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ESTACA ESCAVADA, BARRETE ERAIZ (EM SOLO E ROCHA):
CONCEITOS BÁSICOS, EXECUÇÃOE ESTUDO DE CASOS
Eng. Celso Nogueira Corrêa
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INTRODUÇÃOO que é fundação?
São elementos estruturais cuja função é transmitir para o terreno as açõesatuantes na estrutura. Uma fundação deve transferir e distribuir seguramenteas ações da superestrutura ao solo, de modo que não cause recalquesprejudiciais ao sistema estrutural ou ruptura do solo.
A escolha do tipo de fundação deve considerar aspectos que vão desde anatureza dos solos até o orçamento completo da obra. Deverão serconhecidos pelo menos:•natureza e características do solo no local da obra (investigação geotécnica“in situ” e ensaios de laboratório);•posicionamento do lençol freático (investigação geotécnica e poços deprova);•disposição, grandeza e natureza das cargas a serem transferidas aosubsolo (fornecidas pelo projeto de estrutura);•limitações dos tipos de fundações existentes no mercado e as restriçõestécnicas impostas a cada tipo de fundação (conhecimento do engenheirogeotécnico de projeto e ou das empresa);• Noções do orçamento completo (material, mão-de-obra, transporte) dassoluções possíveis.
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Tipos de Fundação:
FUNDAÇÃO DIRETA: Sapatas isoladas, sapatas corridas e radier.
FUNDAÇÃO PROFUNDA: São estacas e tubulões que podem ser a céu aberto e a ar comprimido.
ESTACAS: Podem ser divididas em pré-fabricadas e moldadas “in loco”.
Moldadas “in loco”, podem ser: - Brocas manuaisEstacas Escavadas peq. diâm.Estacas StraussHélice Contínua Monitorada
FrankiRaizEstaca Escada gde. diâm.Barrete
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CRITÉRIOS DE PROJETO E DIMENSIONAMENTOEstado Limite Último (ELU)
•Limite de ruptura do elemento estrutural
•Limite de ruptura do sistema estaca/solo
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CRITÉRIOS DE PROJETO E DIMENSIONAMENTOCARGA DE RUPTURA - ELU
QRup = AP.qP + U.Σ(Δl.qL)Em que:
QRup: carga de ruptura do sistema (ELU);AP: área de ponta;qP: resistência de ponta;U: perímetro da estaca;qL: adesão lateral;∆l: comprimento da estaca na camada considerada.
Qsol
qLQL
qP
QP
QRup = QP + QL
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CRITÉRIOS DE PROJETO E DIMENSIONAMENTOEstado Limite de Serviço (ELS)
•Limite de recalques e deslocamentos excessivos
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CRITÉRIOS DE PROJETO E DIMENSIONAMENTOCARGA ADMISSÍVEL - ELS
Carga admissível é a carga suportada pelo sistemaestaca/solo que não causa ruptura e provocaapenas recalques suportáveis pela estrutura. A cargamáxima aplicada pela estrutura (Qsol) pode ser nomáximo igual a carga admissível.
Qsol ≤ Qadm » Atendido ELS
Qadm ≤ Qrup » Atendido ELU FS
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDOESTABILIZANTE: ESTACÕES E BARRETES
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE
b) Barretes ou estacas diafragma: estacascom seção transversal retangular,escavadas com “clam-shells”. Normalmentede 0,30 a 0,60 m na menor dimensão e 2,50e 3,20 na maior dimensão, ou aindaformando figuras geométricas com esseselementos.
Existem basicamente dois tipos de estacas escavadascom fluido estabilizante:
a) Estacões: estacas circulares com diâmetrovariável entre 0,60 e 2,00 m, escavadas porrotação.
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE
•Trata-se de estacas moldadas in loco com uso de fluidoestabilizante (lama bentonítica ou polímero) cuja função éestabilizar as paredes das escavações, garantir a boaqualidade das peças executadas por concretagem submersae manter resíduos da escavação em suspensão, evitando suadeposição no fundo da escavação.
•Essas estacas são executadas geralmente quando se temcargas elevadas e condições adversas do subsolo, tais comosolo mole, areias fofas lençol freático a pouca profundidadeetc.
• Devido à degradação ambiental, tem-se utilizado polímeros,ou técnicas para substituição total ou parcial da lamabentonítica para concretagem.
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Definições e características
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• Viscosidade – Funil de Marsh30 a 90 s (lama bentonítica)> 100s (polímero)
• Densidade – Balança de lama1,025 a 1,100 g/cm³
• pH – Papel pH7 a 11
• Teor de areia – Baroid sand content< 3% (lama bentonítica)0% (polímeros – toda a areia decanta)
ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTECaracterísticas do fluido estabilizante
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• Consumo mínimo de cimento = 400kg/m³
• fck > 30 MPa
• Abatimento (“Slump-test”) = 22 + 3cm
• Fator água/cimento = 0,55
• Diâmetro máximo do agregado não superior a10% do diâmetro interno do tubo tremonha –pedra 1 com dimensão máxima característicade 19mm.
ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTECaracterísticas do concreto
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTECaracterísticas
• Esse tipo de estaca não causa vibração, ruído ésuportável, porém necessita de área relativamentegrande para a instalação dos equipamentos eacessórios necessários à sua escavação;
• Pode ser executada de uma cota muito acima doarrasamento, portanto é muito utilizada em casos ondenão é possível escavar a obra antes da execução dasestacas.
