patrick de almeida rodrigues

Transcrição

1
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA
CURSO: ENGENHARIA CIVIL
PATRICK DE ALMEIDA RODRIGUES
ESTUDO DA UTILIZAÇÃO DE ESTACA INJETADA DO TIPO MICROESTACA PARA
REFORÇO DE FUNDAÇÃO
Feira de Santana-BAHIA
2008
2
Monografia
graduação
apresentada
em
ao
Curso
de
Engenharia
Civil
da
Universidade Estadual de Feira de Santana
como requisito para obtenção do grau de
Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Areobaldo Oliveira Aflitos
Co-Orientador: Prof. Carlos Henrique de A.
Couto Medeiros
Feira de Santana-BAHIA
2008
3
TERMO DE APROVAÇÃO
Monografia aprovada como requisito para obtenção do grau em Bacharel em Engenharia Civil,
Universidade Estadual de Feira de Santana, pela seguinte banca examinadora:
Prof. Areobaldo Oliveira Aflitos, M. Sc.
Universidade Estadual de Feira de Santana - Ba
Prof.ª Maria do Socorro C. S. Mateus, M. Sc.
Prof. Carlos César Uchoa de Lima, D. Sc.
Feira de Santana, Abril de 2008.
4
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar a Deus por ter me dado força para conseguir superar todas as
dificuldades enfrentadas durante o período do curso.
Aos meus pais, por nunca medirem os seus esforços para me darem tudo que estivesse ao
seu alcance e sempre me alertarem da importância dos estudos na minha vida.
Agradecer aos meus irmãos Pablo Rodrigues, Paula Maine, Priscila Maiane, a minha
namorada Ingrid Gondim e aos meus amigos de infância Alan Ferreira, Alex Ferreira, Ricardo
Pereira, Eduardo Santana e Marcelo Santana por contar com eles em qualquer momento que
precisei.
Aos professores do Curso de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Feira de
Santana em especial aos professores Areobaldo Oliveira Aflitos, Carlos Henrique Medeiros,
Elvio Antonino Guimarães e Carlos César Uchoa de Lima por darem uma grande contribuição
para a elaboração do meu Trabalho de Conclusão de Curso.
Aos meus colegas e amigos da turma 2002-2, especialmente a Isabela Nunes, Lívia
Chagas, Micheline Borges e a Francisco Cerqueira Júnior o meu grande parceiro e amigo.
5
Se é fácil adquirirem-se conhecimentos teóricos
é muito difícil transmitir-se a experiência vivida
Milton Vargas, 1980
6
RESUMO
Abril/2008
As fundações são o elo das obras de engenharia com o terreno e são importantes para
construção de qualquer empreendimento, pois um projeto de engenharia por mais simples que
seja necessita de um conhecimento prévio de onde ele será implantado. Este trabalho apresenta
um estudo sobre fundações profundas em estaca com injeção, tipo estaca-raiz e microestacas,
com ênfase em microestaca, apresentando uma revisão do assunto e um estudo de caso. A
revisão tem como objetivo detalhar o método executivo, determinar a real função da
microestaca, sua história, seu campo de utilização e analisar as vantagens e desvantagens das
estacas injetadas. O estudo de caso foi realizado para efeito de comparação entre a teoria e a
prática, para aceitação deste tipo de sistema como elemento de reforço de fundação. A
realização do estudo verificou-se que as microestacas são altamente utilizadas para reforço de
fundação devido as suas diversas vantagens que serão citadas no trabalho e que as
investigações geotécnicas e a interpretação dos resultados são fatores determinantes para a
escolha certa do tipo de fundação.
Palavras-Chave: Fundações - Reforço - Microestaca
7
ABSTRACT
THE STUDY OF THE USE OF INJECTED MICROPILE FOR REINFORCEMENT OF
FOUNDATION
April/2008
The foundations are the link between engineering works and the soil. They are important for
construction of any building, because any engineering project needs a previous knowledge about
its construction. This work presents a study about deep foundations in stake with injection such
as stake-root and micropile, with emphasis in micropile, presenting a revision of this subject and
a case study. The revision has as objective to detail the executive method and to determine the
real function of the micropile, its history and utilization in field and to analyze the advantages
and disadvantages of the injected stakes. The case study was accomplished for comparison
between the theory and the practice, to accept this system as an element of foundation
reinforcement. This study has verified that the micropile are frequently used for foundation
reinforcement due several advantages such as, larger inclination and small vibration during the
execution In addition to that, geotechnical investigations and the interpretation of the results are
decisive for the right choice of the foundation.
Keywords: Foundations - Reinforcement - Micropile.
8
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Interpretação de ensaios de campo (SCHNAID, 2000). ............................................18
Figura 2.2 - Execução do Ensaio de SPT.......................................................................................19
Figura 2.3 - Amostras do ensaio de SPT após a sua retirada do terreno (TOURRUCO, 2004) ....20
Figura 2.4 - Modelo de Boletim de Sondagem ..............................................................................21
Figura 2.5 - Relógios do Torquímetro (TOURRUCO, 2004)........................................................22
Figura 2.6 - Execução do ensaio de SPP-T (TOURRUCO, 2004) ................................................23
Figura 2.7 - Ensaio de CPT (http://www.insitu.com.br) ................................................................24
Figura 2.8 - Estaca Pré-Moldada de Concreto utilizada no Estudo de Caso .................................27
Figura 2.9 - Método executivo das Estacas Injetadas (http://www.benaton.com.br) ....................30
Figura 2.10 - Fase executiva da Estaca Raiz (http://www.exatafundações.com.br) ......................32
Figura 2.11 - Fluxograma Executivo Estaca tipo Raiz – Microestaca (SOLOTRAT, 2007). .......33
Figura 2.12 - Microestacas (PRADO, FARIA, & VAZ) ...............................................................34
Figura 2.13 - Fases de Execução da Microestaca (ABMS/ABEF, 2006) ......................................36
Figura 2.14 - Execução do furo......................................................................................................37
Figura 2.15 - Instalação do tubo manchete ....................................................................................38
Figura 2.16 - Procedimento para iniciar a injeção da calda de cimento ........................................39
Figura 2.17 - Injeção de calda de cimento .....................................................................................39
Figura 2.18 - Detalhe de obturador de Injeção (SOLOTRAT, 2007) ............................................40
Figura 2.19 - Conclusão da Injeção ...............................................................................................40
Figura 2.20 - Detalhe da Armação para Estaca-Raiz (SOLOTRAT, 2007). .................................43
Figura 2.21 - Lançamento da calda de cimento .............................................................................44
Figura 2.22 - Obturador .................................................................................................................44
Figura 2.23 - Preparo da cabeça Estaca-Raiz (SOLOTRAT, 2007). .............................................46
Figura 2.24 - Arrasamento - quebra da cabeça da estaca ...............................................................46
Figura 2.25 - Preparo da cabeça da Microestaca (SOLOTRAT, 2007). ........................................47
Figura 2.26 - Transferência de carga de uma estaca isolada (VELLOSO & ALONSO, 2000). ...48
Figura 2.27 - Reforço por estaca injetada (GOTLIEB, 2006) .......................................................61
Figura 3.1 - Estaca Pré-moldada de Concreto utilizada na construção – tipo SCAC
(http://www.benaton.com.br) .........................................................................................................63
Figura 3.2 - Cravação das Estacas pré-moldadas de concreto .......................................................63
Figura 3.3 - Instante da perfuração de Matacão .............................................................................64
Figura 3.4 – Locação dos Pontos de Sondagens Adicionais ..........................................................65
9
Figura 3.5 - Detalhe do trecho engastado das estacas na rocha .....................................................67
Figura 3.6 - Corte Esquemático das Estacas ..................................................................................67
Figura 3.7 - Continuação da perfuração .........................................................................................68
Figura 3.8 - Corte representativo do reforço na estaca pré-moldada de concreto .........................69
Figura 3.9 - Tubo de Aço Schedule ...............................................................................................69
Figura 3.10 - Detritos sólidos retirados após a limpeza .................................................................69
Figura
3.11
-
Detalhe
do
sistema
de
injeção
mediante
válvulas
ou
manchete
(http://www.exatafundações.com.br) .............................................................................................70
10
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Números de furos de sondagens necessários em função da área construída
(NOGUEIRA, 1977) ......................................................................................................................17
Tabela 2.2 - Classificação dos principais tipos de estacas pelo método executivo (MAIA, et al.,
2006) ..............................................................................................................................................26
Tabela 2.3 - Procedimento para avaliação dos serviços ................................................................42
Tabela 2.8 - Valores de K Décourt-Quaresma (GUSMÃO F., 2003)............................................49
Tabela 2.9 - Valores de α Décourt-Quaresma (GUSMÃO F., 2003) ...........................................50
Tabela 2.10 - Valores de β Décourt-Quaresma (GUSMÃO F., 2003) .........................................50
Tabela 2.11 - Valores de F1 e F2 de Aoki- Velloso (GUSMÃO F., 2003) ...................................52
Tabela 2.12 - Valores de K e α Aoki-Velloso (GUSMÃO F., 2003) ............................................53
Tabela 2.13 - Pressões básicas para material rochoso (σo) (NBR6122, 1996)..............................55
Tabela 2.14 - Dimensionamento estrutural de Microestaca (SOLOTRAT, 2007). .......................59
11
SUMÁRIO
1-
INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 13
1.1 -
Justificativa ..................................................................................................................14
1.2 -
Objetivos ......................................................................................................................14
1.2.1 -
