a concretagem das estacas moldadas no solo, conforme acima exposto.

3. Estacas moldadas no solo sem revestimento

3.1. Estaca Broca

Def.: estaca executada por perfuração com trado e posteriormente concretada.

A execução deste tipo de estaca é extremamente simples e compreende apenas duas fases:

1) abertura de um furo no solo

2) lançamento do concreto no furo

Não são armadas e levam apenas pontas de ferro destinadas a amarrá-las ao baldrame.

Com equipamento rudimentar, pode-se executar este tipo de estaca capaz de receber cargas até 10 tf; a escavação é geralmente, feita com trado de 25 cm e cheia de concreto devidamente apiloado.

Aplicam-se em locais de solo argiloso, onde a camada suporte esteja acima do lençol freático e a uma profundidade de no máximo 6,0m.

São usadas para fundações de obras sem grande responsabilidade, como galpões, muros de divisa, etc...

Há quem utilize em pequenas residências, mas isso não é muito recomendável.

dimensões (cm)

comprimento máximo (m)

carga estrut. admissível (tf)

φ = 15 3/6 7

φ = 25 3/6 10

99

Page 100: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Obs.:

1) Utilizadas em solo coesivo.

2) Estudar agressividade da água do subsolo

4. Estaca moldada no solo com revestimento recuperável

4.1. Estaca tipo Strauss

Def.: estaca executada por perfuração através de balde sonda (piteira), com uso parcial ou total de revestimento recuperável, e posterior concretagem.

No princípio deste século esta estaca foi largamente empregada, na Europa e na América.

Foi com ela que se iniciou uma grande série de estacas concretadas no terreno.

Hoje encontra-se em grande parte substituída por outros tipos muito semelhantes, de criação mais recente.

A sua execução não requer aparelhagem especial além de um tripé com roldanas, cabos um tubo de cravação, ferramenta de escavação (piteira) e um peso (pilão).

Pelos processos usuais das sondagens, começa-se por enterrar no terreno um tubo, cujo diâmetro determina o diâmetro da estaca.

Atingida a cota desejada, enche-se o tubo cerca de 75 cm de concreto úmido, que se apiloa à medida que se vai retirando o tubo (Ver figura a seguir).

A manobra repete-se até o concreto atingir a cota do terreno.

Esta estaca requer grandes cuidados na execução especialmente quando se trabalhe abaixo do lençol freático, para evitar a entrada de água dentro do molde.

Isto consegue-se colocando referências nos cabos de suspensão, que permitem avaliar, permanentemente, as posições relativas do molde e do concreto de enchimento.

A norma NBR-6122/86 permite a execução desta estaca (estaca tipo strauss) apenas acima do nível do lençol freático.

Sugiro que leiam o ítem 7.3.3.2.2; 7.4.1.8 e 7.4.1.10 da NBR-6122/86 sob os aspectos técnicos a serem obedecidos na execução desta estaca.

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Prof. J. Martinho

ESTACA TIPO STRAUSS

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Prof. J. Martinho

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Execução de Estacas Strauss

Fases de execução:

1) Cravação do tubo de revestimento com ponta aberta e auxílio de piteira para retirada do material.

2) Lançamento de concreto em pequenas quantidades com simultânea retirada do tubo de revestimento e apiloamento do concreto.

Entra

da d

e m

ater

ial e

águ

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Prof. J. Martinho Ploblemas e Cuidados Executivos

(A) Descontinuidade do fuste devido a grande altura de concreto armado do tubo.

(B) Invasão de material devido ao levantamento excessivo do tubo de revestimento.

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Prof. J. Martinho 4.2. Estaca Simplex

Def.: estaca moldada “in situ” sem armação, com revestimento cravado com uma ponteira de concreto em sua extremidade, ao atingir a cota de projeto, o revestimento é preenchido com concreto e recuperado.

Crava-se um espesso tubo de aço, apoiado sobre um elemento pré-moldado de concreto que lhe serve de ponteira, por meio de um pesado martelo de simples efeito, geralmente acionado, a vapor, que desfere os golpes sobre um capacete de proteção fixado no topo do molde.

Durante a descida, utiliza-se um pequeno peso de sonda, suspenso dentro do molde por uma roldana presa ao topo do mesmo, para verificar se a ponteira permanece intacta.

Qualquer dano à ponteira, constatado pela subida de material de dentro do molde, obriga a arrancar-se o molde para repetir-se de início a cravação com nova ponteira.

Alcançada a profundidade, enche-se o molde até o topo com concreto plástico, e por um movimento lento mas contínuo arrancasse de uma só vez o molde inteiro.

