Hélice C ontínua
Monitorada
Consultoria e Coordenação Técnica
Urbano Alonso Consultoria e Projetos Ltda.
Equipe Técnica
Gustavo Alexandre de Moura Gavião
Marcio Abreu de Freitas
Renato Paiva de Oliveira
Denis Pereira de Andrade
Colaboração
Heitor Manrubia
Marcelo Viviani Pinto da Silva
Roberto Carlos Nahas
Gustavo Roberto Ganzerli Nahas
Projeto gráfico
Neopix Design
Última atualização
Junho/2012
2
Introdução
As estacas hélice contínua já são executadas entre nós des-
Embora no passado tenham ocorrido vários problemas na
de 1987, com ampla utilização e divulgação no segmento
concretagem deste tipo de estaca, hoje esses problemas
da construção civil, desde 1993, sendo hoje uma solução
já foram bem equacionados tendo-se, inclusive, um traço
alternativa em praticamente todas as obras que utilizam es-
que as concreteira denominam “concreto para hélice con-
tacas com comprimento de até 34 m, pois podem ser utili-
tínua” constituído por:
zadas em qualquer tipo de solo. Face à sua rapidez executiva, preço competitivo e baixo nível de barulho e vibrações,
em alguns casos é também uma solução alternativa para as
fundações em sapatas e em tubulões a céu aberto.
1.Fator água cimento ≤ 0,6 e pedra 0 (dimensão máxima
característica 12,5 mm);
2.Consumo mínimo de cimento 400 kg/m3 (não é recomendado o uso de cimento ARI);
Durante esse período foram realizadas inúmeras provas de
3.% de argamassa em massa ≥ 55% (massa do cimento +
carga estáticas que atestaram a capacidade de carga des-
massa dos agregados miúdos)*100/massa dos agregados
sas estacas dimensionadas com base em métodos semi-
graúdos);
-empíricos de amplo conhecimento em nosso meio geotécnico. O resultado dessas provas de carga fazem parte
4.Permitido o uso de agregados miúdos artificiais conforme a NBR 7211;
de um banco de dados que veio sendo publicado pelo
engo Urbano R. Alonso desde 1996 (Revista SOLOS e RO-
Embora esse concreto assim confeccionado confira uma
CHAS, vol 19, no 3 e vol 21 no 1; SEFE IV, vol 2; SEFE V, vol
resistência característica mínima de fck = 20 MPa (200 kgf/
2; SEFE VI vol 1; XII COBRAMSEG vol 3 e XIII COBRAM-
cm2), para efeito de dimensionamento estrutural esse valor
SEG vol 2) e trabalhos individuais de outros autores.
não pode ser aumentado devido ao fato de que esses resultados são obtidos em corpos de prova moldados e cura-
Entretanto, como todo tipo de estaca, esta também neces-
dos por ação humana. Já a cura do concreto na estaca é
sita, durante sua execução, de vários cuidados que nem
feita dentro do solo, portanto sem qualquer ação humana
sempre estão muito claros para aqueles que a utilizam. Por
sobre a mesma.
ser uma estaca que tem todas as fases de execução monitoradas por instrumento eletrônico (acoplado a sensores)
Além destas características do concreto, há também a
instalado na cabine e à frente do operador, muitos pen-
necessidade de se usarem bombas de injeção adequadas
sam que esse monitoramento corresponde ao controle da
(capacidade de bombeamento mínima de 20 m3/h para
estaca. Na realidade, o controle pressupõe uma interpre-
estacas com diâmetro máximo de 50 cm e 40 m3/h para
tação desses registros, no instante da execução, (quando
diâmetros superiores).
é possível tomar decisões), e não a posteriori, quando a
estaca já está executada. É um assunto que ainda não foi
plenamente resolvido.
Outro esclarecimento a ser feito é que, ao contrário do que
afirmam alguns dos que comercializam este tipo de estaca,
o equipamento não mede o torque, mas sim a pressão de
injeção do óleo na bomba acoplada à mesa de giro do
trado. Embora o torque seja diretamente proporcional à
pressão de injeção, esta relação é diferente de máquina
para máquina e numa mesma máquina em função da marcha em que o motor estiver.