Objetivo Geral ......................................................................................................14
1.2.2 -
Objetivos Específicos ...........................................................................................14
1.3 2-
Metodologia .................................................................................................................15
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................................... 16
2.1 -
INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA .............................................................................16
2.1.1 -
Standard Penetration Test – SPT..........................................................................19
2.1.2 -
Ensaio SPT-T (Standard Penetration Test with Torque Measurements) .............22
2.1.3 -
Ensaio de Penetração Estática Contínua (CPT) ...................................................23
2.2 -
FUNDAÇÕES PROFUNDAS ....................................................................................25
2.2.1 -
Tipos de fundação - Generalidades ......................................................................25
2.2.2 -
Fundação em estaca ..............................................................................................26
2.2.3 -
Critérios para a utilização de fundação em estaca................................................28
2.3 -
ESTACA ESCAVADA COM INJEÇÃO ...................................................................29
2.3.1 2.4 -
Breve Histórico ....................................................................................................29
TIPOS DE ESTACAS ESCAVADAS INJETADAS .................................................31
2.4.1 -
Evolução das Estacas Injetadas ............................................................................31
2.4.2 -
Estaca Raiz ...........................................................................................................32
2.4.3 -
Microestaca ..........................................................................................................34
2.5 -
MÉTODO EXECUTIVO DA MICROESTACA ........................................................36
Fase 1 - Perfuração auxiliada por circulação de água ............................................................36
Fase 2 - Instalação do tubo manchete ....................................................................................37
Fase 3 - Execução da “bainha” ..............................................................................................38
Fase 4 - Injeção da calda de cimento .....................................................................................38
Fase 5 - Vedação do tubo manchete ......................................................................................40
2.6 -
PROCEDIMENTO PARA AVALIAÇÃO E CONTROLE DOS SERVIÇOS EM
CAMPO .....................................................................................................................................41
2.6.1 -
Perfuração: ...........................................................................................................42
2.6.2 -
Montagem e colocação da armadura ....................................................................42
2.6.3 -
Injeção: .................................................................................................................44
12
2.6.4 -
Retirada do revestimento:.....................................................................................45
2.6.5 -
Preparo da cabeça da Estaca.................................................................................46
2.7 -
MÉTODOS DE CÁLCULO DA CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES
PROFUNDAS ............................................................................................................................48
2.7.1 -
Capacidade de Carga de Estaca Isolada ...............................................................48
2.7.2 -
Capacidade de Carga de Estacas em Rocha .........................................................54
2.8 -
CAPACIDADE DE CARGA ESTRUTURAL ...........................................................57
2.9 -
REFORÇO DE FUNDAÇÃO .....................................................................................60
3-
ESTUDO DE CASO .......................................................................................................... 63
4-
CONCLUSÃO ................................................................................................................... 71
REFERÊNCIAS ............................................................................................................................ 72
ANEXO......................................................................................................................................... 75
13
1 - INTRODUÇÃO
Um projeto de engenharia, por mais simples que seja, necessita de um conhecimento
prévio de onde ele será implantado. A estrutura irá transmitir cargas para o terreno, que deverá
suportar esta solicitação, transmitida através do elemento estrutural de fundação.
As fundações são, portanto, o elo de ligação das obras de engenharia com o terreno e são
igualmente importantes em casas residenciais, pontes, barragens, estrutura de armazenamento de
líquidos, etc. No desenvolvimento de projetos de fundações os requisitos básicos deverão ser
atendidos como deformações aceitáveis sob as condições de trabalho, segurança adequada à
ruptura do solo e dos elementos estruturais (MATTOS, 2003).
Durante a execução de qualquer obra de fundação, é essencial ter um adequado controle
de campo para garantir qualidade e um bom funcionamento da mesma. A falta de conhecimento
prévio dos parâmetros do solo poderá causar problemas específicos, dependendo do tipo de
estrutura. A construção de muro de arrimo por exemplo, poderá apresentar problema de interação
da estrutura com o solo adjacente, sendo necessário o conhecimento das características da
superfície.
As fundações subdividem-se em fundações do tipo superficial (direta ou rasa) e fundações
profundas (indiretas). As fundações superficiais representado por: sapatas, blocos, radier, sapata
associada, vigas de fundação e as sapatas corridas são escolhidas considerando-se fatores
importantes como características dos solos, tipo de fundação apropriado, custos, dentre outros.
Para as fundações profundas (estacas, tubulões e caixão), os cuidados são os mesmos. As estacas
são elementos de fundação profunda executadas inteiramente por equipamentos ou ferramentas
(NBR6122, 1996).
As fundações estão sujeitas a recalques, que decorrem das deformações sofridas pelo
solo. Os recalques podem provocar o aparecimento de trincas nas superestruturas e, dependendo
da gravidade do problema será necessário o reforço das fundações. Os primeiros procedimentos
de reforço de fundações e de melhoramento do terreno foram desenvolvidos através de execução
de estacas escavadas injetadas.
14
1.1 - JUSTIFICATIVA
A Microestaca, no início da sua comercialização, era utilizada para melhoramento do solo
e reforço de fundação e, com o avanço da tecnologia empregada na execução de estacas
injetadas, elas passaram a ser utilizadas para qualquer condição (ALONSO, 2001). A
microestaca vem sendo bastante utilizada pela sua elevada capacidade de suporte e dimensões
reduzidas. Particularmente, no reforço de fundações, as estacas injetadas possuem grande
facilidade de execução.
O trabalho foi desenvolvido em função da importância da estaca injetada (tipo
microestaca) no reforço de fundações. O estudo de caso foi realizado para aplicação da teoria
estudada na revisão bibliográfica.
1.2 - OBJETIVOS
1.2.1 - Objetivo Geral
Apresentar o estado da arte relativo à utilização de microestacas, como solução em
estacas injetadas, descrevendo a sua origem, processo de evolução ao longo das últimas décadas,
aplicação, além de relatar um caso de aplicação como opção para reforço de fundação profunda
em estaca pré-moldada de concreto.
1.2.2 - Objetivos Específicos
• Aprimorar os conhecimentos sobre Microestacas através de revisão bibliográfica e do
estudo de caso de reforço de fundações.
• Estudar os critérios adotados para a escolha da fundação em estaca.
• Verificar a real função de uma Microestaca, sua história e o campo de utilização.
15
• Analisar as vantagens e as desvantagens das estacas injetadas.
• Detalhar o método executivo da Microestaca.
1.3 - METODOLOGIA
O trabalho foi iniciado com uma revisão bibliográfica sobre o tema, além de consultas a
profissionais da área.
Realizou-se um estudo de caso para efeito de comparação entre a teoria e a prática e, como
conseqüência, contribuir no processo de validação e aceitação desse tipo de sistema como
elemento de reforço de fundação.
No estudo de caso, analisou-se a situação de um empreendimento construído com pé
direito de 13 metros, na cidade do Salvador - Bahia, com fundações executadas em estacas prémoldadas de concreto e que necessitaram de reforço.
Foram utilizados dados de campo obtidos de (relatórios fotográficos e escritos), além de
projetos para resgatar informações e subsidiarem a reconstituição da situação estudada, pois a
obra de reforço das fundações do empreendimento já havia sido concluída.
16
2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 - INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA
A elaboração de projetos geotécnicos em geral e, de fundações em particular exige um
conhecimento adequado dos solos. É necessário realizar a identificação e a classificação das
diversas camadas componentes do substrato a ser analisado, assim como avaliar as suas
propriedades de engenharia (QUARESMA, DÉCOURT, QUARESMA FILHO, ALMEIDA, &
DANZIGER, 2006)
A obtenção de amostras, associada à utilização de algum outro processo para
identificação e classificação dos solos que exige a execução de ensaios “in situ” como sondagens
tipo Standard Penetration Test (SPT), Standard Penetration Test with Torque Measurements
(SSPT-T) e Cone Penetration Test (CPT), determinam os parâmetros geotécnicos necessários ao
dimensionamento de fundações.
A retirada de amostras é realizada quando os ensaios de
laboratórios são solicitados. Na prática, entretanto, há predominância quase que total dos ensaios
“in situ”, ficando a investigação laboratorial restrita a alguns poucos casos especiais em solos
coesivos (QUARESMA, DÉCOURT, QUARESMA FILHO, ALMEIDA, & DANZIGER, 2006)
O tipo de investigação do subsolo e a profundidade a ser estudada dependem do porte da
obra, do subsolo local, das características do projeto, e devem ser acompanhados pelo
profissional responsável pelo projeto de fundações, visando segurança, adequação e
gerenciamento de custos.
As sondagens são procedimentos de engenharia que têm por objetivo a obtenção de
informações de subsuperfície de uma área na terra, ou na água. Na ausência de investigação do
subsolo, (típico de obras de pequenos e médios portes) mais de 80% dos casos de mau
desempenho das fundações das obras têm como causa a ausência completa de investigação
(MILITITSKY, CONSOLI, & SCHNAID, 2005).