Observa-se a variação do nível estabelecido pela massa de concreto plástico antes e depois da retirada do tubo para ajuizar-se de estrangulamentos eventualmente sofridos pelo fuste.

No caso de se duvidar da boa execução de uma estaca procede-se, sem perda de tempo, à cravação de uma segunda diretamente sobre a primeira, repetindo-se integralmente o processo de execução da estaca.

Esse mesmo processo, da cravação repetida por duas ou três vezes no mesmo ponto, é também empregado para constituir estacas de maior resistência que são denominadas de: estacas duplex e triplex respectivamente.

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Page 105: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Execução de Estacas Simplex

3) Tubo de aço apoiado sobre a ponteira de concreto.

4) Cravação do tubo até a cota prevista.

5) Enchimento do tubo com concreto plástico.

6) Retirada do tubo.

7) Estaca pronta.

Obs.: A cravação repetida duas ou três vezes no mesmo ponto, dará origem as estacas DUPLEX e TRIPLEX respectivamente.

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Prof. J. Martinho 4.3. Estaca Franki Standard

Def.: caracterizada por ter uma base alargada, obtida introduzindo-se no terreno uma certa quantidade de material granular ou concreto seco, por meio de golpes de um pilão. Quanto ao fuste, ele é moldado no terreno com revestimento recuperado, no caso da Franki Standard.

Esta estaca tem sido largamente empregada.

É caracterizada pelo processo patenteado de enterrar o molde no solo.

Consiste esse processo em fazer atuar um pesado pilão sobre um tampão, de concreto fresco ou apenas brita e areia, colocado no fundo do molde. O atrito desenvolvido entre o molde e o tampão (bucha) é suficiente para que, sob a ação das pancadas do pilão, o molde seja arrastado e obrigado a penetrar no terreno (Ver figura).

Em virtude da forte compressão a que é sujeito o tampão (bucha), a água e os extratos de terrenos atravessados não entram dentro do tubo.

Atingida pelo molde a profundidade desejada suspende-se a sua descida, deita-se concreto dentro do molde e volta-se a bater com o pilão, sem retirar o molde, pode proceder-se ao alargamento da base da estaca.

Para execução do fuste da estaca, lança-se concreto dentro do molde, à medida que se vai procedendo ao se arranque.

Por meio de referências colocadas nos cabos, vigia-se a altura de concreto dentro do molde, de forma a evitar o perigo de entrar água ou terra para dentro dele.

Usualmente introduz-se a armadura logo após a execução da base. A figura abaixo representa uma estaca que apenas recebeu armadura no trecho superior.

Como moldes empregam-se fortes tubos de aço, que se podem justapor até atingir o comprimento desejado. O seu diâmetro pode ir de 35 à 60cm. O peso do pilão varia entre 1.000 e 4.000 kgf.

As estacas Franki podem ser executadas verticais ou com inclinações formando um ângulo até 25º com a vertical.

Além da estaca descrita, a Compagnie International des Pieux Armés Frankignoul (Liège) que a explora, também executa outros tipos de estaca, nomeadamente a estaca mista, em que o fuste é constituido por elemento pré-fabricado.

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Page 107: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Sobre a estaca Franki veja-se Colberg (1936, pág. 336), Grundley (1940), Jacoby e Davis (1941), e os artigos que apareceram com regularidade na revista “La Techinique des Travaux”, editada pela citada firma.

4.3.1. Tipos de estacas Franki

Hoje, podemos mencionar os seguintes tipos de estacas Franki, utilizadas em função das condições técnicas locais:

(1) .......... estaca Franki Standard:

- fuste apiloado

- fuste vibrado

(1) .......... estaca Franki com perfuração prévia

(1) .......... estaca Franki com camisa cravada e fuste vibrado

(1) .......... estaca Franki mista

(1) .......... estaca Franki com cravação a tração

(2) .......... estaca Franki mista tubada

(2) .......... estaca Franki mista semi-tubada

(2) .......... estaca corrugada

Notas:

(1) Revestimento recuperado

(2) Revestimento perdido

4.3.2. Estacas tipo Franki Standard

Diâmetro (mm)

Comprimento máximo (m)

Carga estrut. de trabalho (kN)

300 12 400

350 15 550

400 22 750

450 25 950

520 99 1300

600 99 1700

700 99 2300

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Page 108: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Obs.:

1) Utilizadas em areia, argila, argila muito mole a dura.

2) Estudar agressividade da água do subsolo.

3) A NBR-6122/86 ítem 5.2 permite majorar de 30% os valores acima quando forem levadas em consideração todas as combinações possíveis entre os diversos tipos de carregamentos previstos pelas normas estruturais.