3
Método Executivo
e Cuidados na Execução
A estaca hélice contínua (continuous flight auger - CFA) é uma estaca de concreto moldada in loco, executada mediante
a introdução no terreno, por rotação, de um trado helicoidal circundante a uma haste tubular (Figura 1) e injeção de
concreto, pela própria haste tubular, simultaneamente com sua retirada, sem rotação (Figura 1). Após a concretagem é
introduzida a armadura (Figura 1).
Figura 1
]
Fase de execução das estacas hélice contínua
.
B 250
Solo
1 - Posicionamento e introdução do trado até a
profundidade necessária.
B 250
B 250
Solo
2 - Injeção do concreto pela haste
central do trado com retirada contínua do mesmo, mantendo-se pressão
positiva até o final da concretagem
Solo
3 - Instalação da
armadura imediatamente após o término
da concretagem
4- Estaca acabada
Para evitar que durante a introdução do trado haja entrada de solo ou água na haste tubular, existe, em sua face inferior,
uma tampa metálica provisória, que é expulsa no início da concretagem. Essa tampa é presa por uma corrente ao trado
de tal sorte que a mesma não é perdida.
Alcançada a profundidade desejada inicia-se a fase da concretagem (após a limpeza de rede, conforme será exposto
adiante) por bombeamento de concreto pelo interior da haste tubular. Sob a pressão do concreto, a tampa provisória é
expulsa e o trado passa a ser retirado, sem rotação, mantendo-se o concreto injetado sempre sob pressão positiva, da
ordem de 0,5 a 1,0 kgf/cm2 (0,5 a 1,0 bar).
Esta pressão positiva visa garantir a continuidade do fuste da estaca. Para tanto devem ser observados dois aspectos
executivos: o primeiro é certificar-se que a ponta do trado, na fase de introdução, tenha atingido um solo que permita
a formação da “bucha” para garantir que o concreto injetado se mantenha abaixo da ponta do trado e não suba pela
interface solo-trado.
O segundo é controlar a velocidade de subida do trado de modo a sempre ter um sobre-consumo de concreto (relação
entre volume injetado e o teórico superior a 1).
4
Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução
A medida que o trado vai sendo retirado, um limpador mecânico remove o solo confinado entre a hélice do trado, e
uma escavadeira remove esse solo para fora da área do estaqueamento. Uma vista geral dos equipamentos (exceto a pá
carregadeira) envolvidos neste processo é mostrado na Figura 2.
Figura 2
]
Vista geral da execução de uma estaca hélice contínua
Figura 2: Vista geral da execução de uma estaca hélice contínua
A
B
A - Equipamento de hélice contínua
C
B - Bomba de concretagem
C - Caminhão betoneira
As fases de introdução do trado e concretagem ocorrem de maneira contínua e ininterrupta de tal sorte que as paredes
onde se formará a estaca estarão sempre suportadas; acima da ponta do trado, pelo solo que se encontra entre a hélice
da hélice do trado e abaixo desta cota, pelo concreto que está sendo bombeado.
Todas as fases da execução são registradas em instrumento eletrônico que fica na cabine e à frente do operador acoplado
a sensores instalados em pontos estratégicos que permitem visualizar e registrar as fases relevantes do processo executivo
(Figura 3) gerando uma ficha conforme se mostra na Figura 4. Cabe ressaltar que o perfil da estaca mostrado nesses boletins
não é necessariamente o real visto que o objetivo principal do mesmo é dar uma ideia da seção média, caso a mesma fosse
circular. Isto porque, seu desenho (feito pelo programa interno do computador) resulta da divisão do volume que vai sendo
injetado pela altura concretada, daí porque sempre resulta uma superfície cilíndrica e simétrica em relação ao eixo da estaca.
Ora, essa superfície só será cilíndrica se o solo aplicar tensão radial constante durante a concretagem, o que nem sempre
ocorre, conforme se mostra na Figura 5, onde se escavaram estacas para análise do fuste. É por esta razão que algumas
empresas não registram esta figura.
É importante lembrar que por ser a concretagem feita sob pressão, e tendo o concreto abatimento alto, não se pode executar uma estaca próxima a outra recentemente concluída, principalmente em solos pouco resistentes, pois pode haver
ruptura do mesmo entre as estacas.