As sondagens a percussão são o tipo de investigação “in situ” mais utilizados no Brasil, e
não requerem equipamentos sofisticados. O número de sondagens e a sua localização em planta
dependem do tipo da estrutura, de suas características especiais e das condições geotécnicas do
17
subsolo, e deve ser suficiente para fornecer um quadro, o melhor possível, da provável variação
das camadas do subsolo do local em estudo (NBR 8036, 1983). A tabela 2.1 apresenta o número
máximo de furos exigidos.
Tabela 2.1 - Números de furos de sondagens necessários em função da área construída
(NOGUEIRA, 1977)
ÁREA CONSTRUIDA
MÚMERO MÍNIMO DE FUROS
(m²)
< 200
02
200-400
03
400-600
03
600-800
04
800-1000
05
1000-1200
06
1200-1600
07
1600-2000
08
2000-2400
09
>2400
CRITÉRIO
Cabe salientar que no Brasil o custo envolvido na execução de sondagens de simples
reconhecimento ou sondagens a percussão varia normalmente entre 0,2 a 0,5% do custo total da
obra, sendo as informações geotécnicas indispensáveis à previsão dos custos fixos associados ao
projeto e sua solução (SCHNAID, 2000).
Segundo Milititsky (2005), quando a investigação é insuficiente ela se torna inadequada a
identificação de aspectos que acabam comprometendo o comportamento da fundação projetada.
Casos típicos destes problemas são (MILITITSKY, CONSOLI, & SCHNAID, 2005):
• Número insuficiente de sondagem ou ensaio para áreas extensas ou de subsolo variado
• Profundidade
de
investigação
insuficiente,
não
caracterizando
camadas
de
comportamento distinto, em geral de pior desempenho, também solicitadas pelo
carregamento
18
• Propriedades de comportamento não determinado, por necessitar de ensaios especiais
(expansibilidade, colapsibilidade, etc.)
• Situações de grande variação de propriedade, ocorrência localizada de anomalia ou
situações não identificadas.
Segundo Schnaid (2000), o ensaio de sondagem a percussão, também chamado de SPT é
reconhecidamente a mais popular, rotineira e econômica ferramenta de investigação em
praticamente todo o mundo, permitindo uma indicação da densidade de solos granulares, também
aplicado à identificação da consistência de solos coesivos e mesmo de rochas brandas.
A figura 2.1, apresenta um organograma de procedimentos adotados após a realização de
ensaios “in situ”, de acordo com Schnaid (2000).
Figura 2.1 - Interpretação de ensaios de campo (SCHNAID, 2000).
19
Os ensaios de campo mais utilizados encontram-se descrito nos itens 2.1.1, 2.1.2, 2.1.3.
2.1.1 - Standard Penetration Test – SPT
No Brasil, o ensaio de SPT é muito utilizado para o reconhecimento do subsolo e
está normatizado pela Associação Brasileira de Normas Técnica através da NBR6484/2001
(ABMS & ABEF, 2004).
O ensaio SPT (Figura 2.2) constitui-se em uma medida de resistência dinâmica conjugada
a uma sondagem de simples reconhecimento. A perfuração é realizada por tradagem e circulação
de água, utilizando-se um trépano de lavagem como ferramenta de escavação (SCHNAID, 2000).
A principal vantagem deste ensaio é o seu valor econômico relativamente baixo e o fato
de ser um ensaio relativamente simples. Por outro lado, a principal desvantagem são os erros
grosseiros por falta de manutenção do amostrador ou deficiência do técnico (TOURRUCO,
2004).
No ensaio, a determinação da resistência dinâmica (NSPT) do solo à cravação de um
amostrador - padrão, no fundo de um furo de escavação (revestida ou não) é feita por meio de
golpes oriundos da queda livre de um peso (65 kg) a uma altura de 75 cm. O NSPT é número de
golpes necessários para que o amostrador - padrão de 45 cm penetre a cada metro os últimos 30
cm (NSPT), após a cravação total de 45 cm, iniciando sempre em cotas de números inteiros (NBR
6484, 2001).
Figura 2.2 - Execução do Ensaio de SPT
20
As informações obtidas com o ensaio de SPT de interesse para aplicações em Engenharia
Civil são (NBR 6484, 2001):
• A determinação dos tipos de solo em suas respectivas profundidades de ocorrência, com
espessuras dos diversos horizontes;
• A posição do nível d’água, com registro da data de realização do ensaio;
• Os índices de resistência à penetração (NSPT).
Estas sondagens são as mais freqüentes na engenharia e os seus resultados são utilizados para:
• Obter perfil geológico das camadas do subsolo, com descrição dos horizontes e suas
propriedades
• Estimativa da capacidade de carga das diferentes camadas do subsolo
• Coleta de amostras deformada das diversas camadas, para efeito de caracterização
• Determinação da compacidade e consistência das camadas do subsolo em solos arenosos
ou argilosos, respectivamente, e também para a determinação de eventuais linhas de
ruptura que possam ocorrer em subsuperfície.
Na figura 2.3 o amostrador bi-partido no chão com a amostra de solo e outra parte da
amostra sendo retirada do bico do amostrador.
Figura 2.3 - Amostras do ensaio de SPT após a sua retirada do terreno (TOURRUCO, 2004)
21
A figura 2.4 apresenta um modelo de Boletim de Sondagem, adotados por uma empresa
de Salvador-Bahia.
Figura 2.4 - Modelo de Boletim de Sondagem
22
Na figura 2.4, na primeira coluna estão registrados os números de golpes necessários para
penetrar os 30 cm iniciais dos 45 cm investigados em cada metro de profundidade. Para cada
metro, mede-se o SPT nos 45 cm iniciais e os 55 cm restantes são escovados com trado manual
ou por lavagem.
Os 45 cm de cada metro são divididos em 3 segmentos de 15 cm e o número de golpes
para o amostrados padrão penetrar cada segmento é anotado. Ao final, soma-se o número de
golpes do primeiro e segundo segmentos (30 cm iniciais) e, do segundo e terceiro segmentos (30
cm finais).
2.1.2 - Ensaio SPT-T (Standard Penetration Test with Torque Measurements)
O ensaio de SPT-T deve ser realizado logo após o ensaio de penetração SPT. Só será
executado quando o cliente solicitar, devendo para tanto constar explicitadamente da proposta de
serviço (ABMS & ABEF, 2004).
O ensaio de SPT-T é realizado para medir o torque necessário para se vencer a aderência
do amostrador-padrão (cravado) com o solo que o envolve. O aparelho usado para tal ensaio é o
torquímetro (Figura 2.5), juntamente com todo o equipamento necessário ao SPT.
Após a cravação do amostrador-padrão e leitura do NSPT, acopla-se o torquímetro à haste
e realiza-se um giro manualmente (Figura 2.6), movimentando assim todo o conjunto
haste/amostrador (MIGUEL, GOMES, & PEDROLLI, 2005).
Figura 2.5 - Relógios do Torquímetro (TOURRUCO, 2004)
23
A leitura do Torques Máximo (Tmáx) é feita após a desestruturação do solo em torno do
amostrador-padrão, ainda existe uma resistência residual por parte do solo, que é fornecida pelo
torque residual.
Figura 2.6 - Execução do ensaio de SPP-T (TOURRUCO, 2004)
2.1.3 - Ensaio de Penetração Estática Contínua (CPT)
O ensaio de penetração contínua (CPT) também denominado de Cone de Penetração
Estática é um ensaio que consiste na cravação estática lenta de um cone mecânico ou elétrico que
armazena em um computador os dados a cada 20 cm (TOURRUCO, 2004).
Ele é muito valioso, pois fornece dado como:
•
Resistência de ponta (qc)
•
Atrito lateral local (fs)
•
Correlação entre os dois (Fr, medida em %), que permite identificação do tipo de solo
24
•
Dedução das propriedades de engenharia do solo, tais como: densidade; ângulo de
atrito e coesão
•
Alta precisão e boa repetibilidade
•
Em geral, as medidas são realizadas a cada 20 cm de profundidade.
Desvantagens
•
Necessidade de mão-de-obra especializada
•
Dificuldade para transportar o equipamento em regiões de difícil acesso
•
Pouco viável em solos pedregulhosos.
A figura 2.7 mostra o macaco hidráulico para cravação da haste com o cone na ponta e, o
detalhe do cone.
Figura 2.7 - Ensaio de CPT (http://www.insitu.com.br)
25
2.2 - FUNDAÇÕES PROFUNDAS
2.2.1 - Tipos de fundação - Generalidades
As fundações profundas apresentam peculiaridades que as tornam diferentes dos demais
elementos das edificações. A elaboração do projeto está diretamente relacionada às
características de execução de cada sistema de fundações profundas, deixando de envolver
apenas a adoção de perfil típico de solo e a análise, através de teoria ou métodos específicos de
cálculo (MILITITSKY, CONSOLI, & SCHNAID, 2005).
As fundações profundas são elementos que transmitem a carga ao terreno pela base
(resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das
duas. Estão ausentes em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no
mínimo 3m, salvo justificativa. Neste tipo de fundação incluem-se as estacas, os tubulões e os
caixões (NBR6122, 1996), conforme mencionado na introdução.
Existe hoje uma variedade muito grande de estacas (Tabela 2.2) para fundações. Com
certa freqüência, um novo tipo de estaca é introduzido no mercado e a técnica de execução está
em permanente evolução. A execução de estacas é uma atividade especializada da Engenharia
(MAIA, et al., 2006).
