LEONARDO FREITAS DINIZ LUAN AUGUSTO LIMA THIAGO OLIVEIRA IUTAKA FUNDAÇÃO BARRETE COM HIDROFRESA SÃO PAULO 2013 2 LEONARDO FREITAS DINIZ LUAN AUGUSTO LIMA THIAGO OLIVEIRA IUTAKA FUNDAÇÃO BARRETE COM HIDROFRESA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Orientador: Professora Dra. Gisleine Coelho de Campos SÃO PAULO 2013 3 LEONARDO FREITAS DINIZ LUAN AUGUSTO LIMA THIAGO OLIVEIRA IUTAKA FUNDAÇÃO BARRETE COM HIDROFRESA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Trabalho____________ em: ____ de_______________de 2013. ______________________________________________ Professora Dra. Gisleine Coelho de Campos ______________________________________________ Nome do professor da banca Comentários:_________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 4 À minha esposa e aos meus familiares que acompanham os meus caminhos. Em especial, a Deus por ser meu guia e cuidador. L.F.D. À Deus que me ilumina e dá força em todos momentos da minha vida. Aos meus pais que sempre me apoiaram em minhas escolhas. Ás minhas irmãs e namorada pelo apoio e confiança no meu trabalho. Aos familiares e amigos pela compreensão nos momentos de ausência. L.A.L. A minha mãe em especial, mesmo não estando presente, mas que sempre esteve ao meu lado e me apoiou nas minhas decisões e nos momentos difíceis. Aos meus amigos e familiares que sempre me incentivaram, pelo apoio, pela compreensão nos momentos de ausência e que contribuíram de alguma forma para a concretização desse trabalho. T.O.I. 5 AGRADECIMENTOS Agradecemos primeiramente a nossa orientadora e professora Dra. Gisleine Coelho de Campos pela sua atenção, paciência, companheirismo e dedicação durante a execução deste trabalho. Suas orientações e ensinamentos foram de enorme valia ao nosso trabalho e também a nossa carreira profissional. Aproveitamos a oportunidade, também, para dedicar nosso reconhecimento pela dedicação e profissionalismo aos professores Wilson e Célio. A empresa Odebrecht Realizações Imobiliárias SA pelo fornecimento do material necessário ao estudo de caso, pela oportunidade dada para o conhecimento da edificação e, também, da estrutura da empresa que é referencia no ramo da engenharia civil. 6 RESUMO Tendo em vista a importância que a fundação exerce em um empreendimento, independente da sua ocupação, a Engenharia Civil busca por melhorias, implementando assim novas tecnologias, visando maior confiabilidade e produtividade, menor prazo executivo, reduções de custo, dentre outros. O avanço da Engenharia de Fundações pode ser notado ao longo dos anos em diversos segmentos. O uso de novas tecnologias e equipamentos possibilitou melhorias técnicas e econômicas, destacando-se a fundação barrete com o uso da ferramenta hidrofresa. Esse trabalho analisa essa ferramenta, aplicada em uma fundação barrete, verificando suas vantagens e desvantagens. Por fim, apresenta-se como estudo de caso a execução dessa tecnologia em uma edificação, localizada na cidade de São Paulo, onde a hidrofresa foi aplicada com sucesso em um terreno com o maciço rochoso muito próximo da superfície (tendo em vista que a fundação projetada suportaria grandes cargas), garantindo a qualidade técnica de execução e reduzindo o prazo e custo. Palavras Chave: Fundação Profunda, Estaca Escavada, Estaca Barrete, Hidrofresa. 7 ABSTRACT Considering the importance of foundation has in a enterprise, regardless of its occupation, the Civil Engineering search for improvements, implementing new technologies, targeting to increase reliability and productivity, in a short term of execution, costs reductions, among others. The advancement of Engineering Foundations can be noticed over the years in many segments. The use of new technologies and equipment became possible technical and economics improvements. Highlighting Foundation Barrette using hydrofraise Tool. This paper analyzes this tool, applied on a Foundation Barrette, verifying their advantages and disadvantages. Finally, the study case presents the execution of this technology in a building located at Sao Paulo City, where this hydrofraise was applied successfully in a field with rocky mass nearest of the surface (considering that the designed foundation supported large loads), warranting a technical quality of the execution and reducing the schedule and cost. Keywords: Deep Foundation, Bored Pile, Barrette Foundation, Hydrofraise. 8 LISTA DE FIGURAS Figura 4.1: Equipamento de Sondagem a Percussão ....................................................... 25 Figura 4.2: Execução de ensaio de Sondagem a Percussão. ........................................... 30 Figura 4.3: Detalhe de amostra de solo no amostrador padrão. ........................................ 31 Figura 4.4: Modelo de perfil de sondagem a percussão. ................................................... 32 Figura 4.5: Coroa de diamante industrial. .......................................................................... 33 Figura 4.6: Equipamento de sondagem rotativa e caixa de testemunhos.......................... 35 Figura 5.1: Estacas mistas................................................................................................. 47 Figura 5.2: Fases de execução da estaca Franki .............................................................. 50 Figura 5.3: Equipamento para execução da escavação mecânica em trado helicoidal ..... 52 Figura 5.4: Equipamento usual – Estaca hélice contínua .................................................. 55 Figura 5.5: Fases de execução da estaca hélice contínua ................................................ 56 Figura 5.6: Modelo de equipamento para escavação com hidrofresa ............................... 58 Figura 5.7: Equipamento para estaca barrete com clamshell ............................................ 60 Figura 5.8: Equipamento para estacão .............................................................................. 61 Figura 5.9: Equipamento para estaca barrete com hidrofresa ........................................... 62 Figura 5.10: Hidrofresa e seus equipamentos. .................................................................. 63 Figura 5.11: “Cutters” ou Rodas de Corte. ......................................................................... 64 Figura 5.12: Detalhamento do “Flaps” no equipamento hidrofresa. ................................... 65 Figura 5.13: Painel de controle do equipamento ............................................................... 66 Figura 5.14: Fases de execução da estaca barrete ........................................................... 69 Figura 5.15: Movimentos do concreto durante a concretagem .......................................... 71 Figura 0.1: Instrumentação utilizada no ensaio PIT. .......................................................... 78 Figura 0.2: Preparo da superfície - PIT. ............................................................................ 79 9 Figura 0.3: Superfície preparada - PIT.............................................................................. 80 Figura 0.4: Realização do ensaio PIT. ............................................................................... 81 Figura 0.5: Preparação para ensaio de Prova de Carga Estática. ..................................... 82 Figura 0.6: Posicionamento dos medidores no ensaio de prova de carga estática. .......... 83 Figura 7.1: Localização do Terreno. .................................................................................. 87 Figura 7.2: Perspectiva do empreendimento. .................................................................... 89 Figura 7.3: Localização dos pontos de sondagem à percussão. ....................................... 90 Figura 7.4: Localização dos pontos de sondagem mista. .................................................. 91 Figura 7.5: Localização dos pontos de sondagem mista adicional. ................................... 92 Figura 7.6: Detalhes da sondagem mista nº 3. .................................................................. 94 Figura 7.7: Detalhes da sondagem mista nº 4. .................................................................. 95 Figura 7.8: Detalhes da sondagem mista nº 6. .................................................................. 96 Figura 7.9: Resultados do ensaio de compressão axial da rocha. ..................................... 97 Figura 7.10: Detalhe do projeto de fundação com a tabela de carga para cada fundação barrete. ...................................................................................................................... 