Para as cargas de tração, estas deverão ser estudadas para cada caso levando-se em conta o terreno, o comprimento da estaca e a armação necessária a absorção dos valores considerados.

4.3.3. Especificações dos pilões

De acordo com a NBR-6122/86 os pilões de queda livre utilizados para a cravação do tubo de revestimento e alargamento da base das estacas deverão ter os seguintes pesos e diâmetros mínimos para cada diâmetro da estaca a ser executada.

Diâmetro da estaca (mm)

Peso do pilão mínimo (kgf)

Diâmetro do pilão mínimo (mm)

300 1.000 180

350 1.500 220

400 2.000 250

450 2.500 280

520 2.800 310

600 3.000 380

4.3.4. Espaçamento entre estacas

No caso de estacas moldadas no solo é usual, porém não necessário exigir-se um espaçamento mínimo de 3,0 à 3,5 vezes o diâmetro da estaca.

Quando a transmissão de carga se faz por um grupo de estacas (estaqueamento), é aconselhável despo-las de modo que o perímetro exterior do grupo seja superior ao total dos perímetros das estacas componentes.

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Page 109: Fund Profundas

Prof. J. Martinho

Diâmetro da estaca (mm)

Espaçamento entre eixos (m)

Seis diâmetros (mm)

300 1,10 1,80

350 1,20 2,10

400 1,30 2,40

450 1,40 2,70

520 1,50 3,10

600 1,70 3,60

700 2,00 4,20

Quando no projeto são adotados espaçamentos menores que os acima mostrados e quando a concretagem do fuste da estaca é executada com concreto plástico, a execução de uma estaca requer que todas as situadas em um círculo de raio igual a seis vezes o diâmetro da estaca tenham sido concretadas há pelo menos 24 horas.

4.4. Estaca Franki com fuste vibrado

Obedece a mesma sequência da Franki Standard até o alargamento da base, daí em diante o concreto é lançado de uma só vez com um volume tal de modo a assegurar que a estaca concluída fique com no mínimo um metro acima da cota de arrasamento prevista no projeto.

Adapta-se ao tubo Franki um vibrador capaz de produzir movimentos preponderantemente verticais.

A extração do tubo se processa então de forma contínua e com as precauções necessárias para manter a integridade da coluna de concreto do fuste da estaca.

Nesta operação são realizados dois controles:

A) Encurtamento da armação

• indica a linearidade do fuste e a continuidade da coluna de concreto.

B) Controle do nível do topo da coluna de concreto

• indica o abatimento da coluna de concreto quando da extração do tubo.

Neste tipo de execução do fuste deverá ser utilizado um concreto plástico com o “slump-test” compreendido entre 8 ≤ slump ≤ 12.

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Page 110: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Poderá, a critério do engenheiro da obra, ser utilizado um agente retardador de pega em percentagem a ser determinada conforme necessidade da obra.

4.5. Estaca Franki com perfuração prévia

Em alguns casos, também, ao invés de se usar cravação à tração é comum a utilização de uma perfuratriz acoplada ao bate-estacas cuja finalidade é amolgar o terreno resistente e permitir a cravação do tubo Franki, minimizando-se bastante os efeitos das vibrações.

Esta perfuratriz é composta por uma haste rígida e uma broca na ponta. Para facilitar o amolgamento do solo a perfuratriz penetra no terreno com o auxílio de água injetada por pressão e que sai pela broca.

Tal processo pressupõe, portanto, ou um abastecimento constante de água à obra ou um pequeno equipamento de rebaixamento do nível d’água, e nesse caso a água necessária é retirada do próprio terreno.

Basicamente as fases de execução seriam:

1) Perfuração prévia da camada resistente.

2) Colocação do tubo Franki no local (pré-furo), tendo a parte inferior tamponada por uma bucha falsa (do tipo tronco-conica).

3) Pelo processo tradicional, execução da bucha.

4) Cravação do tubo Franki até a profundidade necessária de projeto e confecção da estaca pelo processo normal de Franki Standard.

5) Término de execução da estaca.

4.6. Estaca Franki com cravação por martelo automático e fuste vibrado

Obedece às seguintes fases de execução:

1) Cravação do tubo com martelo diesel, com pilão Franki no interior do tubo Franki pousado sobre a placa de vedação, até a cota de projeto.

2) Atingida a cota do projeto, retira-se o martelo diesel e executa-se a base alargada com o tubo Franki suspenso nos cabos de tração.

3) Colocação da armação e enchimento do tubo Franki com concreto plástico.

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Page 111: Fund Profundas

Prof. J. Martinho 4) Colocação do vibrador no tubo Franki - vibração com arrancamento

simultâneo do tubo Franki.