As fundações profundas são classificadas em dois grandes grupos, por condicionantes de
espaço e objetividade (MILITITSKY, CONSOLI, & SCHNAID, 2005):
• Estacas Escavadas, definidas como aquelas em que o processo executivo é realizado com
retirada de solo;
• Estacas Cravadas, com execução sem retirada do solo.
26
Tabela 2.2 - Classificação dos principais tipos de estacas pelo método executivo (MAIA, et al.,
2006)
2.2.2 - Fundação em estaca
Define-se uma fundação em estaca como sendo um elemento de fundação profunda,
executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas, sem que, em qualquer fase de sua
execução, haja descida de operário. Os materiais empregados podem ser: madeira, aço, concreto
pré-moldado, concreto moldado “in situ” ou mistos (NBR6122, 1996).
Dentre os vários tipos de estacas têm-se: Broca, Strauss, Franki, pré-moldadas de
concreto (Figura 2.8), metálicas, de madeira, tipo mega, raiz, microestaca e as escavadas, entre
outras, cada uma possui característica própria, que atende às diferentes condições técnicas e
econômicas da obra (MAIA, et al., 2006). O presente trabalho estuda as estacas do tipo injetadas.
Quando as fundações profundas não são executadas de forma adequada apresentam
problemas, encontrados na prática de engenharia.
27
O uso de estacas se justifica quando não se encontram camadas superficiais resistentes,
sendo necessário buscá-las em camadas mais profundas para que sirva de apoio à fundação. As
estacas podem ser usadas, também, como contenção dos empuxos de terra ou de água através das
estacas-prancha e ainda para se fazer a compactação de terrenos (GIONGO, 2000).
Fundações por estaca exigem uma comunicação eficiente entre o projetista e o
executante, de forma a garantir que as reais condições construtivas sejam observadas e o projeto
se adeqüe à realidade (MILITITSKY, CONSOLI, & SCHNAID, 2005).
Uma estaca nem sempre é executada conforme os requisitos definidos no projeto, pois
depende da variabilidade das condições de campo. Além da possibilidade de variação das
características do subsolo (identificadas na etapa de investigação), existem limitações de
capacidade de equipamentos e de geometria (comprimentos e diâmetros, por exemplo), e as
condições de campo, muitas vezes, obrigam a mudanças substanciais no projeto original
(MILITITSKY, CONSOLI, & SCHNAID, 2005).
Em decorrência, da acirrada disputa comercial entre as empresas que executam estacas,
tornou-se hábito, nos últimos anos, o conceito de que é necessário utilizar procedimentos
executivos que permitam instalar as estacas em profundidades tais que se possa atingir a carga
máxima estrutural (VELLOSO & ALONSO, 2000).
Figura 2.8 - Estaca Pré-Moldada de Concreto utilizada no Estudo de Caso
28
2.2.3 - Critérios para a utilização de fundação em estaca
Algumas características da obra podem impor certos tipos de fundação, permitindo uma
variedade de soluções. Nesse caso é interessante realizar um estudo de alternativas e fazer a
escolha com base em (ABMS/ABEF, 2006):
• Oferta dos tipos de estacas disponíveis no mercado e na região onde a obra será
construída
• Menor custo
• Menor prazo de execução.
O tipo de estaca a ser utilizado em uma determinada obra deve satisfazer condições
técnicas e econômicas e, para tanto, são analisados os seguintes elementos (GIONGO, 2000):
• Verificação do tipo e do estado das fundações
• Levantamento da natureza e características do subsolo no local da obra em questão
• Em particular, deve ser levada em conta a ocorrência de argila muito mole,
que não fornece suporte às fundações
• Solos com matacões, dificultando ou mesmo impedindo o emprego de
estacas cravadas de qualquer tipo que seja, pois promovem a quebra da
fundação durante a cravação
• Determinação da grandeza das cargas a serem transmitidas à fundação.
29
2.3 - ESTACA ESCAVADA COM INJEÇÃO
2.3.1 - Breve Histórico
As estacas escavadas com injeção constituem um tipo de fundação profunda, executadas
através de injeção sob pressão de produto aglutinante, normalmente calda de cimento ou
argamassa de cimento e areia, onde se procura garantir a integridade do fuste ou aumentar a
resistência de atrito lateral, de ponta ou ambas (Figura 2.9). Esta injeção pode ser feita durante ou
após a instalação da estaca (NBR6122, 1996)
O desenvolvimento e a utilização das estacas injetadas ocorrem a partir da década de 50,
quando o professor Fernando Lizzi solicitou na Itália as primeiras patentes. Inicialmente, as
estacas injetadas foram desenvolvidas para reforço de fundações e melhoramento do solo
(MAIA, et al., 2006).
Com o fim das patentes, várias empresas iniciaram a comercialização de estacas similares
denominadas de estacas de “pequeno diâmetro” ou microestacas, onde eram executadas com a
tecnologia de baixa ou alta pressão de injeção (ABMS/ABEF, 2006).
As microestacas ou pressoancoragem, que foram desenvolvidas no Brasil a partir de 1967
por Costa Nunes, na empresa Tecnosolo S/A, têm hoje difusão mundial e constituem uma
modalidade de estaca escavada com injeção de calda de cimento (PRESA & POUSADA, 2001).
No início da comercialização, as estacas eram executadas com diâmetro de até 20 cm,
mas com o passar dos anos, as empresas aumentaram cada vez mais o diâmetro, passando para
40 e até 50 cm, deixando de ser estaca de pequeno diâmetro.
Em virtude do aumento do diâmetro, a NBR 6122/96 adotou o nome de estaca escavada
com injeção ou, também chamadas estacas escavadas injetadas.
O conceito inicial sugerido pelo professor Fernando Lizzi foi de criar com essas estacas
um reticulado (pali radici), com estaca inclinada em várias direções de modo a transformar o
solo em um “solo armado” (PRESA & POUSADA, 2001).
30
Na figura 2.10 mostra uma seqüência de execução de estacas injetadas.
Figura 2.9 - Método executivo das Estacas Injetadas (http://www.benaton.com.br)
31
2.4 - TIPOS DE ESTACAS ESCAVADAS INJETADAS
2.4.1 - Evolução das Estacas Injetadas
Sob a denominação genérica de estacas injetadas ou estacas escavadas injetadas
englobam-se diversas variantes de estacas escavadas e moldadas in loco, mediante injeção de
pasta ou argamassa de cimento que podem ser: estacas raiz e microestacas.
As estacas injetadas diferenciam-se das demais principalmente por três razões:
• Podem ser executadas com maiores inclinações (0º a 90º)
• Possuem maior densidade de armadura que as outras estacas de concreto
• Sua carga admissível resulta basicamente da parcela resistente ao atrito lateral.
Este sistema apresenta fundamentalmente as seguintes vantagens:
• Provoca reduzida descompressão do terreno durante a execução
• Permite atingir grandes profundidades e atravessar terrenos de alta resistência (inclusive
rocha), acima e abaixo
• Possui elevada capacidade de carga, considerando suas pequenas seções
• Não provoca praticamente vibrações durante a execução.
Por outro lado, possui os seguintes inconvenientes;
• Custo relativamente elevado
• Exige um maior número de provas de carga.
32
Com equipamentos de pequeno porte, usados em condições difíceis de reforço de
fundação, alcançam-se profundidades da ordem de 10 a 30m/turno, enquanto que com
equipamentos de grande capacidade pode-se atingir excelentes profundidades de até 50 a
100m/turno (PRESA,2001; POUSADA, 2001);
2.4.2 - Estaca Raiz
A Estaca Raiz é uma estaca armada e concretada com argamassa de cimento e areia,
moldada ”in loco” executada através de perfuração rotativa ou roto-percussiva (Figura 2.10),
revestida integralmente por meio de tubo metálico (tubo revestido) que garante a estabilidade da
perfuração (ABMS & ABEF, 2004).
Uma vez escavada, armada e concretada, a estaca raiz recebe injeções de ar comprimido
imediatamente após a moldagem do fuste e no topo do mesmo, concomitantemente com a
remoção do revestimento. Usam-se baixas pressões (inferiores a 0,5 MPa), que visam apenas
garantir a integridade da estaca (ABMS & ABEF, 2004).
Figura 2.10 - Fase executiva da Estaca Raiz (http://www.exatafundações.com.br)
33
Nas estacas raiz, ocorrem apenas notáveis irregularidades ao longo do fuste, que
favorecem a resistência por atrito lateral. Como as cargas adotadas foram aumentadas,
ultrapassando 1000 kN, a NBR 6122 fixou a obrigatoriedade de realizar um número mais alto de
provas de carga nesse tipo de estaca (TOURRUCO, 2004).
Figura 2.11 - Fluxograma Executivo Estaca tipo Raiz – Microestaca (SOLOTRAT, 2007).
34
2.4.3 - Microestaca
As microestacas (Figura 2.12) consistem em estacas de pequeno diâmetro moldadas “in
loco”. O processo de perfuração do terreno é por rotação ou retopercussão em direção vertical ou
inclinada, com um tubo de revestimento, munido na sua extremidade de uma coroa de perfuração
(GEO-RIO, 2000).
