Estacas Escavadas com Trado Mecanizado, com Anéis ao Longo
do Fuste
Juliane Andréia Figueiredo Marques, D.Sc.
Responsável Técnico da AGM Geotécnica Ltda, Profa da FACET-CESMAC/FEJAL
Maceió, Brasil, [email protected]
Ricardo Figueiredo Marques, M.Sc.
Responsável Técnico da AGM Geotécnica Ltda, Maceió, Brasil, [email protected]
Abel Galindo Marques, M.Sc.
Profo. Adjunto, Universidade Federal de Alagoas – UFAL, Diretor da AGM Geotécnica Ltda,
Maceió, Brasil, [email protected]
RESUMO: As cargas admissíveis das estacas escavadas com trado são consideradas baixas quando
comparadas com outros tipos de estacas. Por exemplo, geralmente uma estaca escavada com trado
com diâmetro de 40 cm possui carga de trabalho em torno de 45 tf, enquanto que uma semelhante
tipo Hélice Continua trabalha com 80 tf. Com o objetivo de se aumentar a capacidade de carga
dessas estacas escavadas a seco através da sua resistência lateral, foi desenvolvida uma técnica de
execução de pequenas saliências (denominadas “anéis”) ao longo do fuste. A técnica de execução
dos anéis consiste em acoplar ao trado de perfuração um ponteiro metálico, com comprimento entre
10 e 12 cm, o qual desce “rasgando” o solo ao longo do fuste e, em profundidades pré-definidas, o
operador da máquina rotaciona o trado fazendo com que o ponteiro abra um rasgo horizontal na
parede da perfuração. Estes rasgos têm espessura em torno de 15 a 20 cm e profundidade igual à
dimensão do ponteiro (cerca de 10 a 12 cm), os quais formam verdadeiros anéis ao longo do fuste.
Deve-se ressaltar que todo o procedimento de execução dos anéis e limpeza do excedente de
material solto não leva mais que 10 minutos, resultando na grande vantagem do processo, pois não
compromete a produtividade dessas estacas. Em mais de 3 anos executando as estacas com anéis
têm-se mais de 10 provas de carga estáticas realizadas em Maceió. Os resultados mostram aumentos
da resistência de até 100%. São apresentados alguns resultados desses ensaios, inclusive de um
campo experimental desenvolvido para fins de estudo, onde foram executados 7 provas de carga em
estaca com e sem anéis, como também estacas com consolidação do material solto na ponta através
do lançamento de argamassa fluida.
PALAVRAS-CHAVE: estacas escavadas com anéis, provas de carga, capacidade de carga.
1
INTRODUÇÃO
As estacas escavadas com trado mecanizado são
bastante utilizadas em fundações de estruturas
de pequeno, médio e grande porte no interior de
São Paulo e estados do Centro-Oeste, como
Goiás e Distrito Federal. São diversas as
vantagens dessas estacas em relação a outros
tipos de estacas: elas têm grande produtividade
(em torno de 15 a 20 estacas por dia), o
equipamento possui grande mobilidade pois a
maioria é montado sobre caminhão, ausência de
vibrações evitando a poluição sonora, requer
número reduzido de mão de obra, baixo custo
de equipe especializada e material, entre outras
vantagens.
Por outro lado, como bem destaca Souza
Filho et al. (1998), estas estacas possuem baixa
capacidade de carga quando comparadas a
outras. Este fato advém do seu próprio processo
executivo, que não permite ao projetista de
fundações, normalmente, considerar a parcela
de resistência de ponta da estaca, devido ao solo
desagregado que permanece acumulado no
fundo da perfuração. Por exemplo, para uma
estaca com diâmetro de 400 mm, trabalha-se
com carga admissível entre 30 e 45 toneladas
apenas. Outra desvantagem é o fato delas só
poderem ser executadas quando não há presença
do lençol freático, pois são escavadas a seco,
sem tubos de revestimento.
Nos últimos anos, há uma crescente demanda
de construções na parte alta da cidade de
Maceió, englobando os bairros do Farol,
Tabuleiro dos Martins, Barro Duro, Serraria,
entre outros, impondo ao mercado da
construção civil e da engenharia de fundações o
desenvolvimento de novas tecnologias.
Geologicamente, esta parte alta da cidade é
constituída por sedimentos da Formação
Barreiras, onde se têm os tabuleiros que estão
numa altitude média de 40 m e são formados
por areias, argilas e siltes, misturados entre si,
com concreções ferruginosas, seixos e
pedregulhos de tamanhos variados (Marques,
2006). A profundidade do lençol freático é em
torno de 35 a 40 m.
Até 2008, executavam-se tubulões a céu
aberto para as fundações das poucas estruturas
de médio a grande porte que eram edificadas
nessa parte alta da cidade de Maceió. Com o
advento da grande quantidade de construções
nessa área, teve-se a necessidade de se trabalhar
com tipos de fundações profundas de maior
velocidade de execução e de menor custo.