Como regra geral orientativa, recomenda-se que só se execute uma estaca quando todas, num raio mínimo de 5 diâmetros, já tenham sido concretadas há pelo menos 12 horas.
5
Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução
É claro que esta recomendação orientativa é conservadora, pois se aplica a qualquer solo brasileiro e em particular aos
solos moles. Por esta razão, tanto esta distância quanto este prazo entre duas concretagens próximas podem ser reduzidos no caso de terrenos que apresentem resistência compatível com as pressões a ele aplicadas pelo concreto. A pressão
máxima ocorrerá durante a concretagem devido à pressão do concreto fresco (“fluido” com peso específico γ≈ 2,2 tf/
m3) decorre da coluna de concreto dentro da haste do trado (descontado a resistência por adesão entre o concreto e a
haste de concretagem) e da pressão de injeção do concreto. Após a concretagem essa pressão será bem menor, pois só
é devida à coluna de concreto da estaca.
A decisão quanto à distância mínima e tempo entre duas concretagens próximas são feitos inicialmente analisando-se o
solo onde se executarão as estacas e estimando a resistência ao cisalhamento do mesmo. A seguir devem-se fazer ensaios
no campo, executando-se estacas experimentais (geralmente que não façam parte do estaqueamento) e decorrido o tempo de cura do concreto se faça uma inspeção de fuste escavando-se o solo à volta das estacas e vendo a qualidade dessa
concretagem, analogamente ao que se mostra na Figura 5.
Figura 3
]
Disposição dos sensores na perfuratriz
2
3 + 4
9
5
1
6
8
10
1 - Profundidade
7
2 - Cabo de Aço Sensor de profundidade
3 - Pressão de Concreto
4 - Volume de Concreto
5 - Momento de torção
6 - Rotação
7 - Inclinação
8 - Cabo Umbilical
9 - Caixa de conexão
10 - Caixa de conexão
6
GEOFIXEstacas
FUNDAÇÕES
Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução
Figura 4
]
Ficha de controle da estaca
W1
E123
Contrato:ARG_ESTALEIRO3
Estaca
Perfuração
Concretagem
Diametro:
700 mm
Data de início:
20/03/12
Data de início:
Passo:
8 cm
Data de término: 20/03/12
Data de término: 20/03/12
Inclinação X/Y:
-0.1°/-0.1°
Hora de início:
Hora de início:
Profundidade:
25.27 m
Hora de término: 08:16:00
Hora de término: 08:51:00
Volume:
12740 L
Duração:
Duração:
07:50:00
00:17:40
20/03/12
08:16:00
00:24:39
Superconsumo: 31 %
VA
m/h
VA - Velocidade de Avanço
MT - Momento de Torção
VS - Velocidade de Subida
Responsavel
VR
rpm
MT
bar
PC
bar
VS
m/h
VR - Velocidade de Rotação
PC - Pressão do Concreto
Resp. Cliente
Compugeo - www.compugeo.com.br
7
Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução
Figura 5
]
Estacas hélice escavadas para exame de fuste em solo não homogêneo
O processo executivo acima descrito impõe que a armadura só possa ser instalada após a concretagem da estaca (Figura
1C). Para isso, a concretagem tem que ser trazida até o nível do terreno, mesmo que o arrasamento seja profundo. A não
observância deste procedimento pode comprometer a integridade da estaca, pois após a retirada do trado e antes de se
instalar a armadura, cairá terra sobre o concreto ainda fresco. Durante a introdução da armadura essa terra “embuchará”
nos estribos e será empurrada pelos mesmos criando uma “rolha” de solo dentro do corpo da estaca, conforme se mostra
na Figura 6.
Embora haja uma tendência em não se armar as estacas comprimida (resquícios da antiga NBR 6122), nas estacas hélice contínua, mesmo com tensão de compressão no concreto baixa, há necessidade de armar as mesmas. Isto porque, como já informamos acima, nesse tipo de estaca sempre se leva a concretagem até o nível do terreno mesmo que o arrasamento seja profundo.