Figura 2.12 - Microestacas (PRADO, FARIA, & VAZ)
As microestacas são executadas mediante a tecnologia de tirantes injetados em múltiplos
estágios com o auxilio de um tubo-manchete de válvulas múltiplas, que impedem o retorno da
calda de cimento. Na injeção da bainha e posterior injeção de cimento em cada estágio de
abertura das válvulas ou manchetes, são usadas altas pressões (normalmente de 1 a 3 MPa)
(PRESA & POUSADA, 2001).
Deve-se cuidar para não confundir as microestacas (pressoancoragens) com as estacas
raiz. Esta última é feita mediante injeção de ar comprimido sobre a argamassa com baixas
35
pressões, enquanto as microestacas são executadas através de injeções de calda de cimento com
pressões elevadas, em que no tubo-manchete há refluxo ou retorno de calda sob pressão, durante
a execução (PRESA & POUSADA, 2001).
36
2.5 - MÉTODO EXECUTIVO DA MICROESTACA
O estudo de caso discutido neste trabalho, no item 3, envolve a utilização de microestaca no
reforço de fundações inicialmente adotados. Sendo assim, a partir deste item, os aspectos
referentes à microestacas serão aprofundados.
A execução de uma Microestaca compreende fundamentalmente 5 (cinco) fases
consecutivas, conforme apresentado na figura 2.13:
Figura 2.13 - Fases de Execução da Microestaca (ABMS/ABEF, 2006)
Fase 1 - Perfuração auxiliada por circulação de água
A perfuração (Figura 2.14) no solo é realizada por rotação de tubos com o auxílio de
circulação de água, que é injetada pelo interior deles e retorna à superfície pela fase externa.
Esses tubos vão sendo emendados (por roscas) à medida que a perfuração avança, sendo
37
posteriormente recuperados após a instalação da armadura e preenchimento do furo com
argamassa (MAIA, et al., 2006 e PRESA & POUSADA, 2001).
Figura 2.14 - Execução do furo
Fase 2 - Instalação do tubo manchete
Após a perfuração atingir a cota de projeto, continua-se a injetar água, sem avançar a
perfuração, para promover a limpeza do furo. A seguir ocorre a instalação de tubo manchete
(Figura 2.15) de aço ou de PVC rígido, dotado de válvulas espaçadas de aproximadamente 1m;
38
Figura 2.15 - Instalação do tubo manchete
Quando se usa tubo de PVC, o mesmo é obrigatoriamente envolvido por armadura
longitudinal, pois o PVC não contribui para resistência estrutural da estaca, ao contrário do que
ocorre quando esse tubo é de aço (PRESA & POUSADA, 2001 e ABMS & ABEF, 2004).
Fase 3 - Execução da “bainha”
Após a instalação do tubo manchete, é confeccionada a bainha (espaço entre o tubomanchete e o tubo de revestimento ou parede de furo), injetando-se calda de cimento pela válvula
inferior até extravasar pela boca do furo; concomitante com essa operação, o tubo de
revestimento vai sendo removido (PRESA & POUSADA, 2001).
Fase 4 - Injeção da calda de cimento
Injeção de pasta de cimento é feita após a bainha ter concluído a pega (cerca de 12h após
a confecção da bainha), com o auxílio de um tubo dotado de obturador duplo (Figura 2.16),
(Figura 2.17) acoplado a um misturador e bomba de injeção, permitindo aplicar pressões de 1 a 3
MPa, medidas num manômetro instalado na tubulação de injeção.
39
Para atender o consumo mínimo de cimento de 600 kg/m³, estipulado pela NBR 6122 o
traço normalmente utilizado contém 80 litros de areia para 1 saco de cimento e 20 a 25 litros de
água, o que confere à argamassa uma resistência característica elevada, superior a 20MPa
(EXATA, 2005).
Figura 2.16 - Procedimento para iniciar a injeção da calda de cimento
Figura 2.17 - Injeção de calda de cimento
40
A injeção é feita no sentido ascendente através de cada uma das manchetes ou válvulas
(do tubo manchete), (Figura 2.18) conferindo ao fuste da estaca múltiplos bulbos fortemente
comprimidos contra o solo, que aumentam significativamente a resistência por atrito lateral (mais
que nas estacas raiz) (PRESA & POUSADA, 2001).
Figura 2.18 - Detalhe de obturador de Injeção (SOLOTRAT, 2007)
Fase 5 - Vedação do tubo manchete
A vedação da parte central do tubo-manchete é feita através do preenchimento com pasta
de cimento ou argamassa, depois de concluídas as injeções; nesta fase, se for necessário, pode-se
complementar a armadura instalando barras longitudinais junto ao tubo-manchete de aço (Figura
2.19); caso se use o tubo manchete de PVC rígido, é obrigatório o uso da armadura constituída
por barras de aço, pois o PVC não tem função estrutural (PRESA & POUSADA, 2001).
Figura 2.19 - Conclusão da Injeção
41
2.6 - PROCEDIMENTO PARA AVALIAÇÃO E CONTROLE DOS SERVIÇOS
EM CAMPO
A execução de qualquer fundação, superficial ou profunda, deve ser controlada. O controle
implica, além do registro, na interpretação dos dados registrados de maneira rápida e objetiva,
utilizando-se as premissas adotadas quando da elaboração do projeto. Se durante a execução, as
premissas de projeto vão sendo confirmadas, nada deve ser mudado na execução; caso contrário,
se ocorrerem diferenças, estas devem ser imediatamente comunicadas à equipe de projeto, para
que se proceda à revisão da previsão, ou a novas investigações geotécnicas (VELLOSO &
ALONSO, 2000).
É desejável que o comportamento da obra seja acompanhado ao longo de algum tempo
após sua conclusão, resultando em ensinamentos valiosos para o futuro. Apesar de ser uma
recomendação expressa na norma NBR 6122, ele é raramente feito (VELLOSO & ALONSO,
2000).
Em estacas escavadas, como estaca-raiz e microestaca, existe uma deficiência no controle
de campo da capacidade de carga, pois o material escavado vem totalmente desagregado e
misturado com o solo carregado pela água, durante a perfuração, dificultando a comparação com
a sondagem mais próxima. As provas de carga exigidas pela norma, nesses tipos de estacas,
nunca são realizadas e, se acontecer a substituição de prova de carga à compressão por tração,
neste tipo de estacas, pode conduzir a resultados contra a segurança (VELLOSO & ALONSO,
2000).
Por esses motivos é que o controle deve ser feito não só sobre os dados de instalação das
estacas, como também sobre os materiais que as compõem. A seguir serão listados alguns
procedimentos de controle necessários para a estaca-raiz e microestaca, utilizados como
procedimento padrão por várias empresas do ramo, tendo como referência o trabalho
desenvolvido pela empresa SOLOTRAT – Engenharia Geotécnica.
42
2.6.1 - Perfuração:
Na perfuração em solo ou solo e rocha deve ser usada, ou perfuratriz rotativa ou roto percussiva, com a descida do tubo de revestimento. Caso haja dificuldade para o avanço do tubo
de revestimento, devem ser empregadas brocas de três asas, para a execução de pré-furo ou ainda
para limpeza do interior do furo. A tabela 2.3 os procedimentos para avaliação dos serviços após
a perfuração.
Tabela 2.3 - Procedimento para avaliação dos serviços
Número do serviço
Aspecto a ser verificado
Avaliação dos serviços
01
Dificuldades de avanço
Executar pré-furo com brocas
três asas, ou tricone
02
Profundidade de descida do
tubo
Comparar com o comprimento
previsto
03
Medir a profundidade
Esta medida deve ser no
mínimo, igual à do projeto.
Quando houve diferenças entre
as somas dos segmentos de
revestimento introduzidos no
solo e a profundidade medida,
deve constar, no boletim
executivo da estaca
correspondente, a justificativa
do processo decisório adotado
para estes casos.
2.6.2 - Montagem e colocação da armadura
A montagem e colocação da armadura devem ser feitas após a limpeza interna do tubo de
revestimento. Em relação à montagem das armaduras deve-se garantir o recobrimento mínimo de
20 mm, e nas microestacas o tubo metálico deve ser amarrado e verificar suas roscas ou condição
das soldas.
A emenda das barras da estaca-raiz (Figura 2.20), quando necessário deve ser feita
conforme a NBR 6118, para os tubos de aço, devem ter garantida sua axialidade por meio de
gabaritos auxiliares.
43
Figura 2.20 - Detalhe da Armação para Estaca-Raiz (SOLOTRAT, 2007).
A tabela 2.4 mostra os procedimentos para avaliação dos serviços para montagem e
colocação da armadura.
Número do serviço
01
Disposição e tipo da
armadura, cobrimento
Conforme projeto,
mínimo de 20 mm.
02
Emendas
Traspasse ou solda,
03
Limpeza
04
Armadura
Conforme norma, ou de
acordo com o projeto.
Água de retorno sem
detritos sólidos.
Profundidade alcançada.
44
2.6.3 - Injeção:
A injeção da argamassa deverá ser executada de baixo para cima, no caso de estaca-raiz;
Para as microestacas, a injeção inicial deve preencher o espaço anelar entre o furo e o tubo. Isto
pode ser obtido com o preenchimento do furo e a posterior introdução do tubo, ou pela injeção
através de válvula inferior, após a instalação do tubo no furo, que é chamada de injeção de
bainha.