Neste contexto, assume grande importância o
desenvolvimento de técnicas capazes de
melhorar o desempenho das estacas escavadas
com trado mecanizado, objetivando o aumento
da capacidade de carga, a redução das
deformações ou recalques e proporcionando
maior economia nos projetos de fundações.
Assim, este artigo tem por objetivo maior
apresentar a técnica de se executar anéis ao
longo fuste destas estacas a fim de se aumentar
o atrito lateral e, consequentemente, sua
capacidade de carga. São também apresentados
os resultados dos primeiros ensaios de campo
(provas de carga) os quais mostraram que a
carga admissível das estacas com anéis pode
atingir valores superiores ao dobro da carga
admissível
de
uma
estaca
escavada
convencional. Com isso, obtêm-se projetos de
fundações mais econômicos e seguros.
2
PROCESSO
EXECUTIVO
DAS
ESTACAS ESCAVADAS COM ANÉIS
As estacas são executadas utilizando-se o
tradicional trado helicoidal (Figura 1), com
diâmetros que podem variar de 0,25 m a mais
de 1,00 m, e profundidade até 20 m. Em geral, a
perfuração é limitada pela presença do nível
d´água.
Figura 1. Perfuração da estaca com trado helicoidal
tradicional.
Após a perfuração da estaca até a
profundidade prevista em projeto, passa-se a
execução dos anéis:
a) Após a perfuração, acopla-se ao trado
(Figuras 1, 2 e 3) uma peça denominada por
“ponteiro”, e sob pressão do equipamento
hidráulico corta-se a parede do furo até a
profundidade desejada (de 1,20 m a 2,00 m);
sob movimento de rotação executa-se o
primeiro anel. Esse anel, nada mais é que um
rasgo transversal na parede do furo, com
profundidade de 10 a 15 cm (a depender da
compacidade ou consistência do solo) e largura
média de 15 cm;
b) Com a execução do primeiro anel,
continua-se cortando a parede do furo até a
profundidade do segundo anel (1,2 m a 2,0 m
abaixo do primeiro anel). Executa-se esse anel,
de forma semelhante ao primeiro, e repete-se o
procedimento para execução dos demais anéis,
que deve totalizar um mínimo de 4 anéis, a
depender da profundidade da estaca.
Concluída a execução dos anéis e a retirada
do excesso de material solto no fundo da
perfuração, aplica-se o concreto (e a armação)
de forma tradicional. A estaca está concluída.
razões inicialmente desconhecidas não foi
formado.
Com as medições in loco verificou-se que o
diâmetro da “aba” do anel foi 12 cm (Figura 5).
Assim, considerou-se o diâmetro do anel (Da)
igual ao diâmetro do fuste (Df) mais 24 cm:
D a = D f + 24cm
(1)
A fim de se ter um melhor entendimento do
comportamento carga x recalque desse tipo de
estaca, bem como analisar mais detalhadamente
suas características geométricas e derimir
dúvidas que surgiram com a primeira estaca
extraída, foi projetado um campo experimental
em Maceió-Al, o qual passa a ser exposto.
Figura 2. Ponteiro acoplado ao trado helicoidal.
Figura 4. Estaca extraída em julho de 2010.
Figura 3. Detalhe do ponteiro.
3 PRIMEIRA EXTRAÇÃO
ESTACA COM ANÉIS
DE
UMA
Em julho de 2010 foi estraída a primeira estaca
com anéis, para medição e análise da geometria
real dos anéis, apresentada na Figura 4. A estaca
tinha 6,0 m de comprimento, 0,40 m de
diâmetro de fuste e armada em todo seu
comprimento com 4φ12.5mm.
Observou-se a formação de três anéis a
profundidades de 0,5 m, 1,5 m, e 2,5 m,
respectivamente. Um quarto anel foi projetado a
uma profundidade em torno dos 4,0 m, mas por
Figura 5. Detalhe da “aba” do anel.
4 CAMPO EXPERIMENTAL EM MACEIÓAL
O campo experimental foi executado em um
terreno situado no bairro do Tabuleiro dos
Martins, em Maceió-Al. É uma região composta
por sedimentos do Terciário da Formação
Barreiras, não saturados, estando o lençol
freático numa profundidade em torno dos 40 m.
Na área de 18 m2 onde foram realizadas sete
provas de carga estáticas à compressão (de
acordo com a NBR-12131/96 –“Estacas Prova de Carga Estática”,), executaram-se três
furos de sondagem que são apresentados de
forma resumida na Figura 6. As sondagens
seguiram os procedimentos da NBR-6484/80 –
“Execução de Sondagem de Simples
Reconhecimento de Solos”. É um subsolo
basicamente argilo siltoso, com ocrrência de
pouca areia, consistência variando de muito
mole a média.