Caso não se arme a estaca, ao se proceder a escavação para a o corte e preparo da cabeça da mesma, geralmente utilizando-se escavadeiras mecânicas, estas “batem” na estaca durante a operação, por mais cuidadoso que seja o operador (Figura
7). A armadura terá, então, a função de absorver os esforços decorrentes dessas batidas. A armadura mínima a adotar está
indicada na Tabela 1. Esta armadura é válida para comprimentos de até 6 metros. Comprimentos superiores necessitam de
uma avaliação de diâmetro das barras longitudinais dos estribos e do enrijecimento da armadura. Esta armadura, quando
tiver comprimento de até 6 metros, será instalada manualmente, conforme se mostra na Figura 8 ou auxiliada pela escavadeira de apoio. Para armaduras maiores, e dependendo da trabalhabilidade do concreto, poderá ser necessário a utilização
de um guindaste para instalá-la.
No caso de estacas submetidas à tração ou a cargas horizontais a armadura deverá ser dimensionada para esses esforços.
Lembra-se, entretanto, que as mesmas deverão ter ferragem longitudinal e estribos com diâmetros mínimos que garantam
o seu “enrijecimento” para permitir sua instalação após a concretagem.
8
Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução
Figura 6
]
Contaminação do fuste de uma estaca não concretada até o NT
Nível do terreno
Contaminação por embuchamento
Parada da concretagem
Figura 7
]
Necessidade de armar as estacas (garantia de integridade)
9
Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução
Tabela 1
]
Armadura mínima para as estacas hélice contínua
N1 - Longitudinal
Ø Estaca
N2 - Estribos
Quant.
Ø Bitola
Compr.
Ø Bitola
cm
nº
mm
m
mm
25 a 40
4
50
6
60
8
16,0
até 6,00 m
6,30
70
10
80
8
90
11
100
13
110
16
120
18
130
22
140
16
Figura 9
]
20,0
até 6,00 m
8,00
25,0
até 6,00 m
12,50
OBS.1: Quando a diferença entre a Cota do Terreno e a
Cota de Arrasamento for maior que o arranque de projeto,
prever complemento de todas as barras longitudinais até
alcançar a Cota do Terreno (N1).
OBS.2: É viável a colocação de armaduras de
comprimentos superiores a 6 metros, desde que sejam
estudados dois itens: o detalhe das armaduras e as
características de trabalhabilidade do concreto.
Detalhe típico da armadura e quantidade e posição de roletes
Figura 8
10
]
Instalação da armadura
Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução
Figura 10
]
Tipos de roletes
A - Preferível
Uma prática que não se recomenda é o uso “excessivo” de
roletes, pois ao contrário do que ocorre nas estacas esca-
B - Não recomendado
Figura 11
]
Instalação da armadura com arrasamento
profundo
vadas com auxílio de fluido estabilizante (onde os roletes
realmente “rolam” quando batem nas paredes da escavação), nas estacas hélice eles “não rolam”, pois o concreto
não deixa. Na realidade eles “empurram” o concreto. O
que se recomenda é que se coloquem 4 roletes na mudança da armadura do pé para o corpo e no topo, conforme
se mostra na Figura 9. Este procedimento permite garantir a
centralização da armadura e não impede que se “balance”
A
B
C
D
a mesma quando da instalação para forçar sua entrada. A
folga de 7,5 cm entre a armadura e o diâmetro do trado é
para permitir esse “balançamento” o que fica impedido se
existirem roletes no corpo da armadura. O pé da armadura
deve ser reduzida nos últimos 100 a 150 cm conforme se
mostra nas Figura 9.
Quanto ao tipo de rolete devem-se preferir os “finos”
(com espessura de 10 mm), representados na Figura 10A
não ser suficiente para que a mesma seja introduzida.
aos “largos” (com espessura de 50mm), (Figura 10B).
Quando se executam estacas em argilas moles deve-se
tomar cuidado para garantir que o topo do trado sempre
Conforme já se expôs, neste tipo de estaca a concretagem
esteja acima da cota superior da argila mole, saturadas e
tem que ser trazida até o nível do terreno e, a seguir, instalar
submersas evitando-se que a prolonga (região sem trado)
a armadura. Em estacas com cota de arrasamento profunda
atinja a mesma e crie um “alívio” (ausência de trado com
mas executadas em solos estáveis, pode-se, após a instala-
solo) nessa região.