99 Figura 7.11: Marcação e escavação da Mureta Guia. ..................................................... 102 Figura 7.12: Forma, Armação e Concretagem da Mureta Guia. ...................................... 103 Figura 7.13: Escavação com clam-shell. ......................................................................... 104 Figura 7.14: Escavação com Hidrofesa. .......................................................................... 105 Figura 7.15: Central de desarenação. ............................................................................. 106 Figura 7.16: Colocação da armação da estaca. .............................................................. 107 Figura 7.17: Concretagem. .............................................................................................. 107 10 LISTA DE TABELAS Tabela 4.1: Aplicabilidade e uso de ensaios in situ ........................................................... 22 Tabela 5.1: Principais tipos de estacas.............................................................................. 43 Tabela 0.1: Número de provas de carga............................................................................ 85 Tabela 7.1: Quadro de Áreas............................................................................................. 88 Tabela 7.2: Orçamento da obra. ...................................................................................... 101 11 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT Associação Brasileira De Normas Técnicas CPT Cone Penetration Test GPR Ground Penetration Radar ECD Ensaio de Carregamento Dinâmico NBR Normas Brasileiras Revisadas PDA Pile Driving Anayzer PIT Pile Integriy Tester SPEEDY Speedy Moisture Test SPT Standard Penetration Test LEED Leadership in Energy Environmental Design E.U.A Estados Unidos da América 12 SUMÁRIO p. 1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 14 1.1 Objetivos .................................................................................................................. 15 1.2 Justificativas............................................................................................................ 16 1.3 Abrangência............................................................................................................. 17 2 MÉTODO DE TRABALHO ............................................................................................ 19 3 MATERIAIS E FERRAMENTAS ................................................................................... 20 4 INVESTIGAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICA ........................................................... 21 4.1 Ensaios de campo ................................................................................................... 21 4.1.1 Sondagem a percussão com medida do SPT ....................................................... 24 4.1.2 Sondagem Rotativa ................................................................................................. 33 4.1.3 Ensaios geofísicos .................................................................................................. 36 5 FUNDAÇÕES ................................................................................................................ 39 5.1 Fundações Superficiais .......................................................................................... 39 5.2 Fundações Profundas ............................................................................................. 41 5.2.1 Estaca de deslocamento......................................................................................... 43 5.2.1.1 Estaca pré-moldada ou pré-fabricadas ............................................................. 44 5.2.1.2 Estaca de reação (mega ou prensada) .............................................................. 47 5.2.1.3 Estaca Strauss .................................................................................................... 48 5.2.1.4 Estaca Franki ....................................................................................................... 48 5.2.2 Estacas escavadas .................................................................................................. 51 5.2.2.1 Estaca escavada mecanicamente com trado helicoidal .................................. 51 5.2.2.2 Estaca injetada (Microestaca ou Raiz) .............................................................. 53 5.2.2.3 Estaca hélice contínua ....................................................................................... 54 13 5.2.2.4 Estaca escavada com fluido estabilizante. ....................................................... 57 6 CONTROLE PÓS-EXECUTVO DAS FUNDAÇÕES ..................................................... 74 6.1 Ensaio de Integridade (PIT) .................................................................................... 76 6.2 Prova de carga estática .......................................................................................... 81 7 FUNDAÇÃO EM ESTACA BARRETE, POR MEIO DE HIDROFRESA, EM EDIFÍCIO COMERCIAL NA CIDADE DE SÃO PAULO. ................................................................... 86 7.1 Características do empreendimento ..................................................................... 86 7.2 Análise do terreno ................................................................................................... 89 7.3 Viabilidade ............................................................................................................... 98 7.3.1 Viabilidade Técnica ................................................................................................. 98 7.3.2 Viabilidade Econômica ......................................................................................... 100 7.4 Fotos .................................................................................................................... 102 8 ANÁLISE DOS RESULTADOS .................................................................................. 108 9 CONCLUSÕES ........................................................................................................... 110 REFERÊNCIAS ............................................................................................................... 112 ANEXO A - PROJETO DE FUNDAÇÃO ......................................................................... 119 ANEXO B - PERFIS DE SONDAGENS .......................................................................... 120 14 1 INTRODUÇÃO De acordo com Barros (2013 apud AZEREDO, 1988), fundações são elementos estruturais, cuja função é transmitir as cargas da estrutura ao terreno onde ela se apoia. As fundações devem ter resistências adequadas para suportar as tensões produzidas pelos esforços solicitantes, além do fato que o solo também precisa ter resistência e rigidez adequadas para não sofrer ruptura e não apresentar deformações exageradas ou diferenciais. Para a escolha da fundação mais apropriada, devem-se avaliar os esforços atuantes da edificação, as características dos seus elementos estruturais, a geotecnia do terreno e as características do solo e/ou maciços rochosos, sobre o qual irão se apoiar. Assim, analisa-se a possibilidade de utilização das alternativas de fundação disponíveis, em ordem crescente de complexidade e custos. Dentre essa possibilidade tem-se a estaca: “Elemento de fundação profunda executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas, sem que, em qualquer fase de sua execução, haja descida de pessoas. Os materiais empregados podem ser: madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in loco ou pela combinação dos anteriores.” (NBR: 6122, 2010, p. 2). Dentre os vários tipos de estacas, o foco deste trabalho é a estaca barrete, que se enquadra dentro da categoria de estacas escavadas onde, além dessa categoria, há também estacas de descolamento. A estaca escavada do tipo barrete, em formato retangular, moldada in loco e executada com concretagem submersa, embora relativamente recente (início no final da década de 60), ainda tem grande impacto na técnica de escavações e fundações. 