4.7. Estaca Franki mista

Trata-se de uma estaca de fuste pré-moldado ancorado em uma base alargada tipo Franki.

Inicia-se por cravar o tubo Franki e executar a base alargada Franki.

Coloca-se então sobre a base alargada uma certa quantidade de concreto de ligação e em seguida desce-se o elemento pré-moldado provido, na extremidade inferior, de pontas de ferro (ferro de ancoragem) para ancoragem ou ligação do elemento pré-moldado na base.

Em seguida retira-se o tubo de cravação tipo Franki, ficando a estaca concluída.

As vantagens da estaca Franki mista sobre a Franki Standard, em certos casos são:

1) Cravação de estacas de modo que as cabeças fiquem acima do nível do solo.

2) Ocorrência de águas intensamente agressivas.

4.8. Estaca Franki com cravação à tração

Em situações especiais, principalmente quando há necessidade de se atravessar camadas duras intermediárias de solo, e não se deseja produzir vibrações, pode-se lançar mão, na cravação do tubo, de um processo variante que consiste em cravar o mesmo com ponta aberta.

Para tanto, inicialmente crava-se o tubo Franki com ponta fechada (bucha) até se atingir a camada dura ou inicia-se já com a ponta aberta.

Nesta etapa, joga-se água dentro do tubo e com uma piteira, análoga à utilizada na estaca Strauss, retira-se a bucha e escava-se o solo concomitantemente com a cravação do tubo, não mais batendo com o pilão, mas através do esforço aplicado por dois cabos que passam em polias existentes no pé da torre do bate-estacas.

Uma vez atravessada a camada dura, esvazia-se a lama do tubo com o emprego da própria piteira, refaz-se a bucha e prossegue-se a cravação do tubo Franki pelo processo normal.

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Page 112: Fund Profundas

Prof. J. Martinho

5. Estacas moldadas no solo com revestimento perdido

5.1. Estaca Raymond

Def.: estaca moldada no solo, pelo preenchimento de um tubo de aço metálico previamente cravado no solo com a ponta fechada e utilização de um equipamento rotativo com mandril, tubo este perdido ao chegar-se à cota de projeto e preenchido com concreto.

O elemento característico desta estaca é o seu molde de chapa metálica ondulada e de reduzida espessura.

Procede-se à cravação deste molde por intermédio de um cone metálico que o enche completamente e lhe mantém a forma durante a cravação.

Depois de efetuada a cravação, retira-se o cone e enche-se com concreto o interior do molde.

Estacas deste tipo têm na ponta cerca de 20 cm de diâmetro e na extremidade superior 30 cm. O seu comprimento não vai, normalmente, além de 12 m, mas mediante disposições especiais, pode atingir 30 m.

Se se empregar um molde de espessura suficiente, capaz de sozinho suportar a cravação o cone interior pode ser dispensado.

O cone interior, por ser muito pesado, implica a utilização de bate-estacas muito potentes.

A estaca Raymond presta-se a ser armada.

É explorada pela Raymond Concrete Pile Company.

5.2. Estaca Corrugada

Def.: estaca moldada no solo, pelo preenchimento de concreto, de um tubo cilíndrico metálico corrugado, que é cravado no solo, com auxílio de um martelo diesel e um mandril até a cota de projeto.

Muito semelhante à estaca tipo Raymond, apenas o tubo de cravação é cilíndrico, enquanto na do tipo Raymond é tronco-cônico.

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Page 113: Fund Profundas

Prof. J. Martinho A estaca corrugada cujas fases de execução mostramos na figura a seguir, são as seguintes:

1) Posição do conjunto tubo corrugado-mandril e martelo diesel.

2) Cravação do tubo corrugado, com ponta fechada, utilizando um mandril internamente ao tubo.

3) Recuperação do mandril.

4) Colocação da armadura adicional, se necessário.

5) Concretagem da estaca com concreto plástico.

5.3. Estaca Franki mista tubada

Def.: trata-se de constituir o fuste das estacas, em todo o seu comprimento, por um tubo de chapa de aço, continuando-se com a base alargada característica das estacas Franki Standard.

Esse tipo de estaca apresenta vantagens sobre a estaca Franki Standard, em certos casos especiais, como por exemplo:

1) Este tipo de estaca é utilizado quando se precisa usar a estaca em trechos dentro d’água.

2) Execução de estacas com cota de arrasamento acima do nível do solo (fundações de pontes, obras marítimas, etc...).

3) Diminuição do atrito negativo devido ao fuste liso; sendo necessário reduzir radicalmente tal atrito, pode-se encher o espaço entre o tubo de chapa e o tubo Franki, antes de ser arrancado, com um material pouco consistente, como por exemplo, argila coloidal ou bentonita.