ção da armadura, empurrar a mesma com trado do equipamento (ver Figura 11C) ou outro procedimento similar até
Além disso, durante a concretagem deve-se manter pressão
atingir a cota especificada no projeto (limitando a 1.5m) e a
positiva, mesmo que o consumo de concreto se mostre ex-
seguir remover o concreto excedente (Figura 11D).
cessivo e comece a subir lateralmente ao trado, devido ao
pouco confinamento de solo. Aliviar a pressão do concreto,
Na instalação de armaduras longas pode ser necessário o
nessa região impõe uma redução de seção da estaca (Figura
uso de um pilão, pois o peso próprio da armadura pode
12A) ou compromete a integridade da mesma (Figura 12B).
11
Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução
Figura 12
]
Problemas com alívio de pressão e prolonga em argila mole
A
B
Quando se pretende executar estacas hélice contínua cuja ponta deva penetrar em alteração de rocha, ou até rocha
branda, devem-se substituir as “lâminas” cortantes de aço por “roller bits” confeccionados com carboneto de tungstênio
(normalmente denominados “ponteiras de wídia”).
Outra recomendação executiva importante diz respeito à limpeza da calda da “rede de concretagem” antes de se executar a primeira estaca. Ao final de um dia de trabalho, o cocho é limpo com aplicação de óleo. Antes de se começar a
primeira estaca do dia seguinte a rede precisa ser “lubrificada” para permitir uma fluência do concreto.
Para esta lubrificação costuma-se misturar 2 sacos de cimento (de 50 kg) em cerca de 200 l de água (calda de lubrificação) dentro do cocho. Esta calda se misturará com o óleo remanescente da limpeza do dia anterior. Se a estaca for de
pequeno diâmetro (inferior a 50 cm), o volume desta calda de lubrificação é significativo, de tal sorte que, se a mesma
não for lançada fora, antes de se iniciar a concretagem da primeira estaca, na sua ponta poderá ficar parte desta calda
que, é de baixa resistência.
Por isso, antes de se iniciar a primeira estaca de cada jornada (ou quando houver uma interrupção na execução do estaqueamento que obrigue a abrir a rede de concretagem), o trado deve ser levantado e a seguir começa-se a lançar a calda e o
concreto. Quando toda a calda tiver sido expulsa e se estiver garantido de que toda a rede já está com concreto, interrompe-se o lançamento da mesma, tampa-se o trado e inicia-se a perfuração da estaca (é o que se chama “limpeza de rede”).
A Figura 13 mostra o comportamento de duas estacas de pequeno diâmetro (25 cm e 12 m de comprimento), distantes
entre si de 1,40 m, uma executada sem a limpeza e outra com limpeza de rede. A estaca executada com limpeza de
rede teve, durante a prova de carga estática, um comportamento normal, enquanto que a outra, onde não houve essa
limpeza, sofreu um recalque brusco ao atingir 350 kN (provável esgotamento do atrito lateral) só retomando a carga após
um recalque de 40 mm.
Uma atividade também importante para o bom desempenho da estaca corresponde ao corte e preparo da cabeça da
mesma. Embora este serviço não faça parte da execução, propriamente dita, da estaca e seja realizado, normalmente,
quando a equipe de estaqueamento não mais esteja na obra, cabe lembrar ao responsável por este serviço que um preparo adequado é de fundamental importância para o bom desempenho da estaca (ver Figura 14)..
12
Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução
Figura 13
]
Desempenho de estacas: uma com limpeza de rede e outra sem
Neste preparo devem-se seguir o preconizado no Anexo F (item F.8) da NBR 6122:2010.
Se, ao se atingir a cota de arrasamento o concreto não apresentar qualidade satisfatória, o corte deve ser continuado até
se encontrar concreto de boa qualidade, sendo a seguir, emendada a estaca. Se o comprimento a emendar for superior
ao diâmetro da estaca, pode-se adotar o detalhe típico da Figura 15.