15 O sucesso desta técnica se deve a diversos fatores: um deles é a abrangência de sua aplicação que, com o desenvolvimento de equipamentos de escavação e de centrais de processamento de lama bentonítica, vem ganhando cada vez mais espaço no mercado da construção civil. Outro fator se dá pela sua execução sem vibrações e sem grandes ruídos no entorno do empreendimento, além de contar com uma rápida execução em seu processo construtivo, possibilitando a penetração em camadas de solo de grandes resistências. Como avanço tecnológico nesse tipo de fundação destaca-se o emprego de hidrofresa. Essa, por sua vez, é uma ferramenta presente em diversos projetos no Brasil, pois atende à demanda evolutiva dos serviços de perfurações profundas, para estruturas com cargas elevadas e com a possibilidade de inserir fundações em terrenos rochosos. Atrelando o processo executivo da estaca barrete à tecnologia dessa ferramenta, pode-se concluir que esse processo se adapta muito bem às características do solo brasileiro. O estudo de caso tratado nesse trabalho, demonstra toda a evolução da construção do primeiro edifício corporativo usando estacas barrete escavadas com hidrofresa em sua fundação, sob responsabilidade da empresa Odebrecht, em São Paulo. 1.1 Objetivos O objetivo principal é pesquisar o procedimento de execução de estacas barrete por meio de um novo equipamento, denominado hidrofresa, visando compreender seu comportamento como elemento de fundação. Objetivos Gerais Compreender os cuidados e critérios de projeto para uso e execução de estacas barrete como fundações de obras de múltiplos pavimentos, destacando as vantagens e 16 desvantagens de sua utilização em relação às demais soluções de fundações disponíveis no Brasil. Objetivos Específicos Caracterizar os processos executivos da estaca barrete com o uso de hidrofresa, por meio de um estudo de caso, visando avaliar as vantagens que esta nova tecnologia confere à tradicional forma de execução das estacas. 1.2 Justificativas Diante das evoluções tecnológicas na construção civil, a busca pela vantagem competitiva entre empresas se acentua e a redução de prazos contratuais se torna cada vez mais importante na disputa por novos projetos. Este cenário impulsiona o desenvolvimento de novas técnicas, que buscam melhor adequação entre o custo e o benefício de uma solução, proporcionando novas oportunidades de escolha, com prazos vantajosos, alta tecnologia e custos competitivos. Dentre as diversas soluções de fundação existentes, destacam-se os avanços recentes na metodologia construtiva de estacas barrete. O pioneirismo desse tipo de fundação, em edifícios comerciais de grande porte, também representa um fator relevante na escolha do tema pelo grupo, pois este contempla a interface tecnológica e a vantagem competitiva diante do encurtamento dos prazos para viabilização de projetos. Além da vantagem determinada pela alta tecnologia, o estudo de caso demonstra que seus equipamentos inovadores proporcionam atingir grandes profundidades devido seu 17 elevado potencial de escavação, inclusive quando utilizado em solos de alta resistência e em maciços rochosos. E, por fim, essa moderna metodologia resulta em bons resultados de ganho de tempo, de qualidade técnica e de custos. 1.3 Abrangência Este trabalho descreve os métodos executivos da estaca escavada tipo barrete, com destaque para a utilização da ferramenta hidrofresa. O estudo de caso exposto apresenta ensaios, levantamentos e dados de acompanhamento da escavação. São apresentadas as características dos equipamentos e demais sistemas utilizados para execução deste tipo de fundação, com uso específico da ferramenta hidrofresa, além das condições de trabalho necessárias para operação do sistema estudado. Destaca-se que o dimensionamento estrutural e geotécnico das estacas não faz parte do escopo da pesquisa. A análise das fundações superficiais, fundações profundas do tipo caixão e tubulão são citadas como forma de apresentação breve para conhecimento e também comparações com a estaca escavada do tipo barrete. A relevância do uso de alguns ensaios para dimensionamento de fundações está diretamente relacionada com diversas variantes como a geologia existente no local, os custos envolvidos para execução de ensaios e a qualidade de resultados. 18 Com esta premissa alguns ensaios de campo não foram relevantes ao estudo de caso, como: ensaio de cone (CPT), ensaio de palheta e poços de inspeção. Os mesmos não são expostos neste trabalho, embora seu conhecimento seja de grande importância para a engenharia de fundações. 19 2 MÉTODO DE TRABALHO O desenvolvimento desse trabalho foi feito por meio de pesquisas bibliográficas em livros técnicos, revistas, normas técnicas da ABNT, além de manuais e trabalhos desenvolvidos na própria Universidade. Coletam-se também informações e dados em websites de empresas de engenharia especializadas em fundações especiais. Com o intuito de vincular a literatura técnica disponível ao método de execução das estacas barrete, o trabalho se desenvolve relacionando as técnicas construtivas a um estudo de caso, com descrição das etapas de construção e análises consideradas para o desenvolvimento da obra. O acompanhamento do estudo de caso se dá pela análise de dados fornecidos pelas empresas participantes da obra analisada e pelo acompanhamento de campo do processo de execução. Registros fotográficos, desenhos de projeto e relatórios de acompanhamento tecnológico são usados para ilustrar a pesquisa e melhor explicar o estudo de caso. 20 3 MATERIAIS E FERRAMENTAS Dentre os materiais utilizados para o desenvolvimento do trabalho destacam-se os registros do projeto e execução da obra, os quais contêm os desenhos de projeto, as especificações técnicas e os controles tecnológicos feitos no decorrer da mesma. Também serviram de base livros didáticos, manuais técnicos, artigos e reportagens de revistas voltadas ao setor da Engenharia Civil. A ferramenta computacional utilizada para visualização dos projetos é o AutoCad e, para execução do trabalho e das pesquisas na Internet, usa-se o Pacote Office da Microsoft. 21 4 INVESTIGAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICA O estudo específico das características do subsolo é um pré-requisito para a execução de projetos de fundações, segundo Schnaid (2012). As diversas camadas componentes do substrato precisam da sua identificação e classificação para melhor qualidade do projeto em estudo. Para identificar e classificar as camadas se faz necessário a execução de ensaios em campo. A extensa relação de ensaios de solo pode ser executada em campo e pode ser complementada com ensaios realizados em laboratórios. 4.1 Ensaios de campo Os projetos geotécnicos normalmente são executados com base em ensaios de campo, que fornecem dados característicos e um maior detalhamento do subsolo. As informações são de enorme importância para execução de projetos de fundações e outros como estruturas de contenções e estabilidade de taludes. Segundo Schnaid (2012), a interpretação de resultados de ensaios de campo é feita com auxilio de abordagens empíricas, analíticas e numéricas, tendo como objetivo principal visualizar informações relacionadas ao comportamento tensão-deformação-resistência do solo. A Tabela 4.1 mostra algumas técnicas de ensaio de campo e suas aplicações como adotadas na prática internacional, segundo Schnaid (2012). 22 Tabela 4.1: Aplicabilidade e uso de ensaios in situ Identificação Grupo Equipamento Tipo Penetrômetro Solo u Φ` Su Dr mv Cv K G0 σh OCR σ-ε C B - C C C - - - C - C - Mecânico B A/B - C C B C - - C C C - Elétrico (CPT) B A - C B A/B C - - B B/C B - Piezocone (CPTU) A A A B B A/B B A/B B B B/C B C Sísmico (SCPT/SCPTU) A A A B A/B A/B B A/B B A B B B Dilatômetro (DMT) B A C B B C B - - B B B C A B - C C B - - - C - C - Resistividade B B - B C A C - - - - - - Pré-furo (PBP) B B - C B C B C - B C C C Auto-perfurante (SBP) B B A B B B B A B A A/B B A/B B B - C B C C C - A C C C Palheta B C - - A - - - - - - B/C B Ensaio de placa C - - C B B B C C A C B B Placa helicoidal C C - C B B B C C A C B - Permeabilidade C - A - - - - B A - - - - Ruptura hidráulica - - B - - - - C C - B - - Sísmico C C - - - - - - - A - B - Test (SPT) Pressiômetro Perfil Dinâmico Standard Penetration Cone-pressiômetro (FDP) Outros Parâmetros Aplicabilidade: A = alta; B = moderada; C = Baixa; - = inexistente 23 Legenda dos parâmetros: u = poro pressão in situ; `= ângulo de atrito efetivo; Su = resistência ao cisalhamento não-drenada; mv = coeficiente de variação volumétrica; Cv = coeficiente de consolidação; k = coeficiente de permeabilidade; Dr = densidade relativa; G0 = módulo cisalhante a pequenas deformações; h = tensão horizontal; OCR = razão de sobre-adensamento; relação tensão-deformação. Fonte: Schnaid (2012) Segundo Schnaid (2012), alguns ensaios são realizados para detalhar o subsolo em suas camadas, sendo objeto de estudo ao profissional na análise de planejamento, de impactos ambientais e de outras áreas de estudo. Para determinação de projeto geotécnico mais específico a abordagem segue a linha direta ou indireta. A abordagem direta tem por base a análise estatística, sendo então de natureza empírica ou semi-empírica. Os dados de resultados são diretamente relacionados ao desempenho de obras geotécnicas. A abordagem indireta prevê a obtenção de propriedades de solos adotando conceitos e teorias clássicas, da Mecânica dos solos, para interpretar e prever suas as características. 