As estacas ensaiadas tinham 0,40 m de
diâmentro nominal e 5,5 m de comprimento,
sendo o diâmetro externo dos anéis estimado
em 0,64 m, espaçamento de 1,0 m entre eles e
último anel ficando a 1,5 m da ponta da estaca.
A armadura das estacas de compressão foi de
5φ12.5mm, comprimento de 2,5 m. As estacas
de reação (ER-1; ER-2; ER-3; ER-4 e ER-5, ver
Figura 7) foram projetadas com diâmetro de
0,50 m, comprimento 13 m, com armadura
secundária de 6φ8.0mm e comprimento de 6,0
m mais um tirante monobarra 1φ50mm e
comprimento 15 m.
NSPT
0
10
20
30
40
50
0
1
Profundidade (m)
2
ARGILA siltosa,
consistência muito
mole a média.
3
4
Figura 7. Disposição das estacas ensaiadas, estacas à
tração e furos de sondagem.
5
6
7
SP-03
8
SP-04
ARGILA siltosa, com
pouca areia,
consistência média.
SP-05
9
Figura 6. Perfis de sondagem do campo experimental.
A Tabela 1 apresenta a identificação das sete
estacas ensaiadas e a Figura 7 mostra a
disposição em planta dessas estacas, as estacas
de reação à tração (ER) e os furos de sondagem.
Tabela 1 – Nomenclatura das estacas ensaiadas.
Estaca
Descrição
E1
Estaca lisa (sem anéis)
E2
Estaca com anéis e isopor na ponta
E3
Estaca com anéis
E4
Estaca com anéis
E5
Estaca com anéis e consolidação na ponta
E6
Estaca com anéis e consolidação na ponta
E7
Estaca com anéis e consolidação na ponta
A estaca E1 sem anéis, foi adotada como de
referência. A estaca E2, com anéis e isopor na
ponta, teve por objetivo isolar a ponta da estaca
e medir a contribuição apenas dos anéis. Com
as estacas E3 e E4, apenas com anéis, pode-se
verificar a influência da parcela de ponta em
comparação com a estaca E2. Por fim, as
estacas E5, E6 e E7 tinham anéis e foi feito um
melhoramento no solo da ponta com argamassa
fluida na proporção 1:4 (cimento:areia), o que
foi denominado consolidação da ponta.
4.1 Apresentação e Análise dos Resultados
das Provas de Carga
Na Figura 8 têm-se as curvas carga x recalque
das sete estacas ensaiadas. A Tabela 2 mostra os
valores de carga (Qmáx) e recalque (rmáx)
máximos, atingidos nas provas de carga.
Também são apresentados os resultados da
estimativa da carga de ruptura segundo Van der
Veen (1953) (QVDV) e segundo o critério de
ruptura convencional (Qconv), considerando a
carga correspondente a um recalque de 10% do
diâmetro do fuste.
CARGA (kN)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
apresentaram os maiores percentuais de ganho
de carga evidenciando que esta técnica pode ser
promissora na consideração da parcela de
resistência de ponta desse tipo de estaca.
Tabela 3 – Porcentagem do ganho de carga das estacas
com anéis em relação à estaca de referência (E1).
0
5
10
R E C A L Q U E (m m )
15
20
25
30
35
Estaca
Qmáx (kN)
∆P%
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
350
540
540
560
800
600
720
54
54
60
129
71
106
40
45
50
55
60
E1 - Estaca lisa
E3 - Estaca com anéis
E5 - Estaca anéis + consolidação
E7 - Estaca anéis + consolidação
E2 - Estaca com anéis + isopor
E4 - Estaca com anéis
E6 - Estaca anéis + consolidação
Figura 8. Curvas carga x recalque das estacas ensaiadas.
Estaca
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
Tabela 2 – Resultados das provas de carga.
Qmáx
rmáx
Qconv
QVDV
(kN)
(mm)
(kN)
(kN)
350
540
540
560
800
600
720
26,64
49,09
40,57
46,65
43,38
49,20
47,00
350
545
548
581
804
609
724
520
540
530
790
580
700
Quando se compara a capacidade de carga da
estaca com anel e sem anel, verifica-se o quanto
os anéis são eficientes. No cálculo da
porcentagem do ganho de carga, considerou-se
a carga máxima de ensaio (Qmáx) subtraída da
carga máxima de ensaio da estaca E1 (QE1),
dividido pela carga máxima de ensaio da estaca
E1 (QE1), ou seja:
∆ P% =
Qmáx − QE1
x100
QE1
(2)
A Tabela 3 mostra a porcentagem desses
ganhos de carga. Observa-se uma variação de
54 a 129% no ganho de carga das estacas
executadas com anéis. Destaca-se que as estacas
com anéis e consolidação da ponta
Verifica-se que as estacas E3 e E4,
executadas apenas com anéis, apresentaram
carga de ruptura de 550 kN, valor praticamente
igual ao da estaca E2 (anéis + isopor na ponta)
de 540 kN. Constata-se que nas estacas
escavadas sem melhoramento de ponta, esta
parcela deve ser desconsiderada no cálculo da
capacidade de carga, devido ao material
desagregado que permanece no fundo da
perfuração.