Figura 14
]
Corte e preparo da cabeça da estaca
Figura 15
]
Detalhe típico para emenda das estacas
13
equipamentos
Os equipamentos que executam estacas hélice contínua
são classificados em função de seu torque (teórico, já
Figura 16
]
Equipamento B250
Figura 17
]
Equipamento C850
que o mesmo é obtido do catálogo técnico do fornecedor) e força de arrancamento do trado, sem girar o
mesmo. Em função dessas duas grandezas se estipulam
os diâmetros e comprimentos máximos que cada equipamento pode executar.
A Geofix iniciou a execução de estacas hélice contínua
com dois tipos de equipamentos: um que apresentava um
peso de 35 tf, torque teórico máximo de 9 tf.m e força de
arranque de 40 tf e outro que apresentava peso de 65 tf,
torque teórico de 21 tf.m e força de arranque de 73 tf.
Com esses equipamentos podem-se executar estacas de
até 100 cm de diâmetro e 24 m de comprimento.
Com a boa aceitação do mercado desse tipo de estacas, a Geofix introduziu equipamentos de maior porte
mostrados nas Figuras 16 a 18 que permitem executar
estacas hélice contínua até 140 cm de diâmetro e 34 m
de comprimento. O equipamento mostrado na Figura
18 apresenta peso de 85 tf, torque de 27 tf.m e força de arranque de 88 tf. O equipamento da Figura 17
apresenta peso de 120 tf, torque de 35 tf.m e força de
arranque de 120 tf.
Figura 18
14
]
Equipamento B300
Carga Estrutural Admissível
Característica
a) Compressão
A carga admissível estrutural à compressão das estacas hélice contínua não armadas (exceto na região da cabeça, pelas
razões acima citadas) é obtida analogamente à carga de um pilar com seção nula de aço, ou seja:
(1)
em que:
Ac é a área da seção transversal da estacas
fck é resistência característica máxima do concreto permitida pela NBR 6122:2010, ou seja, 20 MPa (200 kgf/cm2)
γf é o coeficiente de majoração das cargas = 1,8
γc é o coeficiente de minoração da resistência do concreto = 1,4
Com base na expressão (1) elaborou-se a Tabela 2 que fornece as cargas máximas à compressão das estacas hélice contínua, não armadas e totalmente enterradas (sem flambagem).
Tabela 2
]
Descrição
DIÂMETRO (D)
Cargas máximas de compressão das estacas hélice contínuas não armadas
Un.
Valores
cm
25
30
35
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
tf
30
45
60
80
130
190
255
335
425
525
640
760
895
1035
DISTÂNCIA
MÍNIMA ENTRE
EIXOS (c)
cm
65
75
90
100
125
150
175
200
225
250
275
300
325
350
DISTÂNCIA
EIXO-DIVISA (e)
cm
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
ÁREA DE SEÇÃO
TRANSVERSAL
(Ac)
cm²
491
707
962
1.257
1.963
2.827
3.848
5.027
6.362
7.854
9.503
11.310
13.273
15.394
PERÍMETRO (U)
cm
79
94
110
126
157
188
220
251
283
314
346
377
408
440
MOMENTO DE
INÉRCIA (I)
cm4x104
1,92
3,98
7,37
12,57
30,68
63,62
117,86
201,06
322,06
490,87
718,69
MOMENTO
RESISTENTE (W)
cm³x103
1,53
2,65
4,21
6,28
12,27
21,21
33,67
50,27
71,57
98,18
130,67
169,65
215,69
269,39
cm
6,2
7,5
8,8
10,0
12,5
15,0
17,5
20,0
22,5
25,0
27,5
30,0
32,5
35,0
CARGA
ADMISSÍVEL
ESTRUTURAL
(Pk)
RAIO DE
GIRAÇÃO (i)
1.017,88 1.401,98 1.885,74
15
Estacas Hélice Contínua ) Carga Estrutural Admissível (Característica)
b) Tração
As estacas hélice contínua somente poderão resistir à cargas de tração se forem convenientemente armadas, uma vez que
a resistência à tração do concreto é desprezada.
Para o dimensionamento estrutural da armadura As necessária para resistir à carga de tração T, utiliza-se a expressão (2)
onde se adotou um fator de redução 0,95 na tensão característica fyk do aço para garantir que durante a realização de
uma prova de carga à tração, com fator de segurança 2, não ocorra ruptura estrutural.