Ao lançar a argamassa ou calda de cimento (Figura 2.21), deve-se usar a bomba injetora,
através da composição de injeção, posicionando o tubo de injeção de argamassa no fundo do
furo. No caso da microestaca, a calda de injeção também será introduzida com o auxílio de
bomba injetora (Tabela 2.5), por meio do obturador duplo (Figura 2.22), na extremidade inferior
da composição da injeção.
Figura 2.21 - Lançamento da calda de cimento
Figura 2.22 - Obturador
45
Número do serviço
01
Lançamento da argamassa.
Posição da composição de
injeção no fundo da estaca
02
Sentido da injeção
De baixo para cima
03
Interrupção da injeção
Até a argamassa sair
limpa
2.6.4 - Retirada do revestimento:
Em estaca-raiz pode-se instalar um ou mais tubos de injeção de fase única, ao longo da
ferragem, para posterior injeção de calda de cimento com pressão e volume controlado; na
retirada do revestimento, a armadura não pode ser deslocada verticalmente. Em microestacas, o
revestimento deve ser retirado após a colocação do tubo de armação (Tabela 2.6).
Número do serviço
01
Verificar o abatimento do
nível da argamassa no
interior do tubo
02
Colocação da cabeça do
revestimento para a
aplicação de ar
comprimido
03
Alternativa para a
utilização de bomba de
injeção de argamassa
com pressão de trabalho
superior a 0.3 MPa
04
Retirada do revestimento
05
Argamassa
Complementar o volume
de argamassa
A cada 4,0 m ou, no
mínimo três vezes por
estaca, (na ponta inferior,
no meio e a 2,0 m de
profundidade da
superfície), para permitir
a aplicação de ar
comprimido
Complementação da
argamassa, utilizando a
cabeça do revestimento e
pressão mínima de 0.3
MPa
Verificar o não
deslocamento da
armadura
Preenchimento até a
superfície
46
2.6.5 - Preparo da cabeça da Estaca
No preparo da cabeça da estaca-raiz deve acontecer com o seu preenchimento até a
superfície do terreno. O arrasamento da cabeça da estaca deve ser executado de modo a não
causar danos à mesma (Figura 2.23) e (Figura 2.24).
Figura 2.23 - Preparo da cabeça Estaca-Raiz (SOLOTRAT, 2007).
Figura 2.24 - Arrasamento - quebra da cabeça da estaca
Em microestaca deve-se, seguir o detalhe do projeto (Tabela 2.7), que usualmente prevê a
soldagem de chapa no topo do tubo ou o cobrimento do feixe de barras de aço em seu interior
(Figura 2.25).
47
Figura 2.25 - Preparo da cabeça da Microestaca (SOLOTRAT, 2007).
A tabela 2.7 apresenta os cuidados necessários para o preparo da cabeça da estaca.
Número do serviço
01
Excesso de argamassa na parte
superior terminal da estaca
Demolir e completar com
pescoço, quando a
demolição ficar em nível
inferior ao da cota de
arrasamento
02
Posição dos ponteiros
Pequena inclinação para
cima
03
Seção do desmonte
Topo da estaca
Plana e horizontal
Embutimento de 5 cm
dentro do bloco
Armadura
Ancoragem no bloco
48
2.7 - MÉTODOS
DE
CÁLCULO
DA
CAPACIDADE
DE
CARGA
DE
FUNDAÇÕES PROFUNDAS
2.7.1 - Capacidade de Carga de Estaca Isolada
A capacidade de carga PR (Figura 2.26) é definida como a soma das cargas máximas que
podem ser suportadas pelo atrito lateral PL e pela ponta PP (VELLOSO & ALONSO, 2000).
1)
Figura 2.26 - Transferência de carga de uma estaca isolada (VELLOSO & ALONSO, 2000).
A capacidade de carga axial pode ser calculada por dois métodos semi-empíricos (AokiVelloso e Décourt-Quaresma), utilizando os resultados das sondagens à percussão (DÉCOURT,
ALBIERO & CINTRA, 2006).
49
Método de Décourt-Quaresma:
Este método calcula a capacidade de carga de estaca a partir do Nspt de sondagem
próxima da estaca (GUSMÃO F., 2003).
(2)
Onde:
Qult= Capacidade de carga da estaca
Ab= Área de base da estaca
qp= Resistência unitária na ponta da estaca
τL= Resistência unitária por atrito lateral
U e L são, respectivamente, o perímetro e o comprimento total da estaca.
A resistência de ponta é dada por:
Segundo Gusmão Filho (2003), o valor de K é dado pela tabela 2.8 e Nspt é a média entre
o valor da resistência dinâmica N correspondente à ponta da estaca, imediatamente anterior e
posterior à referida cota.
Tabela 2.8 - Valores de K Décourt-Quaresma (GUSMÃO F., 2003)
TIPOS DE SOLO
K tf/m²
Argila
12
Siltes argilosos (solo residual)
20
Siltes arenoso (solo residual)
25
Areia
40
O atrito lateral é dado por:
)
N’= Valor médio de Nspt ao longo do fuste, independente do tipo de solo
50
Os valores de Nspt tanto podem ser os dados do SPT tradicional quanto os correspondentes
ao Neq com medição de torque, SPT-T. Segundo Décourt, Neq do SPT-T é definido como o
valor do torque T em Kgf.m dividido por 1,20 (DÉCOURT, ALBIERO, & CINTRA, 2006 e
GUSMÃO F., 2003):
Para estacas escavadas, sugere-se que sejam considerados os coeficientes α e β na
capacidade de carga da ponta e de atrito, aplicáveis na equação abaixo:
Os valores de α e β os valores proposto por Décourt-Quaresma, estão apresentados nas
tabelas 2.9 e 2.10:
Tabela 2.9 - Valores de α Décourt-Quaresma (GUSMÃO F., 2003)
Estaca
Escavada Escavada
Hélice
Raiz
Injetada sob
(betonita) Contínua
altas pressões
Solo
Argila
Solo Interm.
Areia
α
0,85
0,60
0,50
α
0,85
0,60
0,50
α
0,30
0,30
0,30
α
0,85
0,60
0,50
α
1,00
1,00
1,00
Tabela 2.10 - Valores de β Décourt-Quaresma (GUSMÃO F., 2003)
Estaca Escavada Escavada
Hélice
Raiz
Injetada sob
(betonita) Contínua
altas pressões
Solo
Argila
Solo Interm.
Areia
β
0,80
0,65
0,50
β
0,90
0,75
0,60
β
1,00
1,00
1,00
β
1,50
1,50
1,50
β
3,00
3,00
3,00
Método de Aoki-Velloso:
O método de Aoki e Velloso consta do estudo comparativo entre resultados de provas de
carga em estaca e de Nspt, e o valor de Nspt é obtido pelo ensaio de penetração continua (CPT)
(GUSMÃO F., 2003).
51
Este método estipula que a capacidade de carga da estaca é admitida igual à soma de duas
parcelas, em que para estacas de seção constante com a profundidade (VELLOSO & ALONSO,
2000 e GUSMÃO F., 2003), tem-se:
Onde:
•
Q ult.= capacidade de carga da estaca
•
Ab= área da base da estaca
•
qp= resistência unitária na ponta da estaca
•
τL= resistência unitária por atrito lateral da estaca
•
∆L= trecho do comprimento L da estaca, com τL de mesmo valor
•
U= perímetro.
As resistências unitárias na ponta e nos lados da estaca podem ser relacionadas,
respectivamente, com a resistência de ponta e a resistência lateral do cone holandês (CPT), pela
equação (GUSMÃO F., 2003):
Onde F1 e F2 apresentados na tabela 2.11 são fatores de escala e execução.
52
Tabela 2.11 - Valores de F1 e F2 de Aoki- Velloso (GUSMÃO F., 2003)
TIPO DE ESTACA
F1
F2
Franki
2,50
5,00
Metálica
1,75
3,50
Pré Moldada de Concreto
1,75
3,50
Escavada
3,00
6,00
Raiz
2,00
4,00
Hélice
2,00
4,00
Omega
2,00
4,00
A expressão de capacidade de carga de uma estaca “Q
assim estimada:
α e β estão apresentados na tabela 2.12.
ult”
segundo Aoki-Velloso resulta
53
Tabela 2.12 - Valores de K e α Aoki-Velloso (GUSMÃO F., 2003)
SOLO
K
α
Areia
10,0
1,4
Areia Siltosa
8,0
2,0
Areia silto-argilosa
7,0
2,4
Areia Argilo-siltosa
5,0
2,8
Areia Argilosa
6,0
3,0
Silte arenoso
5,5
2,2
Silte areno-argiloso
4,5
2,8
Silte
4,0
3,0
Silte
2,5
3,0
Argilo-arenoso
2,3
3,4
Silte argiloso
3,5
2,4
Argila areno-siltosa
3,0
2,8
Argila silto-arenosa
3,3
3,0
Argila siltosa
2,2
4,0
Argila
2,0
6,0
54
2.7.2 - Capacidade de Carga de Estacas em Rocha
Segundo a NBR 6122(1996), para a fixação da pressão admissível de qualquer fundação
sobre rocha, deve-se levar em conta a continuidade desta, sua inclinação e a influência da atitude
da rocha sobre a estabilidade. Pode-se assentar fundação sobre rocha de superfície inclinada
desde que se prepare, se necessário, esta superfície (por exemplo: chumbamentos, escalonamento
em superfícies horizontais), de modo a evitar deslizamento da fundação.