24 4.1.1 Sondagem a percussão com medida do SPT A sondagem a percussão é um ensaio de campo onde se avaliam algumas características do solo através da análise de amostras retiradas com o apoio de um aparato específico. A identificação do solo entre as camadas penetradas é importante, pois a partir dela, e também com base em estudos de solos semelhantes, podem-se estimar as possíveis características que o mesmo pode apresentar. Segundo Quaresma et al. (1998), associando a sondagem ao ensaio de penetração dinâmico (SPT) que é executado simultaneamente a mesma, pode-se medir imediatamente a resistência do solo nas camadas penetradas. Pode-se também determinar o nível de água nos pontos do ensaio. “Perfuração e cravação dinâmica de amostrador-padrão, a cada metro, resultando na determinação do tipo de solo e de um índice de resistência, bem como da observação do nível do lençol freático”. (NBR: 6484, 2001, p.2). O ensaio é normalizado no Brasil pela Associação Brasileira de Normas Técnicas por meio da NBR 6484 (ABNT, 2001). Para ensaios realizados especificamente para fundações de edificações, a ABNT referencia a NBR 8036 (ABNT, 1983), o qual contempla a programação de sondagens simples para fundações de edifícios e que apresenta disposições complementares para a norma NBR 6484 (ABNT, 2001). 25 A Figura 4.1 apresenta uma imagem do equipamento de sondagem sendo montado para a execução do ensaio, com o posicionamento do tripé que possibilita manobras no conjunto de cravação e tubos de revestimento e, também, a elevação do martelo em altura padronizada para queda livre durante as etapas de cravação. Figura 4.1: Equipamento de Sondagem a Percussão Montagem de equipamento de sondagem. Fonte: Fundesp (2013) 26 A definição do ensaio de sondagem de reconhecimento a percussão, segundo Quaresma et al. (1998), consiste basicamente na cravação de um amostrador padrão no solo, através da queda livre de um peso de 65 kg (martelo), caindo de uma altura determinada (75 cm). Segundo Quaresma et al. (1998), para execução do ensaio de sondagem devem-se selecionar pontos em áreas próximas aos limites de projeções de edificações e nos pontos de maiores concentrações de cargas. A distância entre os pontos deve variar de 15 metros a 30 metros, sendo que em inspeções preliminares esta variação pode ser aumentada variando-se para 50 metros a 100 metros. Destaca-se que, em ensaios para fundação de edificações, segundo NBR 8036 (ABNT, 1983), o número de sondagens a serem executadas em um subsolo, depende do tipo da estrutura, das características especiais e das condições geotécnicas que o subsolo apresenta. “Em quaisquer circunstâncias, o número mínimo de sondagens deve ser: a) dois para área da projeção em planta do edifício até 200 m²; b) três para área entre 200 m² e 400 m².” (NBR: 8036, 1983, p.1) Em situação onde houver mais de três sondagens, a localização das mesmas não deve ser distribuída ao longo de um mesmo alinhamento, segundo NBR 8036 (ABNT, 1983). Quaresma et al. (1998) descreve que esta recomendação garante melhor interpretação do ensaio em diversos planos de corte. Após a localização em planta dos pontos de sondagens, deve-se marcar cada ponto com um piquete de madeira ou material apropriado, segundo NBR 6484 (ABNT, 2001). Com os pontos marcados em planta deve-se adotar um nível referencial, a princípio fora do terreno e, se possível, com sua relação ao nível do mar. O nivelamento deve ocorrer 27 novamente quando houver deslocamento dos pontos. Quando o nivelamento ocorrer dentro d’água, adota-se um referencial fixo ao lado do ponto flutuante onde é instalado o aparato. Todos os elementos que constituem a aparelhagem-padrão são descritos segundo NBR 6484 (ABNT,2001). Em resumo a aparelhagem-padrão é constituída de uma torre que auxilia na manobra de hastes ou tubos de revestimentos, composição de perfuração e cravação do amostrador padrão, trados para abertura do furo de sondagem em camadas próximas a superfície, martelo padronizado para propor energia potencial para a cravação da composição de cravação e trépano ou peça de lavagem que tem função de ferramenta de cravação. Inicia-se o ensaio pela perfuração com a utilização de um trado concha ou do tipo cavadeira até a profundidade de 1 metro, após a instalação do primeiro tubo de revestimento, o material escavado neste trecho é coletado como amostra inicial, segundo NBR 6484 (ABNT, 2001). Em seguida prossegue-se com a perfuração, intercalando com a retirada de amostras de material, utilizando neste momento o trado do tipo helicoidal, avançando nas camadas até o ponto onde o solo não aderir ao trado. A partir deste ponto a norma recomenda a continuidade da perfuração com uso do trépano, através de mecanismos de circulação de água (bomba d’agua localizada na superfície) que retira o material escavado do furo. Quando o solo estiver instável deve-se obrigatoriamente descer os tubos de revestimentos alternando-se com o processo de perfuração, segundo NBR 6484 (ABNT, 2001). “Em casos especiais de sondagens profundas em solos instáveis, onde a descida ou posterior remoção dos tubos de revestimento for problemática, podem ser empregadas lamas de estabilização em lugar de tubo de revestimento, desde que não estejam previstos ensaios de infiltração na sondagem.” (NBR: 6884, 2001, p.11) 28 A amostragem do solo ocorre a partir de um metro de profundidade, o material da camada anterior é retirado com uso de trado concha e reservado como amostra zero, as camadas posteriores a um metro são retiradas em intervalos de um metro com o uso do amostrador padrão. Durante esta etapa executa-se o SPT. A amostragem do solo ocorre a partir de um metro de profundidade, o material da camada anterior é retirado com uso de trado concha e reservado como amostra zero, as camadas posteriores a um metro são retiradas em intervalos de um metro com o uso do amostrador padrão. Durante esta etapa executa-se o SPT. O amostrador padrão é liberado no furo, desde a superfície até o fundo, e após a colocação da composição de cravação coloca-se a cabeça de bater. Utilizando uma referência (usa-se o tubo de revestimento) marca-se um segmento de 45 centímetros dividido em 3 trechos de 15 centímetros. O martelo então é posicionado suavemente na cabeça de bater e, não ocorrendo penetração maior ou igual a 45 centímetros, prosseguese com a cravação do amostrador padrão anotando-se a quantidade de golpes sucessivos para penetração de 15 centímetros no solo até que seja completada a penetração dos 45 centímetros. “Na prática, é registrado o número de golpes empregados para uma penetração imediatamente superior a 15 cm, registrando-se o comprimento penetrado (por exemplo, três golpes para a penetração de 17 cm).” (NBR 6484, 2001, p.12) Os golpes dos últimos 30 centímetros são chamados de N, e o processo descrito anteriormente é denominado o ensaio de SPT “Standard Penetration Test”. Os critérios de registro de amostras e dados dos ensaios são descritos na norma NBR 6484 (ABNT, 2001). 29 A profundidade do ensaio de sondagem, embora tenha critérios mínimos descritos na norma, varia de acordo com o projeto em estudo. As características do solo, as cargas que irão atuar na fundação e, não menos importante, que a profundidade atenda a necessidade do responsável do projeto. A presença de água é importante no processo, sendo que, quando do surgimento da mesma, o ensaio deve ser interrompido para determinar a altura do nível quando a mesma estiver em execução. Para determinação da altura, o furo deve ser esvaziado, e após reinspeção deve ser anotada a altura no nível no furo. É ideal ao término do expediente esvaziar o poço e coletar as informações no dia seguinte. Podendo ocorrer a presença do chamado “lençol empoleirado”, que é a presença de dois lençóis num único furo, deve-se isolar o furo na extensão do primeiro lençol para determinar o nível do lençol seguinte, segundo Quaresma et al (1998). 