(2)
A NBR 6122:2010 dispensa a verificação da fissuração se o solo não apresentar agentes agressivos ao aço e desde que se
reduza 2 mm do diâmetro das barras. Com base nesta consideração elaborou-se a Tabela 2 que apresenta as cargas de
tração máximas em função da armadura da estaca.
É importante lembrar que estacas somente tracionadas (sem esforço horizontal) dispensam estribos, podendo a armadura
ser constituída apenas de barras isoladas. Por esta razão na Tabela 3 o diâmetro mínimo adotado para as barras foi 16
mm, para permitir a instalação “manual” dessas barras.
Cabe lembrar que como a carga de tração varia desde o valor máximo T (na cota de arrasamento da estaca) até zero (na
cota de ponta), a seção de aço poderá diminuir com a profundidade, em função da transferência de carga para o solo.
Tabela 3
]
Número de barras
Aço CA 50A
Carga
t (kN)
ø=16mm
ø=20mm
50
2
1
100
3
2
150
200
3
6
DYWIDAG
ø=22mm
250
4
300
6
Carga
t (kN)
SISTEMA
mm
Carga
t (kN)
SISTEMA
mm
80
DW Ø 15
70
INCO-7MD
140
GW Ø 25
130
INCO-13MD
210
GW Ø 32
200
INCO-20MD
350
DW Ø 32
340
INCO-34MD
450
DW Ø 36
430
INCO-43MD
500
GW Ø 50
510
INCO-51MD
600
INCO-60MD
700
INCO-70MD
6
800
INCO-80MD
8
860
INCO-86MD
1000
INCO-100MD
ø=25mm
1
2
3
4
2
3
250
400
600
700
1000
16
8
6
8
INCOTEP
Estacas Hélice Contínua ) Carga Estrutural Admissível (Característica)
c) Cargas Transversais
O dimensionamento de estacas hélice contínua sujeitas a cargas transversais e imersas em solos pode ser feita com base
no método proposto por Matlock e Reese (no caso de estacas longas) ou pelo denominado “método russo” quando a estaca é curta. Por ser um tema que foge aos objetivos deste manual técnico, que procura fornecer os conceitos básicos de
dimensionamento sem entrar nas considerações teóricas, sugere-se aos interessados no assunto recorrer, por exemplo, ao
capítulo 4 do livro “Dimensionamento de Fundações Profundas” de autoria de Alonso, U.R. editado pela Edgard Blucher.
Para se garantir segurança contra a ruptura do solo podem-se usar as expressões de Broms, também encontradas na obra
acima citada.
Conhecidos os esforços transversais ao longo da estaca, o dimensionamento estrutural pode ser feito utilizando-se os gráficos
dos livros de Montoya (Hormigon Armado) ou de Walter Pfeil (Dimensionamento de Concreto Armado à Flexão Composta)..
Figura 19
]
Dimensionamento
à flexão composta
17
Previsão da Capacidade
de Carga
Considerações gerais
As cargas admissíveis estruturais apresentadas nas Tabelas 1 e 2, também denominadas de carga característica, são as máximas cargas que as estacas poderão suportar, visto que correspondem à resistência estrutural dos seus materiais componentes. Entretanto há necessidade de dotar a estaca de um comprimento tal que permita que essa carga possa ser atingida sob
o ponto de vista do contato estaca-solo. Este procedimento constitui o que se denomina “previsão da capacidade de carga”.
A Figura 20 (abaixo) mostra duas situações de estacas do mesmo tipo, instaladas num mesmo solo. O caso (a) corresponde
a duas estacas com mesmo perímetro U e mesma área de ponta A, porém com comprimentos diferentes, de tal sorte que a
estaca com maior comprimento apresentará maior capacidade de carga. Analogamente, o caso (b) apresenta duas estacas
com o mesmo comprimento, mas com perímetro U e área A diferentes. Nesse caso a estaca de maior perímetro e área apresentará maior capacidade de carga. Portanto, o projeto de um estaqueamento consiste em otimizar perímetros e áreas de
ponta das estacas em função das características de resistência do solo e das limitações dos equipamentos de execução das
estacas. É evidente que, nessa otimização, e sempre que for possível, devem-se utilizar estacas e equipamentos que permitam instalá-las em um comprimento tal que a carga admissível estrutural possa ser atingida, pois essa é a máxima carga que
a estaca poderá suportar. Mas nem sempre isso é possível e, via de regra, a carga admissível da estaca será inferior àquela
mostrada nas Tabelas 2 e 3. É por esta razão que não existem cargas admissíveis de estacas tabeladas.