A escolha da pressão admissível da rocha padm pode ser feita por um dos processos abaixo
(GUSMÃO F., 2003):
a) Normas e códigos de construção
b) Métodos empíricos
c) Métodos racionais com base na capacidade de carga
d) Prova de carga em escala real.
Segundo Gusmão F. (2003), a prova de carga em escala real é naturalmente o método
mais indicado. As normas e códigos de construção fornecem pressões de valor conservador
refletem em geral a experiência local. É o caso da norma brasileira NBR 6122/1996, que fornece
os valores indicados na tabela 2.13, usualmente conservadores.
Entende-se que a rocha onde serão apoiadas as fundações não deverá ser intemperizada e
deverá ter, em geral, alta resistência e baixa compressibilidade. O resultado é que se tenha uma
fundação na rocha sem problemas de capacidade de carga ou recalque, pela natureza da rocha
(GUSMÃO F., 2003).
55
Tabela 2.13 - Pressões básicas para material rochoso (σo) (NBR6122, 1996)
Classe
Descrição
Valores (MPa)
01
Rocha sã, maciça, sem laminação ou sinal de decomposição
3,0
02
Rochas laminadas, com pequenas fissuras, estratificadas
1,5
03
Rochas alteradas ou em decomposição
04
Solos granulares concrecionados - conglomerados
1,0
05
Solos pedregulhosos compactos a muito compactos
0,6
06
Solos pedregulhosos fofos
0,3
07
Areias muito compactas
0,5
08
Areias compactas
0,4
09
Areias medianamente compactas
0,2
10
Argilas duras
0,3
11
Argilas rijas
0,2
12
Argilas médias
0,1
13
Siltes duros (muito compactos)
0,3
14
Siltes rijos (compactos)
0,2
15
Siltes médios (medianamente compactos)
0,1
ver nota c
Notas:
a) Para a descrição dos diferentes tipos de solo, seguir as definições da NBR 6502.
b) No caso de calcário ou qualquer outra rocha cárstica, devem ser feitos estudos especiais.
c) Para rochas alteradas ou em decomposição, têm que ser levados em conta a natureza da rocha
matriz e o grau de decomposição ou alteração.
“As estacas escavadas com injeção, quando não penetrarem em rocha, devem ser
dimensionadas levando em conta apenas o atrito, utilizando-se alguns dos métodos consagrados
na técnica. Este dimensionamento é válido tanto à compressão quanto à tração. No caso de
estacas que penetram em rocha, é lícito somar a resistência de atrito à resistência de ponta na
rocha, no caso de estacas de compressão, desde que se garanta um embutimento mínimo de três
diâmetros” (NBR6122, 1996).
56
As Análises teóricas e experimentais sugerem que a capacidade de carga de ponta de
estacas em rocha seja dada por (DÉCOURT, ALBIERO, & CINTRA, 2006):
Teórica:
Prática:
Onde:
qp= capacidade de carga de ponta de estaca em rocha
qu= resistência à compressão simples da rocha.
2.7.2.1 - Capacidade de carga por atrito lateral em rocha:
Segundo Décourt, Albiero e Cintra (2006), o atrito lateral é proporcional à raiz quadrada da
resistência à compressão simples da rocha. A expressão (15) fornece estimativas conservadoras
do atrito lateral unitário qu:
Esta expressão deve, entretanto, ser usada nos casos onde a resistência à compressão
simples da rocha seja superior a 500 kN/m². Em qualquer caso, qs não deve ser superior a 5% da
resistência característica do concreto.
57
2.8 - CAPACIDADE DE CARGA ESTRUTURAL
A carga estrutural admissível de uma estaca é obtida de maneira análoga à de um pilar.
Como na maioria das vezes a estaca se encontra enterrada, não há necessidade de verificar a
flambagem e, portanto, essa carga é obtida por (VELLOSO & ALONSO, 2000):
Em que os coeficientes de majoração da carga gf e de minoração das resistências gc e gs
são limitadas pela NBR 6122 em função do tipo de estaca.
Onde:
Ac: área efetiva do concreto (área da seção transversal menos a área ocupada pela armadura)
fck: Resistência característica do concreto
As: área da armadura
fyk: Resistência Característica do aço.
A carga admissível máxima estrutural das estacas escavadas injetadas é fornecida pela
resistência estrutural dos materiais que a compõem, de modo a garantir um coeficiente de
segurança global à ruptura, mínimo de dois. Essa carga é a máxima possível a adotar para a
estaca, devendo a carga admissível final ser calculada pelos métodos de transferência de carga
para o solo (VELLOSO & ALONSO, 2000).
Para cálculo da capacidade de carga estrutural à compressão, a NBR 6122 separa as estacas
escavadas injetadas em dois grupos:
a. As estacas que utilizam aço com resistência característica de até 500 MPa e
percentagem de aço inferior a 6%. Neste caso, o dimensionamento será feito como pilar
58
de concreto armado, levando-se em conta a flambagem e considerando, para seção
transversal da argamassa, a área da estaca reduzida da área da armadura (NBR6122,
1996).
b. As estacas que utilizam aço com resistência característica superior a 500 MPa ou
percentagem de aço superior a 6%. Neste caso, despreza-se a contribuição da
capacidade de carga da argamassa, sendo toda a carga, suportada pela armadura
(NBR6122, 1996).
Com base nas considerações feitas anteriormente, foi desenvolvida uma tabela (Figura
2.14) que fornece as cargas admissíveis estruturais máximas para as estacas raiz e microestacas,
baseada na expressão proposta por Alonso.
Onde:
As= seção transversal da armadura (inferior a 6% da seção da estaca);
D= diâmetro da estaca;
N= carga de compressão;
fck= Resistência característica da argamassa (20MPa) ou da nata de cimento (25MPa);
fyk= Resistência do aço (para o aço CA 50ª fyk=500MPa).
A expressão (18) é utilizada para fornecer as cargas admissíveis estruturais máximas
quando as estacas injetadas utilizam aço com porcentagem superior a 6%, desprezando a
contribuição da argamassa ou nata de cimento.
59
A tabela 2.14 apresenta dimensionamento estrutural de microestaca tubular.
Tabela 2.14 - Dimensionamento estrutural de Microestaca (SOLOTRAT, 2007).
60
2.9 - REFORÇO DE FUNDAÇÃO
Os reforços de fundação representam uma intervenção no sistema solo-fundação-estrutura
existente, visando modificar seu desempenho. Tal intervenção se faz necessária nos casos em que
as fundações existentes se mostrem inadequadas para o suporte das cargas atuantes ou, ainda,
quando ocorrer um aumento no carregamento e, este novo valor, não puder ser absorvido sem
riscos e reduções consideráveis nos coeficientes de segurança. (GOTLIEB, 2006).
As causas prováveis para o mau despenho de uma fundação já existente são (SPECHT,
2002 e GOTLIEB, 2006):
•
Ausência, insuficiência, ou má qualidade da investigação geotécnica
•
Má interpretação dos resultados da investigação geotécnica
•
Avaliação errônea dos valores dos esforços provenientes da estrutura
•
Adoção inadequada da tensão admissível do solo ou da cota de apoio da fundação
•
Modificação no carregamento devido à mudança no tipo de utilização da estrutura,
como no caso de transformação para armazenamento denso de produtos pesados.
A depender do tipo de reforço, ele pode ser classificado como:
Reforço Permanente: Aquele que se torna necessário em termos definitivos, em
virtude do mau desempenho das fundações originais. Seria também o caso de um
aumento no carregamento aplicado às fundações, em função de aplicações ou de
modificações na utilização da edificação. Sua implantação visa complementar a
capacidade de suporte das fundações existentes.
61
Reforço Provisório: Aqueles que são aplicados somente para permitir que sejam
efetuados os serviços de reforço permanentes, ou para que uma fundação possa ser
sobrecarregada provisoriamente para atender a uma condição especial de curta
duração. Seriam os casos em que mesmo não sendo defeitos, os reforços não
seriam necessários a partir de um determinado instante.
A escolha do tipo de reforço a ser adotada é função do diagnóstico alcançado e da
experiência e julgamento dos profissionais envolvidos no problema, sendo necessário considerar
as diversas condicionantes para poder escolher o tipo de reforço.
As condicionantes técnicas são necessárias para que haja uma perfeita compatibilidade
entre as condições do solo, da estrutura e do reforço. O tempo para execução do reforço deve ser
compatível com a resposta da obra (GOTLIEB, 2006).
É necessário adequar a relação custo/benefício do reforço. Deve-se verificar se os custos
de reforço são compatíveis com o valor da construção no mercado.
O caso de reforço com estacas injetadas, denominadas Estaca Raiz e Microestaca, exige
equipamentos de pequeno porte, sendo recomendados para locais de difícil acesso e pequeno pé
direito, como subsolo e edifícios. O principal cuidado na especificação e execução do reforço
com esse sistema é evitar o aumento dos recalques no inicio dos trabalhos (LEAL, 2001).
As estacas injetadas (Figura2.27) podem ser instaladas inclinadas ou verticalmente ao
lado da peça a ser reforçada ou, ainda, perfurando a sapata ou blocos de coroamento sendo
incorporadas nestas peças (GOTLIEB, 2006).