30 A Figura 4.2 apresenta a execução do ensaio com equipamento de sondagem a percussão. Figura 4.2: Execução de ensaio de Sondagem a Percussão. Exemplo mostra a execução de ensaio a percussão. Fonte: Ação Engenharia (2013) A Figura 4.3 apresenta as diferenças encontradas no solo em uma amostra retirada de um ensaio de sondagem a percussão. 31 Figura 4.3: Detalhe de amostra de solo no amostrador padrão. Exemplo de amostra de solo contida no interior do amostrador padrão. Fonte: Solo e Rocha Sondagens (2013) As amostras coletadas são enviadas ao laboratório, para análise tátil e visual, segundo as camadas e referências anotadas. Quando em casos de dúvidas deve-se partir para a análise com auxílio de outros ensaios, como Granulometria e Limites de Atterberg, sendo este procedimento o mais indicado para dirimir as dúvidas existentes, segundo Quaresma et al. (1998). O modelo apresentado na Figura 4.4 mostra o perfil de sondagem para a análise do solo coletado em campo. 32 Figura 4.4: Modelo de perfil de sondagem a percussão. O perfil de sondagem a percussão é representado usualmente como o modelo acima. Fonte: Ação Engenharia (2013) 33 Segundo Quaresma et al. (1998), com todas as informações obtidas neste ensaio, é possível efetuar a representação dos perfis de cada sondagem. Além das informações da resistência do solo (medidos aqui em números de golpes para avanço do amostrador nos últimos 30 centímetros de cada camada) e níveis de água, o perfil deve fornecer o detalhamento do solo para sua compreensão e seguinte análise de fundações. As informações que devem ser incluídas no relatório definitivo são relacionadas na NBR 6484 (ABNT, 2001). 4.1.2 Sondagem Rotativa A sondagem rotativa é um ensaio de perfuração indicado para solos com maiores resistências. As camadas são perfuradas com um tubo, que apresenta em sua ponta um material de alta dureza capaz de realizar cortes em solos e rochas. O tubo denominado barrilete possui camisa livre em seu interior para que seja possível preservar o solo para análise. A ponta deste tubo geralmente possui uma coroa com pastilhas de vídia, porém para perfurar materiais de alta dureza pode-se dispor de coroas com diamante industrial, como mostrado na Figura 4.4. Figura 4.5: Coroa de diamante industrial. Detalhe da coroa diamantada utilizada em ensaios de sondagem rotativa. Fonte: Geoaktivan (2013) 34 O conjunto básico necessário para realização deste ensaio é composto de sonda motorizada, bomba de água, hastes de apoio, barriletes e coroas. A sonda motorizada tem a função de gerar energia mecânica para o avanço do barrilete no solo ou rocha e, também, sua devida rotação. Para executar o ensaio é realizado um procedimento denominado manobra que é caracterizado pelos ciclos de corte e retirada de testemunho de solo. O avanço necessário em cada manobra é dado em função da qualidade do material perfurado, ou seja, para material de boa qualidade é possível extrair material com o comprimento do barrilete. Em materiais mais frágeis o número de manobras é maior em função do comprimento ser menor. Souza, Silva e Iyomasa (1998) recomendam que o comprimento da amostra não seja inferior a 95% do avanço, a fim de garantir o melhor detalhamento do maciço rochoso. Toda ocorrência evidenciada durante este ensaio deve ser anotada em relatório e as amostras retiradas em cada manobra devem ser identificadas e dispostas em caixas que mostrem os detalhes das alturas dos furos. Mesmo que, durante uma manobra, ocorra a presença de lama ou água, o intervalo de perfuração deve ser registrado na coleta das amostras. 35 A Figura 4.6 mostra um modelo de caixa de testemunhos de sondagem e a sonda. Figura 4.6: Equipamento de sondagem rotativa e caixa de testemunhos. Ensaio de sondagem rotativa em andamento com detalhe para caixa de testemunhos. Fonte: Minerag (2013) Quando existir material terroso acima do maciço rochoso, há a necessidade de se conjugar com o ensaio de sondagem a percussão, então quando o material apresentar resistência de 50 golpes para avançar 30 centímetros no ensaio de SPT, é iniciada a sondagem rotativa. Este ensaio que une os dois tipos de sondagem mencionados acima é denominado sondagem mista. A obtenção do nível de água do furo de sondagem é similar ao do ensaio de sondagem a percussão. Sendo comum, a presença de aquíferos confinados ou mesmo a própria água de circulação de sondagem podem interferir na obtenção deste dado, sendo 36 recomendado, então, esgotar o furo no término da sondagem e aguardar 24 horas para verificar o nível de água. Este intervalo é necessário para estabilizar o nível natural, e juntamente com as características de permeabilidade e aspectos geológicos podem fornecer informações sobre as condicionantes da percolação subterrânea. 4.1.3 Ensaios geofísicos Os ensaios geofísicos têm por objetivo descrever o subsolo através de métodos não invasivos que fornecem o detalhamento em linhas ou regiões, portanto, se tratam de um detalhamento de uma grande área do subsolo. Os ensaios executados são divididos em ativos e passivos. Ensaios ativos são medidos por meio de fenômenos da natureza, como o campo gravitacional, campo magnético e abalos sísmicos. E ensaios passivos são medidos através do retorno do sinal emitido na superfície como ondas sísmicas (explosões), ondas eletromagnéticas e correntes elétricas. Os principais ensaios são: Sísmica de refração; Eletrorresistividade; Radar de penetração no solo (GPR); Potencial Espontâneo; Magnético. 37 Em geral estes ensaios são executados de forma rápida e de simples execução, aplicáveis à maciços de solos e de rochas. Sísmica de refração Através de equipamento adequado são geradas ondas sísmicas a superfícies, e de geofones, os sinais refratados destas ondas são detectados em um sismógrafo em uma interface entre camadas com diferentes velocidades de onda. Com estes dados é possível construir um gráfico de tempo x distância, o qual é interpretado a velocidade das ondas em cada meio e profundidade. Eletro-resistividade No terreno é introduzida uma corrente elétrica artificial através de dois eletrodos e, dessa forma, é medido o potencial gerado em outros dois eletrodos, nas proximidades do fluxo de corrente. Com isso é possível calcular a resistividade real ou aparente do subsolo. Radar de penetração no solo (GPR) Um transmissor envia pequenos pulsos de radio na superfície, e um receptor capta o sinal refletido do subsolo na superfície em interfaces com diferentes propriedades elétricas. A variação da intensidade dos sinais refletidos com o tempo é registrada para analisar o subsolo. Potencial Espontâneo; 38 Na superfície é observada a distribuição de potenciais provenientes do fluxo de íons nos líquidos presentes no subsolo que geram correntes elétricas, indicando os pontos de movimentos dos fluidos. Magnético. A amplitude ou gradiente vertical do campo magnético é medida na superfície ou no espaço aéreo através de magnetômetros. As variações espaciais no campo são provocadas pelas variações laterais na susceptibilidade magnética. 39 5 FUNDAÇÕES As fundações são separadas em dois grupos, segundo NBR 6122 (ABNT, 2010): Fundações superficiais (rasas ou diretas). Fundações profundas. As fundações superficiais e profundas se distinguem basicamente segundo o critério de que, nas fundações profundas a ruptura da base não atinge a superfície do terreno e que, para isso, tenha pelo menos 3 metros de profundidade. Para determinação do tipo de fundação verificam-se as características da obra e podem variar de um tipo a outro de acordo com as necessidades técnicas e econômicas do empreendimento. Uma vez atendidas as necessidades técnicas e normativas, o custo e o prazo de execução da fundação se tornam itens de grande importância na escolha do tipo de fundação. 5.1 Fundações Superficiais As fundações superficiais são elementos de fundação apoiados de forma direta na superfície do solo, dessa forma a carga da estrutura é transmitida ao solo pelas tensões distribuídas sob a base da fundação, segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010). Com a utilização de equipamentos de médio e pequeno porte o controle de qualidade se torna fácil de ser executado e pode ser realizado por ser mais econômico quando comparado a outros tipos de fundações, como no caso fundações profundas, segundo Gotlieb (2010). 