5.4. Estaca Franki mista semi-tubada

Def.: é uma estaca cuja parte inferior é constituída por um fuste de estaca Franki Standard e a parte superior é constituída por um tubo de aço.

Nesse tipo de estaca, o tubo de aço é geralmente colocado soldado à armadura da estaca, antes da mesma ser introduzida no tubo Franki.

Concretagem do fuste é feita pelo processo convencional de estaca Franki até se atingir o início do tubo de chapa, quando então o mesmo é totalmente cheio de concreto plástico após a retirada do tubo Franki.

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Page 114: Fund Profundas

Prof. J. Martinho Esse tipo de estaca é utilizada como a estaca tubada e quando se quer executar a estaca com cota de arrasamento acima do nível do solo, além de se querer utilizar a estaca em trechos dentro d’água ou diminuir o atrito negativo onde ele existe.

5.5. Estaca tubada de concreto armado

Def.: são estacas mistas de tubos de aço e concreto armado, geralmente de grandes diâmetros.

O tubo de aço normalmente é de espessura da ordem de 22mm.

Crava-se o tubo com a ponta aberta.

Limpa-se o interior do tubo, coloca-se a armadura e concreta-se o interior do mesmo.

O assunto poderá ser visto também em estacas metálicas.

6. Principais características das estacas moldadas no solo

6.1. Vantagens:

1) Grande duração, mesmo quando sujeitas a alternativas de secura e umidade.

2) Não serem atacadas por seres vivos.

3) Poderem fabricar-se com quaisquer formas e dimensões.

4) Possibilidade de economia na armadura.

5) Possibilidade de emprego quando a cravação estiver interditada (paralisada, proibida, não autorizada).

6) Utilização de grande confiança, mesmo nos piores terrenos, para as estacas com molde perdido.

7) Possibilidade de as executar, mediante perfuração, sem causar perturbações na estrutura do terreno.

6.2. Inconvenientes:

1) Concreto executado em condições difíceis.

2) Perigo de ataque do concreto fresco, nas estacas com molde recuperado.

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Page 115: Fund Profundas

Prof. J. Martinho 3) Elevado custo, nas estacas com molde perdido.

4) Limitações de trabalho na vizinhança de estacas recentemente executadas.

5) Necessidade de aguardar que o concreto encureça antes da entrada da estaca em serviço.

7. Especificações para estacas moldadas no solo

1. Trata-se de estacas de concreto armado moldadas no solo, por intermédio de tubo de aço recuperável, cravado previamente em todo o comprimento do fuste da estaca e, retirado à medida que o concreto é apiloado, providas de base alargada, de concreto e pedras, fortemente apiloadas.

2. A armação das estacas atenderá ao mínimo fixado pela NBR-6112/86 para colunas curtas (sem flambagem).

3. A profundidade da base é determinada com as sondagens no local.

4. No caso da profundidade da base da estaca divergir de mais de 2,0m para mais e 1,0m para menos, da profundidade prevista pela Fiscalização, deve ser feita uma análise da situação pela mesma.

5. O concreto usado nas estacas deve atender aos ítens específicos constantes da NBR-6122/86 para as diferentes estacas moldadas no solo.

6. Características dos pilões para execução das estacas de concreto compactado (apiloado) - Ver tabela 3 da NBR-6122/86.

7. De cada 10 (dez) estacas deve ser tirado um diagrama de cravação relacionado a penetração da estaca com o número de golpes de altura indicada, de um martelo de peso não inferior ao peso da estaca - Ver ítem 7.4.1.6 da NBR-61122/86.

8. A resistência dinâmica na cravação final do tubo de moldagem das estacas, computada pela fórmula dinâmica de Kreuter ou dos holandeses, não deve ser inferior a 3 vezes a carga nominal da estaca.

9. Cada estaca deverá ser concretada até cerca de 40 ou 50cm acima da cota de arrasamento.

10. Cota de Arrasamento

É a cota em que deve ser deixado o topo de uma estaca ou tubulão, demolindo-se ou cortando-se o excesso em relação a essa cota. Deve ser

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Page 116: Fund Profundas

Prof. J. Martinho definida de modo a deixar a estaca penetrar no bloco de um comprimento que satisfaça a transferência de esforços do bloco à estaca.

11. A parte final da estaca (40 à 50cm) costuma ser um concreto pouco resistente, devendo ser cortada.

Isto será feito com ponteiros na posição horizontal, em pequenas camadas, da parte externa para a interior. A superfície final deve ser horizontal, ficando cerca de 15cm acima do fundo da cava de fundação.