As estacas com anéis E2, E3 e E4
apresentaram um valor médio de tensão lateral
unitária (fs) de 80 kPa, já na estaca sem anéis
esse valor foi de 51 kPa. Os anéis executados ao
longo do fuste proporcionam o aumento do
atrito lateral da estaca.
As estacas E5, E6 e E7 (com anéis e
melhoramento da ponta) apresentaram ganhos
entre 10 e 46% em relação às estacas com anéis
apenas. Este resultado mostra que este processo
confere excelente ganho de carga nas estacas,
apesar da variabilidade entre os 3 resultados.
4.2
Extração da estaca E3
A Figura 9a apresenta uma vista geral da estaca
E3 extraída e a Figura 9b mostra o detalhe dos
anéis. As medidas in loco mostraram que o
espaçamento entre anéis foi de 1,0 m. O
diâmetro do fuste chegou a 47 cm entre o 2º e 3º
anel e o diâmentro do anel foi 67 cm. Verificouse a não formação do 4º anel e sim um aumento
do fuste na região. A possível explicação para
este fato é que anéis próximo à ponta da estaca
tendem a ser preenchidos pelo solo solto
proveniente do trado na hora que este está em
movimento de subida (ascensão) durante o
processo de perfuração. Atualmente recomendase que os anéis distem pelo menos 2,0 m da
ponta das estacas.
e consolidação da ponta de estacas escavadas a
seco, são necessárias mais provas de carga para
que os resultados sejam melhor aferidos e
possam ser utilizados de forma confiável nos
projetos de fundações.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à Construtora Cerutti
Engenharia e à Concreteira Redimix pelo apoio
na execução do campo experimental em
Maceió-Al.
REFERÊNCIAS
a) Estaca E3.
b) Detalhe dos anéis.
Figura 9. Extração da estaca E3.
5
CONCLUSÕES
Neste trabalho, apresentou-se uma técnica
simples e inovadora de se executar saliências,
denominadas anéis, ao longo do fuste de estacas
escavadas a seco.
O interessante desta técnica é que a execução
dos anéis e limpeza do excedente de material
solto não leva mais que 10 minutos, resultando
na grande vantagem do processo, pois não
compromete a produtividade dessas estacas.
As provas de carga mostraram que as estacas
com anéis apresentaram um aumento da
capacidade de carga de até 57% em comparação
à estaca escavada tradiocional.
Também foi apresentado um procedimento
de melhoramento da ponta desse tipo de estaca,
com argamassa fluida na proporção 1:4
(cimento:areia), o que foi denominado
consolidação da ponta. Os ensaios de campo
mostraram ganhos de carga de até 47% em
relação às estacas apenas com anéis.
Apesar da constatação do significativo ganho
de capacidade de carga com a execução de anéis
Associação Brasileira de Normas Técnicas (2010). NBR
6122: Projeto e Execução de Fundações. Rio de
Janeiro.
Associação Brasileira de Normas Técnicas (1996). NBR
12131: Estacas - Prova de Carga Estática. Rio de
Janeiro.
Associação Brasileira de Normas Técnicas (1980). NBR
6484: Execução de Sondagem de Simples
Reconhecimento de Solos. Rio de Janeiro.
Marques, R.F. (2006). Estudo da Capacidade de Carga
de Estacas Escavadas com Bulbos, Executadas em
Solos não Saturados da Formação Barreiras da
Cidade de Maceió-Al. Dissertação de Mestrado,
Programa de Pós-Graduação em Geotecnia,
Departamento de Engenharia Civil, Universidade de
Federal de Pernambuco. Recife. 158p.
Marques, J.A.F. (2004). Estudos de Estacas Escavadas
de Pequeno Diâmetro, com Bulbos, Instrumentadas
em Profundidade, em Terrenos Sedimentares. Tese de
Doutorado – Escola Politécnica da Universidade de
São Paulo-EPUSP, São Paulo. 319p.
Souza Filho, J.; Fígaro, N.D.; Falconi, F.F. (1998)
Estacas Escavadas sem Lama Bentonítica. In:
Hachich et al. editores; Fundações Teoria e Prática,
ed. PINI. Cap. 9. p. 336-344.
Van Der Veen (1953). The Bearing Capacity of a Pile.
In: 3 rd ICSMFE. vol. 2. p.84-90.