40 As fundações superficiais são separadas em: Sapatas o Sapatas Isoladas: “Elemento de fundação superficial, de concreto armado, dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo emprego de armadura especialmente disposta para esse fim” (NBR: 6122, 2010, p.2). o Associadas: “Sapata comum a mais de um pilar” (NBR: 6122, 2010, p.3). As sapatas associadas são empregadas em casos em que devido à proximidade dos pilares nem sempre é possível executar sapatas isoladas. o Corridas: “Sapata sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente ou de pilares ao longo de um mesmo alinhamento” (NBR: 6122, 2010, p.3). Bloco: “Elemento de fundação superficial de concreto, dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo concreto, sem necessidade de armadura” (NBR: 6122, 2010, p.3). Radier: “Elemento de fundação superficial que abrange parte ou todos os pilares de uma estrutura, distribuindo os carregamentos” (NBR: 6122, 2010, p.3). Segundo Velloso e Lopes, (1998), são também classificadas como fundações diretas: 41 Viga de fundação: “Elemento de fundação que recebe pilares alinhados, geralmente de concreto armado; pode ter seção transversal tipo bloco (sem armadura transversal), quando são frequentemente chamadas de baldrames, ou tipo sapata, armadas” (VELLOSO e LOPES, 1998, p.212). Grelha: “Elemento de fundação constituído por um conjunto de vigas que se cruzam nos pilares” (VELLOSO e LOPES, 1998, p.212). 5.2 Fundações Profundas Fundações profundas são elementos que transmitem as cargas da estrutura para o solo pela sua extremidade inferior (resistência de ponta), pela superfície lateral (resistência de fuste) ou pela ação concomitante das duas. São utilizadas quando o solo resistente, com capacidade de suporte compatível com as cargas estruturais, encontra-se a grandes profundidades. A execução sempre necessita de mão de obra especializada e devido às dificuldades para controle visual, esse processo executivo demanda um controle de qualidade rigoroso e, consequentemente, um maior valor financeiro, conforme informações de Gotlieb (2010) e Velloso e Lopes (1998). Velloso e Lopes, (1998), citam as fundações profundas a seguir: Estaca: 42 “Elemento de fundação profunda executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas, sem que, em qualquer fase de sua execução, haja descida de pessoas. Os materiais empregados podem ser: madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in loco ou pela combinação dos anteriores”. Tubulão: “Elemento de fundação profunda, escavado no terreno em que, pelo menos na sua etapa final, há descida de pessoas, que se faz necessária para executar o alargamento de base ou pelo menos a limpeza do fundo da escavação, uma vez que neste tipo de fundação as cargas são transmitidas preponderantemente pela ponta”. Caixão: “Elemento de fundação profunda de forma prismática, concretado na superfície e instalada por escavação interna”. A variedade de estacas executadas para fundações profundas é muito ampla e cabe ao projetista introduzir o método mais adaptado ao projeto e ao terreno. As características de cada equipamento são primordiais para a boa execução do projeto. O conhecimento do projetista diante das tipologias utilizadas e das empresas existentes no mercado também é importante, com isso conclui-se que más escolhas impactam em perdas de rendimentos, baixa produtividade e elevados custos à construção. Segundo Décourt (1998), as estacas são classificadas em duas categorias: Estacas de deslocamento Estacas escavadas 43 A Tabela 5.1, classifica os tipos mais comuns de estacas, com ênfase ao seu método executivo. Tabela 5.1: Principais tipos de estacas Madeira Cravadas a percussão Grande deslocamento (cravadas) Pré – moldadas Concreto Moldadas in loco Aço Cravadas prensagem por Tipo Franki Tubos de ponta fechada Perfis de aço Pequeno deslocamento Concreto Moldadas in loco com pré-furo Tipo Strauss Tipo raiz Pré-moldadas com pré-furo Sem suporte Ferramentas rotativas Sem deslocamento Com uso de lama Concreto Com revestimento Diafragmadora Com uso de lama Fonte: Velloso e Lopes (1998) 5.2.1 Estaca de deslocamento Nas estacas de deslocamento o processo de introdução é feito por meio de métodos que não promovam o deslocamento vertical do solo, ou seja, esse processo ocorre quando o solo é “empurrado” para as laterais, sem a remoção do mesmo, quando a estaca é cravada. 44 As metodologias mais usuais, em território nacional, são as estacas pré-moldadas de concreto armado. Dentre esse grupo são encontradas também as estacas metálicas, de madeira, estacas apiloadas de concreto e estacas de concreto fundido, no terreno, com a utilização de um encamisamento de aço com ponta fechada (Franki). 5.2.1.1 Estaca pré-moldada ou pré-fabricadas As estacas pré-moldadas são caracterizadas por serem cravadas no solo por de métodos como: vibração, prensagem ou percussão. Fazem parte do grupo de estacas de deslocamento e podem ser constituídas por um único elemento estrutural (madeira, aço, concreto armado ou protendido) ou associados por dois, e não mais do que dois elementos, sendo assim denominadas de estaca mista, segundo Alonso (1998). Por apresentar métodos que ocasionam grandes vibrações é aconselhável sua utilização em locais que não apresentem construções antigas que podem ser danificadas na fase de cravação das estacas, segundo Gotlieb (2010). Estaca pré-fabricada de concreto De um modo geral o concreto é a melhor opção para composição das estacas, pois seu controle de qualidade tanto no processo de fabricação quanto no da cravação é eficaz. A estaca pré-fabricada, de concreto, pode ser confeccionada em concreto armado ou concreto protendido. De forma a não onerar o custo com transporte, as peças são fabricadas com comprimentos limitados a doze metros, segundo Gotlieb (2010), uma vez que cargas maiores a esse tamanho precisam de licença especial para serem transportadas. As emendas entre as peças, em fundações com profundidades superiores 45 à doze metros, podem ser realizadas por anéis metálicos, luvas de aço do tipo encaixe macho-fêmea e soldadas, quando os esforços de tração são consideráveis. Quando utilizada em terrenos que apresentem resistência maior deve ser auxiliada por processos preliminares que facilitem a cravação tais como uma perfuração prévia a seco ou com uso de lama bentonítica, por exemplo. A cravação por percussão é a mais utilizada nesse tipo de estaca. Estaca de madeira As estacas de madeiras são apresentadas como um método muito antigo e de grande utilização no início das construções civis. Porém por questões ambientais e pela dificuldade em se encontrar madeiras de boa qualidade e de boa capacidade de carga, tem sua utilização reduzida. Esse método se utiliza de troncos de árvores e através da percussão inicia-se a sua cravação no solo. No Brasil o tipo de madeira mais comum é o eucalipto, normalmente utilizado em obras provisórias (cimbramentos, etc). Para construções definitivas são utilizadas as denominadas “madeiras de lei” tais como peroba, aroeira, ipê dentre outras. Sua duração é praticamente ilimitada quando utilizada submersa, porém quando aplicada em regiões que apresentem variações de nível d’água apodrecem com facilidade, devido a ação de fungos aeróbicos, existentes na água-ar. Dessa forma a sua condição está vinculada a privá-la desses ambientes variáveis, segundo Alonso (1998). Segundo Alonso (1998), para garantir sua durabilidade são utilizados tratamentos na madeira com sais tóxicos à base de zinco, cobre, mercúrio, etc. 46 Estaca metálica ou de aço “As estacas metálicas são constituídas por peças de aço laminado ou soldado tais como perfis de seção I e H, chapas dobradas de seção circular (tubos), quadrada e retangular bem como os trilhos, estes geralmente reaproveitados após sua remoção de linhas férreas, quando perdem sua utilização por desgaste” (ALONSO, 1998, p.375). Estaca mista As estacas mistas são constituídas por dois, e não mais que dois, elementos diferentes. Esse processo geralmente é utilizado quando se tem alguma interferência no solo e que, quando não controlada, pode gerar danos nas estacas. 47 A Figuras 5.1 apresenta exemplos de estacas mistas utilizadas para compensar as interferências geradas pelos diferentes tipos de solo. Figura 5.1: Estacas mistas Exemplos de estacas mistas utilizadas em diferentes tipos de solo. Fonte: Alonso (1998) 5.2.1.2 Estaca de reação (mega ou prensada) Esse tipo de fundação constitui o grupo de estacas prensadas que é comumente utilizada em reforços de fundação. Segundo Gotlieb (1998), sua técnica é realizada por meio do método de reação no qual um macaco hidráulico ao aplicar determinada força na 48 fundação / estrutura existente inicia a introdução das peças pré-moldadas. Tais peças são normalmente segmentadas na ordem de 0,50 a 1,00 m e podem ser de aço ou de concreto. O tamanho das peças facilita a sua utilização em locais pequenos e de difícil acesso. Outro fator importante é o fato desse sistema não apresentar vibrações durante sua execução, tal fator deve ser considerado quando os reforços são tratados em estruturas muito precárias e/ou antigas. 