Figura 20
]
Estacas do mesmo tipo
instaladas num mesmo solo
A - Mesmo solo / Comprimentos diferentes
B - Solos diferentes / Mesmo Comprimento
A
B
Método de cálculo utilizado pela Geofix
A Geofix utiliza para a previsão da capacidade de carga o método proposto por Alonso em 1996 (SEFE III, vol 2, p. 141151), resumido a seguir:
A carga de ruptura PR do solo que dá suporte a uma estaca é obtida pelo menor dos dois valores da expressão ():
PR ≤
{
PL + PP
PRestrutural
em que, para estacas de seção constante com a profundidade:
PL = UΣΔl.rl = parcela de carga resistida por atrito lateral ao longo do fuste da estaca;
PP = A.rp = parcela de carga resistida pelo solo da ponta da estaca.
U = perímetro da seção transversal da estaca.
A = área da seção transversal da estaca
18
Estacas Hélice Contínua ) Previsão da Capacidade de Carga
rl = tensão média de adesão (ou atrito lateral) entre a estaca e o solo, na camada de espessura Δl.
rp = tensão média da capacidade de carga do solo na cota de apoio da estaca.
PL + PP é a carga de ruptura geotécnica.
PRestrutural = 0,85.A.fcd + As.f yd é a carga de ruptura estrutural. No caso de estacas não armadas PRestrutural = 0,85.A.fcd,
conforme já apresentado na equação (1).
O método original de Alonso baseava-se no ensaio SPTT (ensaio SPT com medida de torque), hoje pouco difundido entre
nós. Por esta razão o autor adaptou o método para o caso em que se dispõe apenas dos ensaios tradicionais SPT.
O método original foi assim apresentado:
rl = 0,65.fs ≤ 200 kN/m2 = 200kPa (ou 20 tf/m2)
em que T(1)min = média dos valores de Tmín no trecho 8D acima da ponta da estaca e T(2)min idem
para o trecho 3D abaixo da ponta da estaca (D = diâmetro da estaca).
Para a penetração h = 45 cm do amostrador SPT têm-se os valores:
(em kN/m2/kgf.m) ou
(em tf/m2/kgf.m)
Os valores de β são: 200 kN/m2/kgf.m para as areias (ou 20 tf/m2/kgf.m); 150 kN/m2/kgf.m (ou 15 tf/m2/kgf.m) para os siltes
e 100 kN/m2/kgf.m (ou 10 tf/m2/kgf.m) para as argilas.
Na falta dos ensaios SPTT o autor utilizou as correlações
Tmáx = 1,2 N e Tmín = N sendo N o valor do SPT tradicional e as unidades do torque em kgf.m
Com base nessas correlações o valor de rl passa a ser escrito:
= 0,43 N (em tf/m2) ou rl = 4,3 N (em kN/m2 ou kPa) valendo a limitação acima
exposta (20 tf/m2 ou 200 kPa).
Rp = 20xN para as areias, 15xN para as argilas e 8xN para os solos expansivos do massapé da Bahia e de Formação Guabirotuba, sendo N o valor do SPT na profundidade considerada e a unidade de rp em tf/m².
Cabe ressaltar que o método proposto por Alonso baseou-se em ensaios realizados nos solos da Bacia Sedimentar de São
Paulo, devendo ser usado, com reserva, para outras localidades.
É por esta razão que o autor alerta, em seu trabalho original, que antes de se aplicar o método em outros locais, onde
não se disponha de ensaios SPTT, deve-se inicialmente obter essa correlação e, aí sim, usar o SPT onde não se disponha
de ensaios SPTT.
Seguindo esse alerta, em trabalho posterior o autor limitou o valor de rl a 8 tf/m2 (80 kPa), ao invés de 20 tf/m2 (200 kPa)
do trabalho original para os solos expansivos do massapé da Bahia e da Formação Guabirotuba do Paraná.
19
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