Se o concreto ainda não apresentar boa qualidade, continuar a cortar até encontrar concreto resistente, complementar então a estaca com um capitel até a cota de arrasamento.

Se a estaca estiver submetida a flexão composta, levar o bloco até a parte boa da estaca, tendo o cuidado de levar os ferros das cintas até lá também.

Retirar os estribos e verificar se os ferros principais estão bem desempenados.

12. Recobrir o fundo da cava com uma camada de concreto simples de 10cm de espessura. Este concreto deverá conter pelo menos 200 kg/m3 de cimento.

Aconselhável o traço - 1:3:6 (em volume).

O concreto simples não deverá cobrir a cabeça da estaca. Ver ítem 7.4.7.11 da NBR-6122/86.

13. Colocar as fôrmas dos blocos e das vigas, fazendo lançamento do concreto, tendo o cuidado de evitar, que entre terra ou detritos entre a estaca e o novo concreto.

14. A cravação de uma estaca não pode provocar movimentos mensuráveis (superiores a 3 mm) em qualquer estaca pré-existente.

Esses movimentos devem ser verificados pela Fiscalização por meio de nivelamentos de precisão.

Caso se constatem movimentos, o processo de cravação ou a sequência da cravação devem ser modificados.

15. Deve ser controlada pelo executor, com participação da Fiscalização, a posição do nível do concreto dentro do tubo, em relação ao arrancamento do mesmo, a fim de evitar descontinuidade no fuste.

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Page 117: Fund Profundas

Prof. J. Martinho

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16. Durante a confecção da base, a energia para a introdução dos últimos 150 l de concreto (caçamba padrão) não deve ser inferior a 500 tf.m ou o equivalente proporcional para outros volumes de concreto.

17. A tolerância máxima na cravação de estacas em relação à sua locação será 10% do diâmetro da estaca em qualquer direção, a menos se apresente, em cada caso, um cálculo justificativo.

18. Deve ser utilizado um cimento adequado no concreto da estaca no caso de água agressiva no subsolo.

19. Deve ser substituída toda a estaca que apresentar acidentes durante a concretagem, tais como: deformação da armação de mais de 5 cm por metro em qualquer trecho ou invasão de água ou solo para o interior do tubo.

20. Provas de Carga

♦ Ver ítens: 7.2.1.1/ 7.4.1.5/ 7.5.1.5/ 7.5.1.6/ 7.5.1.7/ 7.5.2.3 da NBR-6122/86.

♦ Ver norma: NBR-6121/86 de prova de carga em estacas e tubulões, uma vez que todas as provas de carga devem atender a esta norma.

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Prof. J. Martinho

PROBLEMAS EXECUTIVOS OU PRINCIPAIS DEFEITOS QUE POSSAM OCORRER DURANTE A CONCRETAGEM DE

ESTACAS MOLDADAS NO SOLO

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Prof. J. Martinho Problemas executivos ou principais defeitos que possam ocorrer durante a concretagem de estacas moldadas no solo

1. Entrada de água dentro do molde

nível d'água fora do molde

movimento de subida ou descida

2. Lavamento do fuste por correntes de água no solo

concreto fresco

corrente de águasubterrânea

pedregulho rolado outerreno muito permeável

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Prof. J. Martinho

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3. Perigo de interrupção da coluna de concreto ao se recuperar o molde

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4. Desalinhamento da coluna de concreto

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Prof. J. Martinho

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5. Danificação de estacas concretadas de fresco pela cravação de um molde próximo

Todos estes inconvenientes podem ser eliminados se forem adotadas medidas adequadas e a técnica de execução for perfeitamente controlada.

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Prof. J. Martinho

DETERMINAÇÃO DO TÉRMINO DA CRAVAÇÃO DO TUBO FRANKI

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Page 123: Fund Profundas

Prof. J. Martinho 1. Determinação do término da cravação do tubo Franki

O comprimento da estaca é sempre pré-determinado (estimado) com auxílio de sondagens geotécnicas ou outros ensaios realizados no local da obra, bem como através de cálculos teóricos de capacidade de carga, como por exemplo, pelo método de Aoki-Velloso.

Durante a cravação do tubo dispomos de dois controles muito eficientes para a indicação que a estaca atingiu a profundidade compatível com a carga que ela vai suportar, os controles são os seguintes:

1.1. Obtenção da energia mínima de cravação

Durante a cravação do tubo a maior ou menor resistência do solo ao avanço é determinada pela energia mecânica dispendida na cravação do tubo.

Esta energia é dada pela expressão: E n w h= ⋅ ⋅

onde: E = energia de cravação;

n = número de golpes dado para a cravação de 50cm do tubo;

w = peso do pilão;

h = altura de queda do pilão

Cada empresa que executa este tipo de estaca, possui os seus próprios índices para a energia de cravação do tubo Franki.