5.2.1.3 Estaca Strauss Esse tipo de fundação tem seu processo executivo separado em duas etapas principais: o perfuração e colocação da tubulação metálica no solo; o lançamento do concreto no interior da tubulação. Falconi, Filho e Fígaro (1998) descrevem como principais vantagens a ausência de vibrações na vizinhança, a fácil locomoção do equipamento, a permissão cotas de arrasamento abaixo da superfície do terreno, a possibilidade de comparação do solo analisado na sondagem com o solo escavado e, por fim, a possibilidade da execução em locais com pé-direito reduzido. Os mesmos autores também citam como principais desvantagens a limitação às profundidades acima do lençol freático e aos riscos de seccionamento do fuste quando utilizada em solos de argila muito mole, saturadas, e em areias submersas. 5.2.1.4 Estaca Franki Segundo Maia (1998), esse tipo de estaca surgiu no início do século XIX, na Bélgica, onde Edgard Frankignoul, após desenvolver o método, nesse tipo de fundação, o dissipou 49 para o mundo todo. No Brasil essa estaca também é conhecida como estaca de concreto armado moldada no solo. E, como todo método de fundação profunda, para ser bem sucedido, a estaca Franki depende do uso de equipamentos adequados e mão de obra especializada. Sua execução é dividida em: o posicionamento da tubulação metálica; o compactação do solo; o alargamento da base; o colocação da armadura; o concretagem. O processo de cravação da estaca pode ser dificultado devido a presença de camadas resistentes intermediárias e que devem ser ultrapassadas para a solução são utilizados equipamentos e ferramentas adequados para permitir a desagregação dessas camadas resistentes. Outro problema é o estrangulamento do fuste que ocorre quando a estava é executada em solos muito moles, no momento do apiloamento do concreto. Isso é evidenciado pelo repentino encurtamento da armação existente, segundo Maia (1998). Por se tratar de um método com cravação por meio de um bate-estaca seu desenvolvimento acarreta grandes vibrações e barulhos, isso pode causar problemas nas construções vizinhas à obra. 50 As fases de execução desse tipo de estaca são apresentadas na Figura 5.2 abaixo: Figura 5.2: Fases de execução da estaca Franki Processo executivo da estaca Franki. Fonte: Modificado de Maia (1998) 51 5.2.2 Estacas escavadas As estacas escavadas apresentam deslocamento vertical do solo quando executadas, por meio de perfurações no terreno, com o uso de processos mecânicos. Dentre os tipos mais comuns são citadas as estacas tipo Broca, Barretes, Estacões e Hélices Contínuas. A estaca escavada é definida como: “Estaca executada por perfuração do solo através de um trado mecânico, sem emprego de revestimento ou fluido estabilizante. Um caso particular da estaca escavada mecanicamente é a estaca broca executada, por perfuração com trado manual” (NBR: 6122, 2010, p.4). Tem como característica ser uma estaca moldada in loco, pois são concretadas logo após sua escavação. Seu processo de escavação pode ser realizado por meio de um trado mecânico, perfuratrizes rotativas ou por sondas específicas para a retirada de terra, segundo Falconi, Souza e Fígaro (1998). 5.2.2.1 Estaca escavada mecanicamente com trado helicoidal Esse tipo de estaca tem como características a execução por meio de um trado helicoidal. Sua escavação se limita a escavações com profundidades que variam de 6,0 m a 30,0 m. A vantagem dessa solução se dá pela mobilidade do equipamento e pela ausência de vibrações durante a escavação. Sua execução também pode ser realizada em regiões próximas às divisas e o método se limita a perfurações acima do nível do lençol freático. 52 A Figura 5.3 ilustra o equipamento montado em chassis metálico. Figura 5.3: Equipamento para execução da escavação mecânica em trado helicoidal Modelo de equipamento para estaca escavada com trado helicoidal. Fonte: Geotesc (2013). Com o preparo do equipamento e o nivelamento da haste com sua devida locação iniciase a perfuração do solo até o atingimento da cota desejada. Determinada a profundidade desejada ocorre a retirada da haste para remoção do solo escavado. Após confirmação da profundidade e confirmadas as características do solo escavado ao solo da sondagem inicia-se a concretagem da estaca. Antes do lançamento do concreto o fundo da perfuração é apiloado com soquete fabricado na própria obra. Realizado o apiloamento, o concreto é lançado até a altura desejada para que seja executado o 53 arrasamento da estaca. Por fim é inserida a armação de ligação, no concreto fresco, para futura ligação ao bloco de coroamento da estaca. 5.2.2.2 Estaca injetada (Microestaca ou Raiz) A estaca raiz é definida da seguinte forma, segundo NBR 6122 (ABNT, 2010): “Estaca armada e preenchida com argamassa de cimento e areia, moldada in loco executada através de perfuração rotativa ou rotopercussiva, revestida integralmente, no trecho em solo, por um conjunto de tubos metálicos recuperáveis” (NBR: 6122, 2010, p.4). Estaca escavada com injeção ou microestaca, “estaca moldada in loco, armada, executada através de perfuração rotativa ou roto-percussiva e injetada com calda de cimento por meio de um tubo com válvulas (manchete)” (NBR: 6122, 2010, p.4). As estacas escavadas injetadas se diferem das demais estacas escavadas por pelo menos três razões, segundo Alonso (1998): podem ser executadas com inclinações entre 0º a 90º; possuem densidade de armadura superior às estacas de concreto armado; permitem atingir grandes profundidades em solos de alta resistência (inclusive rocha). As estacas raiz geralmente são armadas com barras de aço enquanto as microestacas são armadas com o tubo metálico que apresenta dupla funcionalidade: armar a estaca e dispor de válvulas manchetes para a injeção da calda de cimento. 54 “Tanto nas estacas raiz quanto nas microestacas, a armadura é envolvida por argamassa ou por calda de cimento, mas nunca por concreto” (ALONSO, 1998, p.361). Estaca Raiz. Seu método executivo é dividido em quatro fases: Perfuração; Instalação da armadura; Preenchimento com argamassa e Remoção do revestimento e aplicação de golpes de ar comprimido. Microestaca Seu método executivo é dividido em cinco fases: Perfuração; Instalação do tubomanchete; execução da bainha; injeção da calda de cimento e vedação do tubomanchete. 5.2.2.3 Estaca hélice contínua “A estaca hélice-contínua é uma estaca de concreto moldada “in loco”, executada por meio de trado contínuo e injeção de concreto, sob pressão controlada, através da haste central do trado simultaneamente a sua retirada do terreno” (ANTUNES e TAROZZO, 1998, p.345). Desenvolvida nos E.U.A e difundida em todo o mundo essa estaca foi executada pela primeira vez no Brasil em 1987. 55 A Figura 5.4 apresenta um modelo usual desse tipo de estaca. Figura 5.4: Equipamento usual – Estaca hélice contínua Equipamento para execução da estaca hélice contínua. Fonte: Solo (2013). Sua execução é separada em: Perfuração. Concretagem simultânea à extração da hélice do terreno. Colocação da armadura. 56 A Figura 5.5 apresenta a seqüência executiva da estaca hélice contínua. Figura 5.5: Fases de execução da estaca hélice contínua Etapas executivas. Fonte: Antunes e Tarozzo (1998). Segundo Antunes e Tarozzo (1998), têm como principais vantagens a elevada profundidade na escavação, a adaptação para a maioria dos terrenos (exceto na presença de matacões e rochas) e a ausência de vibrações. São apresentadas, também, como desvantagens o uso de um equipamento de grande porte, a necessidade de um número mínimo de estacas para que os custos do equipamento sejam nivelados ao da produção da obra e da exigência de uma central de concretagem próxima ao canteiro, pois, como a velocidade de execução desse tipo de fundação é elevada, atrasos no fornecimento do concreto geram custos extras no orçamento. 