• Os métodos de cálculo de capacidade de carga maisutilizados para esse tipo de estaca são Davi Cabral, Aoki-Veloso adaptado, Décourt-Quaresma adaptado eTeixeira.
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEMétodos de previsão de capacidade de cargaMétodos teóricos
Para o dimensionamento em projeto de fundações profundas, foram desenvolvidos métodos teóricos sobre a interação estaca-solo envolvendo diversos parâmetros geotécnicos relacionados à natureza do solo que, na maioria das vezes, não são facilmente obtidos.
“Pode-se observar que essas diversas teorias conduzem a resultados tremendamente díspares. De fato, o fator Nq varia cerca de cinco vezes entre os valores máximo e mínimo para f = 30° e cerca de dez vezes para f = 40°.
Além do mais, uma variação de apenas 5° no ângulo de atrito, de 30° para 35°, pode significar um aumento de aproximadamente 100% na capacidade da carga, segundo Vesic (1963) e Berezantsev et al (1961), ou de cerca de 150%, segundo Meyerhof (1951).”
Décourt, 1996
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEMétodos de previsão de capacidade de cargaMétodos semi-empíricos
Por conta da complexidade dos parâmetros dos métodos teóricos, muitos pesquisadores desenvolveram métodos semi-empíricos baseados em estudos estatísticos, retroanálise de provas de carga e em sua própria experiência, levando em consideração as características do solo de determinada região. Os mais utilizados para estacas escavadas são:
•Décourt-Quaresma (1978);•Aoki-Velloso (1975);•Teixeira (1996);•David Cabral (estacas em rocha) (2000).
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EXECUÇÃO DAS ESTACAS
ESTACA ESCAVADA, BARRETE E RAIZ
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em solo
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em solo
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em solo
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em solo
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em solo
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEArrasamento das estacas
Estaca concretada, pronta para ser arrasada
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Arrasamento das estacas
Arrasamento das estacas, executado com rompedor na posição horizontal.
Cabeça, plana, horizontal e 5 cm acima do lastro de concreto magro.
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEPerfuração em solo e rocha alterada
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em rocha alterada
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em rocha alterada
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em rocha alterada
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em rocha alterada
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em rocha alterada
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em rocha alterada
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em rocha sã
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em rocha sã
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em rocha sã
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em rocha sã
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacão em rocha sã
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacas barrete
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacas barreteEquipamento – perfuração em solo:
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacas barrete
Vídeo: Escavação com “clam shell”.Fonte: Acervo ZF.
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacas barreteEquipamento – perfuração em rocha:
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacas barreteEquipamento – fresa:
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacas barrete
Vídeo: Arrasamento de estaca barrete.Fonte: Acervo ZF.
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ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTEEstacas barrete
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ESTACAS RAIZ
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ESTACAS RAIZDefinições e propriedades•Estaca raiz é uma estaca escavada moldada in loco, injetada com argamassa e considerada de pequeno diâmetro, entre 100 e 450mm, elevada capacidade de carga baseada essencialmente na resistência por atrito lateral do terreno;
•Indicada para grande variedade de situações como locais de difícil acesso, subsolo com presença de matacões, reforço de fundações existentes, entre outros;
•Se constatada a presença de rocha na ponta, pode ser empregada também como estaca com resistência de ponta. Em ambos os casos, o cálculo de uma fundação em estacas raiz é semelhante ao método clássico utilizado em outros tipos de estacas, e baseia-se na capacidade de carga da mesma isoladamente;
•As estacas raiz tem a grande vantagem de atravessar qualquer tipo de terreno, inclusive rocha, matacão, concreto armado e alvenaria. Não causam vibração nem descompressão do terreno.
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ESTACAS RAIZProcedimento1. Perfuração: é realizada por rotação de tubos auxiliada por circulação de água. Na extremidade do tubo é acoplada uma coroa de perfuração adequada às características geológicas da obra.
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ESTACAS RAIZProcedimento2. Instalação da armação: após a perfuração, continua-se com a injeção de água sem avançar a perfuração, para limpeza do furo. A seguir instala-se a armadura.
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ESTACAS RAIZ
Vídeo: Metodologia executiva – estacas raiz.Fonte: Roca Fundações S/S Ltda.
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ESTACAS RAIZ
Vídeo: Estaca raiz – perfuração em rocha.Fonte: Acervo ZF.
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ESTACAS RAIZReforço de fundações
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ESTACAS RAIZSondagem – necessidade de estaca raiz
Matacão
Matacão
Rocha
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ESTACAS RAIZMétodos de previsão de capacidade de cargaDavid Cabral (1986)
O método de David Cabral é utilizado na previsão de capacidade de carga de estacas raiz pois leva em conta a pressão de injeção da nata de cimento durante o processo de execução.
Esse método leva em consideração a variação de camadas atravessadas pela estaca.
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ESTACAS RAIZMétodos de previsão de capacidade de cargaLizzi (1985)
α: coeficiente que depende do tipo de solo em que se situa a ponta da estaca;NP: média dos valores dos SPTs medidos 1m acima e 1m abaixo da ponta da estaca (valores acima de 40 golpes devem ser tomados iguais a 40);AP: área de ponta da estaca;β: índice de atrito lateral;N: média dos valores dos SPTs medidos ao longo do fuste da estaca;P: perímetro do fuste da estaca;L: comprimento útil da estaca.
PAD: carga admissível.
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Caso de obra onde foram utilizadasas duas soluções combinadas.
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