Figura 2.27 - Reforço por estaca injetada (GOTLIEB, 2006)
62
Segundo Gotlieb (2006), as estacas injetadas têm a vantagem de não ocasionar vibrações
durante sua implantação, as quais poderiam prejudicar ainda mais as condições de instabilidade
das fundações. Por outro lado, deve-se considerar que a injeção e a circulação de água sob as
fundações problemáticas podem instabilizar ainda mais as condições existentes.
63
3 - ESTUDO DE CASO
O estudo de caso foi aplicado a uma obra construída na cidade do Salvador-Bahia, cujas
fundações foram executadas com estacas pré-moldadas de concreto (Figura 3.1). A obra é um
Hipermercado e apresentou problema durante a execução das fundações, necessitando de reforço
das mesmas.
Figura 3.1 - Estaca Pré-moldada de Concreto utilizada na construção – tipo SCAC
(http://www.benaton.com.br)
A empresa responsável pela construção do empreendimento, com base nos dos relatórios
de sondagens a percussão viabilizou a cravação das estacas pré-moldadas de concreto (Figura
3.2), mas, no decorrer da cravação constatou que a estaca não avançava, não atingindo a cota
prevista no projeto.
Figura 3.2 - Cravação das Estacas pré-moldadas de concreto
64
O Engenheiro Geotécnico, consultor da empresa proprietária do empreendimento,
verificou ausência de camada rochosa na cota de interrupção do estaqueamento das estacas prémoldadas e definiu a necessidade de reforço, uma vez que houve má interpretação dos resultados
de investigação geotécnica e do real topo rochoso. O reforço consiste em apresentar uma
intervenção no sistema solo – fundação - estrutura existente visando modificar seu desempenho,
aumentar sua capacidade portante.
Para executar o reforço das fundações, a construtora contratou uma empresa especializada,
que fez um estudo da situação no campo e emitiu um parecer de alternativa de reforço a ser
adotado.
O reforço desta estrutura deveria ser do tipo permanente em virtude do carregamento que
iria atuar na fundação original em estaca pré-moldada de concreto.
Em reunião entre as empresas, ficou decidido continuar a sondagem a percussão,
perfurando estaca por estaca em campo, até a detecção da profundidade real da camada rochosa.
Ao mesmo tempo foi contratada uma empresa de sondagem para realização de sondagens
adicionais (Figura 3.4). As sondagens adicionais (Anexo A) foram comparadas com as
sondagens anteriores. Estas sondagens, realizadas por dentro das estacas instaladas, confirmaram,
que durante a cravação diversas estacas de concreto, ficaram apoiadas em matacões (Figura 3.3),
existentes em cota superior ao real topo rochoso. Esta situação não havia sido identificada no
perfil geotécnico traçado anteriormente em função das sondagens iniciais.
Figura 3.3 - Instante da perfuração de Matacão
65
Figura 3.4 – Locação dos Pontos de Sondagens Adicionais
66
A solução proposta, pela empresa contratada para realizar o reforço, foi baseada no
estudo de alternativas que permitissem uma variedade de soluções, como menor custo e menor
prazo de execução.
Nos pontos onde foram confirmados que as estacas de concreto SCAC cravadas estavam
assente sobre o embasamento rochoso, não foi utilizado nenhum reforço. Essa verificação foi
feita através de perfuração no eixo das estacas, que são vazadas ao longo de todo o comprimento.
Para as estacas que não foram cravadas até o embasamento rochoso, permaneceram
dúvidas sobre a capacidade de suporte das mesmas; então, foi proposto o reforço.
Foram propostas duas soluções para resolução do problema, sendo que a solução
escolhida teria de ser consensual entre as empresas, como sendo a melhor opção para reforço.
A primeira alternativa proposta foi a introdução de pinos formados por um feixe de três
barras de aço CA-50 ∅ 20 mm, fixadas a um tubo (tipo manchete) de PVC com diâmetro de 32
mm. Os pinos seriam instalados em furos executados com uma perfuratriz roto-pneumática no
interior das estacas pré-moldadas de concreto a serem reforçados, perfurando 1m de
profundidade na camada rochosa abaixo da cota de interrupção das cravações e o posterior
engastamento dos pinos que seriam incorporados às estacas formando um único elemento de
fundação.
Esta opção foi descartada porque após a conclusão da programação dos serviços de
campo, foi verificado que abaixo da cota de interrupção do estaqueamento não havia uma
camada rochosa para a instalação dos pinos.
A segunda alternativa consistia na introdução de tubo de aço Schedule e armadura
complementar com barras de aço CA-50 internamente nas estacas pré-moldadas de concreto. O
tubo Schedule deveria estar compreendido entre um trecho que envolve o topo da estaca cravada
até o engastamento na rocha, sendo preenchida através de injeção em alta pressão de nata/calda
de cimento (fator a/c=0,5) no sentido ascendente (Figura 3.5) e (Figura 3.6). Esta solução em
resumo consiste da execução de microestaca no “miolo” vazado das estacas SCAC.
67
Figura 3.5 - Detalhe do trecho engastado das estacas na rocha
Figura 3.6 - Corte Esquemático das Estacas
68
Os procedimentos de execução da microestaca sofreram variações quanto às etapas
executivas, em virtude das adaptações necessárias às características construtivas da obra, bem
como, da concepção geotécnica e estrutural da obra.
As etapas executivas realizadas no reforço da fundação com microestaca estão descritas a
seguir, para melhor compreensão do processo.
A etapa de perfuração (Figura 3.7) foi executada por meio de perfuratrizes de avanço
roto-pneumático, executando-se a operação de lavagem com circulação de água imediatamente
após a perfuração, unicamente por fluxo de água abundante no sentido do fundo do furo para a
superfície.
Figura 3.7 - Continuação da perfuração
Alguns cuidados foram tomados durante a perfuração para que não houvesse problema na
execução da microestaca. No caso da construção em questão, o cuidado foi à comparação do
comprimento do tubo manchete até o comprimento de engastamento na rocha, onde a medida da
profundidade do tubo deveria ser compreendida no mínimo a especificada em projeto de reforço.
Em outro momento, depois de verificar o comprimento do furo, iniciou-se a instalação
das armaduras de reforço da estaca pré-moldada, no seu interior (Figura 3.8). Essas armaduras
eram do tipo tubo manchete em aço SCH 60 · 2½” e foram complementadas por aço CA-50 para
a absorção de esforços de compressão.
69
Figura 3.8 - Corte representativo do reforço na estaca pré-moldada de concreto
A figura 3.9 mostra os tipos de “Schedule”.
Figura 3.9 - Tubo de Aço Schedule
A montagem e colocação da armadura só foram feitas após a limpeza completa do tubo
manchete, através da retirada de todos os detritos sólidos após a injeção de água (Figura 3.10).
Figura 3.10 - Detritos sólidos retirados após a limpeza
70
Após a instalação da armadura complementar da estaca, foram executadas as injeções da
calda/nata em alta pressão no sentido de baixo para cima, para garantir que a água ou lama de
perfuração sejam substituídos pela calda, proporcionando resistência de ponta à microestaca.
A figura 3.11 mostra o detalhe das válvulas tipo manchete.
Figura 3.11 - Detalhe do sistema de injeção mediante válvulas ou manchete
(http://www.exatafundações.com.br)
O arrasamento da cabeça das estacas foi feito no nível da base do bloco de coroamento,
tendo-se o cuidado de remover a camada de argamassa excedente, e de cortar o tubo de tal modo
que o mesmo ficasse ancorado no bloco, de acordo com as especificações do projeto estrutural.
71
4 - CONCLUSÃO
A partir do estudo apresentado foi possível apresentar as seguintes conclusões:
• As estacas injetadas são muito utilizadas como alternativa de reforço estrutural para
fundações, possuindo diversas vantagens tais como possibilidade de maior inclinação,
maior densidade de armadura, pequenas vibrações durante a execução e elevada
capacidade de carga.
• Atualmente, a microestaca pode ser utilizada como alternativa de fundação, deixando o
posto de reforço e integrando, desde o processo de construção, o grupo de fundações.
• Na engenharia, as condicionantes técnicas, econômicas e de segurança são fatores
determinantes para a escolha de um reforço de fundação. Por atenderem a estes requisitos
de forma satisfatória, as estacas injetadas são altamente utilizadas como forma de
solução.
• A execução da microestaca no interior das estacas pré-moldadas de concreto, com
acréscimo de barras de aço CA 50, é uma alternativa técnica que aumenta a capacidade de
carga da estaca pré-moldada, através da solideização do reforço com a estaca SCAC.
• As investigações geotécnicas e a interpretação dos seus resultados são fatores
determinantes na escolha do tipo de fundação e da sua cota de apoio.
• A observação e a experiência de um profissional são importantes para nortear a tomada
de decisão no projeto e na execução de fundações.
72
REFERÊNCIAS
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74
SOLOTRAT. (2007). Manual Técnico de Engenharia Geotécnica. (SOLOTRAT, Ed.) (2ª
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SPECHT, L. P. (2002). Reforço de Fundação. UNIJUÍ.
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VELLOSO, D. A., & ALONSO, U. R. (2000). Previsão, Controle e Desempenho de Fundações.
Previsão de Desempenho X Comportamento Real , 111-112.
75
ANEXO
76
77
78
79
80
81
82
83

patrick de almeida rodrigues

Transcrição

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