A firma Estacas Franki Ltda, baseada em grande número de ensaios, adota para cada diâmetro da estaca a ser executada, os seguintes valores mínimos aceitáveis da energia de cravação para término da cravação do tubo:

diâmetro da estaca (mm)

energia de cravação (tf.m)

300 180

350 230

400 300

450 400

520 450

600 500

700 650

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Prof. J. Martinho

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Na obra obtêm-se um diagrama chamado: diagrama de cravação (NBR-6122/86), onde é determinado o número de golpes (n) necessários a cravação de 50cm do tubo para um pilão de peso (w) caindo de uma altura (h ).

A cravação é concluída quando, atingida a profundidade próxima a da prevista para a estaca, se obtêm: no mínimo em dois trechos consecutivos de 50cm a energia mínima acima mencionada.

1.2. Retiradas de Nega do tubo Franki

Após a obtenção da energia mínima de cravação do tubo, tiram as negas qual sejam:

a) Nega para 10 golpes de 1,00m.

b) Nega para 1 golpe de 5,00m.

Com estas Negas e com auxílios de gráficos onde se leva em conta:

1) Carga admissível da estaca

2) Peso do pilão

3) Peso do tubo Franki

4) Nega

5) Volume da base alargada

Pode-se perfeitamente saber a estaca atingiu terreno capaz de resistir as cargas que vão atuar nas estacas.

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LIMPEZA E PREPARO DA CABEÇA DA ESTACA

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Preparo da cabeça da estaca

O excesso de concreto em relação a cota de arrasamento de projeto da estaca, deverá ser demolido.

Nesta operação será empregado um ponteiro trabalhando com pequena inclinação em relação à horizontal.

É indispensável que o desgastamento do concreto seja levado até se atingir um concreto de boa qualidade, mesmo que isso venha a ocorrer abaixo da cota de arrasamento da estaca.

Obs.:

1) A NBR-6122/86 define como cota de arrasamento, bem como exige uma mínima de concreto magro no preparo da cabeça da estaca de 10 cm, e, que o concreto da cabeça penetre no mínimo 5 cm no bloco de coroamento.

2) No caso de estacas metálicas, as mesmas deverão penetrar no mínimo 30 cm. (Ver NBR-6122/86).

A seguir apresentamos um desenho bem ilustrativo sobre os cuidados que devemos ter no preparo da cabeça da estaca.

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Prof. J. Martinho Especificações para Preparo da Cabeça das Estacas

Limpeza da cabeça da estaca

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FUNDAÇÕES ARTIFICIAIS OU “CONSOLIDAÇÃO DAS CAVAS” DE FUNDAÇÃO

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Prof. J. Martinho Fundações Artificiais ou “Consolidação das cavas” de Fundação

São assim denominadas porque é processada uma intervenção no terreno, modificando de certa maneira, a sua formação geotécnica-geológica e criando condições que ele, por sí só, não era capaz de oferecer.

Alguns autores preferem denominar de “consolidação das cavas” ao invés de fundações artificiais.

Na realidade as “fundações artificiais”, tratam de modificar, até certo ponto, a resistência natural do terreno, ou seja, melhorar a sua resistência natural, oferecendo novos elementos, artificiais, à primitiva e natural constituição do solo.

As fundações artificiais podem ser obtidas pelas seguintes intervenções do solo:

• Apiloamento manual;

• Apiloamento mecânico;

• Calçada;

• Estacas curtas;

• Colchão de areia

Obs.: Poder-se-ia também encaixar um ítem nas fundações artificiais acima mencionadas, mas pelo simples fato de envolver uma série de outras aplicações, apresentaremos um trabalho em separado, são os sistemas denominados de:

CCP = CEMENT CHURNING PILE

J.G. = JUMBO GROUT

Apiloamento Manual

Trata-se do adensamento das diversas camadas de terreno, diminuindo-se os seus vazios. O apiloamento é feito usando-se um soquete de 50 a 60kg que é manobrado por dois homens.

Elevando o soquete à altura de 80cm, deixa-se cair no solo, provocando, assim, o apiloamento na área abrangida pelo soquete.

Depois de uma passada do soquete em toda fundação, repete-se a operação, tantas vezes, quantas forem necessárias, para se obter a compactação desejada.

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Prof. J. Martinho Apiloamento Mecânico

O princípio é o mesmo, somente que em lugar do soquete, usa-se o macaco mecânico ou sapo pneumático. Este aparelho nada mais é do que um soquete acionado por ar comprimido.

Oferece vantagem de rapidez na execução do apiloamento de uma compactação mais violenta, porque, sendo muito mais pesado que o soquete manual, recebe também um impulso muito mais violento.

Terminada a operação, seja manual, seja mecanicamente, o solo poderá oferecer resistência maior do que a original e suficiente à carga do edifício. Servirá, portanto, de fundação.

Esse tipo de consolidação para as fundações artificiais, são largamente usados entre nós, pela facilidade de operação que oferecem.

Geralmente, consegue-se uma melhoria de 20% na resistência do terreno. Nas passagens do soquete manual ou mecânico, é comum ficarem no terreno sensíveis diferenças de nível, que são corrigidas adicionando-se areia ou mesmo terra com umidade suficiente para oferecer boa compacidade.

Calçada

No fundo da cava cravam-se pedras em duas ou mais camadas. Geralmente usam-se pedras de tamanho regular que são cravadas à soquete.

As pedras cravando-se no solo, irão oferecer uma superfície de maior resistência, porque os esforços que receberem irão ser transmitidos de topo e lateralmente.

Depois de alguns dias, faz-se a prova de carga para se conhecer a nova resistência do terreno. Consegue-se com a calçada uma melhoria de 25% na resistência do terreno.

Tal sistema foi empregado entre os Romanos e ainda hoje é adotado.

Estacas curtas

Esse tipo de consolidação consiste na cravação de pequenas estacas que são chamadas estacas de compressão.

São cravadas no fundo da cava, sem atingirem o solo pouco compressível. As estacas ao serem enterradas, comprimem o terreno, dando-lhe a necessária consistência.

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Prof. J. Martinho As estacas podem ser de madeira com 1,50m a 2,00m de comprimento e seção quadrada de 0,10m de lado. O número de estacas varia de 6 a 10 por metro quadrado de fundação.

Terminada a cravação, funda-se uma base de concreto simples com 0,30m à 0,40m de altura sobre todas as estacas.

Segundo Goldnhorn, tal consolidação permite um aumento de resistência específica de 25 à 40%.

Poderemos, ainda, conseguir outros tipos de estacas curtas. Em lugar da madeira, usa-se areia ou pedra.

Nesse caso, deverão ser abertos, com o trado, orifícios no terreno. Esses orifícios são abertos, formando o quincôncio, isto é, 5 buracos em forma de xadrez, sendo 1 em cada canto e 1 no centro com cerca de 0,50m de separação.

Esses orifícios serão cheios de areia que será aplicada em pequenas camadas.

De mistura com a areia também pode ser utilizada a pedra em matacões, cuidando-se que a socagem seja mais violenta e contínua para pequenas porções, a fim de ser evitado o vazio no corpo da estaca.

É uma providência que, de certa maneira, importa na modificação da constituição geológica do terreno, porque, sob pressão forte do soquete, todo o material mergulha no terreno, formando estacas de seção muito alargada no seu interior.

Há, ainda, o sistema compressol, idealizado por Dulac, que consiste na preparação de solo com um “pilão perfurador” (A), com 2.000kg de peso e forma cônica e enchimento da cava obtida com concreto simples ou mistura de pedra e areia.

Rebate-se com outra peça (B) do mesmo peso, porém de forma diferente, mais arrendondada na base, o “atacador”.

Caso necessário, usa-se uma terceira peça (C), denominada “peça de prova”, destinada a recalcar mais energicamente. Tem forma tronco-cônica e suspensão pela base menor.

A altura de queda varia com a consistência do solo, sendo no mínimo de 10m e as cavidades no solo que são iniciadas de 60cm atingem, as vezes, 1m, quando concretadas.

Um bate-estaca comum serve para o apiloamento do concreto.

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Prof. J. Martinho Colchão de areia

É um processo para melhorar a resistência do solo, cuja aplicação data de há mais de um século, com ótima aceitação por parte dos construtores.

A vantagem da fundação sobre um aterro de areia é que este, numa espessura mínima de 2,0m, pode resistir francamente a 3,0 kgf/cm2. Adotamos, na prática, para altura mínima do colchão de areia 1,0m e para resistência 1,0 kgf/cm2.

Pode ocorrer, porém, que a carga a ser transmitida seja muito grande e o terreno próprio de fundação esteja à profundidade também grande, nesse caso não podemos lançar mão da fundação artificial, porque mesmo com os processos descritos, não conseguiremos compensar a fraca resistência que o terreno oferece.

Nesse caso, teremos que lançar mão das fundações profundas. Em outras palavras, iremos buscar o plano de fundação onde ele se encontre, aplicando elementos que possam a ele transportar as cargas. Usamos, então as chamadas fundações profundas.

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