57 5.2.2.4 Estaca escavada com fluido estabilizante. A estaca escavada, moldada “in loco” e executada com o emprego da lama bentonítica se divide basicamente em 02 tipos, segundo Saes (1998): Estacões, circulares e com diâmetros usuais de 0,60 m até 2,0 m, perfurados ou escavados por rotação. Barrete ou estacas-diafragma, que são estacas com seção transversal retangular ou alongadas, escavadas com “Clamshells”. Embora apresentem grande capacidade de carga as duas estacas se diferem na geometria de suas seções transversais. Dentre os tipos de estacas escavadas com lama bentonítica se destaca a estaca barrete com o uso do equipamento hidrofresa que, devido à sua alta tecnologia, permite um acompanhamento preciso e real em todas as etapas executadas, segundo Saes (1998). Tal acompanhamento possibilita à equipe responsável, pelo uso do equipamento, uma maior qualidade final do produto, que é caracterizada, segundo Saes (1998), por: monitoramento do avanço e da verticalidade da estaca, apresentando os desvios nos eixos da fundação; controle detalhado da concretagem; nível de estanqueidade entre juntas, quando executado como paredes diafragma; escavação em diferentes tipos de solo, inclusive na presença de rochas com grandes resistências; ausência de vibrações; Grande produtividade. 58 A Figura 5.6 destaca o equipamento para escavação com hidrofresa. Figura 5.6: Modelo de equipamento para escavação com hidrofresa Equipamento para escavação. Fonte: Brasfond (2013). 59 a. Breve histórico: A utilização da lama como estabilizadores e auxiliadores na remoção de detritos datam de muito tempo (Egípcios 3.000 A.C.) e tem como princípio evitar o desmoronamento, em substituição às tubulações de revestimentos, segundo Saes (1998). O uso da estaca barrete se iniciou, na Engenharia Civil em meados de 1951, e teve como papel primário a contenção em cortinas de estacas justapostas. Essa metodologia é conhecida por parede-diafragma. Nos Estados Unidos a utilização desse tipo de fundação se deu em meados dos anos 60 e, no mesmo período, teve início no Brasil, de acordo com Saes (1998). b. Equipamentos: Basicamente os equipamentos utilizados nessa estaca apresentam como principal funcionalidade o corte do solo e são divididos em dois grupos, segundo Saes (1998): Equipamentos que cortam o solo e o transportam para a superfície. o Produzem baixa contaminação da lama bentonítica, porém são lentos com relação ao outro método. Incluem-se nesse método o equipamento “clamshell”, que são suspensos por meio de cabos acoplados à um sistema rígido de barras, podendo ser mecânico ou hidráulico. Também se incluem os estacões com seção circular os quais utilizam equipamentos como os rotadores hidráulicos equipados a um conjunto balde e caçamba ou a um trado acoplado a uma haste de perfuração, segundo Saes (1998). 60 A Figura 5.7 apresenta o equipamento utilizado para a escavação da estaca barrete com a utilização do clamshell. Figura 5.7: Equipamento para estaca barrete com clamshell Equipamento Clamshell para escavação da estaca barrete. Fonte: Solonet (2013). 61 A Figura 5.8 apresenta o equipamento utilizado para escavação do estacão circular com o uso da lama bentonítica. Figura 5.8: Equipamento para estacão Estacão circular com uso da lama. Fonte: Anson (2013). Equipamentos que destroem o solo. o Seus fragmentos são transportados pelo fluxo da lama (circulação reversa) e esse método apesar de contaminar a lama bentonítica, apresenta grande velocidade de escavação, bem como uma avançada tecnologia que garante uma melhor qualidade do produto final. É utilizado em solos de grande resistência. Incluem-se nesse método os equipamentos que operam com tricones (“roller bits”, “drag bits”, etc). 62 Os equipamentos da hidrofresa são especialmente desenvolvidos para execução em solos de alta resistência, grandes escavações (com grandes profundidades) e, em situações de extrema complexidade, visto que sua tecnologia permite esse desenvolvimento com a apresentação de excelentes resultados, segundo Saes (1998). Por meio da circulação reversa direcionam o material escavado para a superfície do terreno. A Figura 5.9 apresenta o modelo de equipamento com hidrofresa utilizado nesse tipo de estaca. Figura 5.9: Equipamento para estaca barrete com hidrofresa Equipamento hidrofresa para escavação da estaca barrete com circulação reversa. Fonte: Bauer (2013). 63 A Figura 5.10 detalha a hidrofresa e seus principais equipamentos. Figura 5.10: Hidrofresa e seus equipamentos. Detalhamento da ferramenta. Fonte: Brasfond (2013). Com a necessidade de superar as resistências do solo, quando muito altas, são apresentados os “Cutters”, rodas de corte. Tais itens são dimensionados de acordo com os resultados obtidos nos ensaios de investigação geológica, como por exemplo, o ensaio de compressão axial. Essa preocupação visa garantir a velocidade de escavação e qualidade final do produto. 64 A Figura 5.11 apresenta os tipos de “cutters” utilizados nos diferentes tipos de solo. Figura 5.11: “Cutters” ou Rodas de Corte. Modelos de “Cutters” para avanços em solos de diferentes resistências. Fonte: Brasfond (2013). O sistema de controle da hidrofresa é composto por sensores instalados nas rodas de corte e no corpo do equipamento que monitoram a velocidade de rotação das rodas, o avanço, a velocidade de avanço e a verticalidade da escavação, enviando esses dados para um monitor instalado na cabine da perfuratriz ou guindaste. O ajuste da verticalidade é efetuado pelo sistema de “flaps” instalados na hidrofresa e que, acionado continuamente pelo operador, ajusta a verticalidade do equipamento. 65 A Figura 5.12 demonstra a localização dos “flaps”, no equipamento hidrofresa. Figura 5.12: Detalhamento do “Flaps” no equipamento hidrofresa. Os flaps auxiliam na verticalidade do equipamento. Fonte: Brasfond (2013). 66 A Figura 5.13 apresenta o modelo do painel eletrônico que é monitorado pelo operador. Figura 5.13: Painel de controle do equipamento Painel de controle e monitoramento da estaca. Fonte: Brasfond (2013). O painel de controle apresenta informações técnicas como pressões de bombeamento da lama bentonítica, dados da verticalidade do equipamento, desvio dos eixos de referência do equipamento, velocidade de escavação do equipamento e da profundidade escavada. c. Fatores que afetam a escavação: Segundo Saes (1998) os fatores que podem afetar a escavação são: Condições do subsolo: o Solos muito permeáveis elevam as concentrações da lama, essa condição dificulta o deslocamento da lama quando se inicia a concretagem. 67 o A presença de matacões pode gerar desvios na escavação, lentidão na escavação e vibrações no processo executivo. Lençol freático: o Níveis elevados de lençol atrapalham a escavação, pois as características da lama podem ser alteradas com a presença, em grandes quantidades, de água. Quando essa ocasião é evidenciada se faz necessário o rebaixamento do lençol para evitar esse tipo de problema. Lama bentonítica: o Lamas inadequadas prejudicam a formação do “cake”, formação da película impermeável nas paredes escavadas, esse processo permite o desmoronamento das paredes prejudicando assim a integridade da estaca. Equipamentos: o Os equipamentos afetam a qualidade da execução da estaca quando não estão alinhados ou quando os equipamentos apresentem falta de manutenção periódica prejudicando assim a qualidade e controle dos processos que compõem a execução da estaca. d. Lama bentonítica: O fluído responsável pela estabilização das paredes do solo, durante a escavação, mais usual é a lama bentonítica (mistura de água e bentonita). A mesma pode ser sódica (Na+) ou cálcica (Ca++), segundo Saes (1998). A bentonita sódica é o tipo mais adequado para 68 a preparação das lamas nas escavações, uma vez que, na forma cálcica, a lama precisa sofrer um processamento para melhorar suas características finais. De acordo com Saes (1998) essa lama apresenta algumas características principais: Estabilidade. Capacidade de formar rapidamente uma superfície impermeável. Tixotropia, capacidade de se tornar líquido quando agitado e de gelificar quando cessado o movimento. Boa densidade e viscosidade adequada para a estabilização nas escavações. Suas funções nas escavações permitem: Conter o fundo e as paredes escavadas. Fácil substituição pelo concreto. Manter os resíduos gerados na escavação em suspensão. Fácil bombeamento. e. Processo executivo: O processo executivo é dividido em: Escavação com simultâneo preenchimento da lama bentonítica. Colocação da armadura (sem retirar a lama). Lançamento do concreto, de baixo para cima, de forma a expulsar a lama. 69 A Figura 5.14 representa os processos executivos da estaca barrete com a utilização de hidrofresa. Figura 5.14: Fases de execução da estaca barrete Etapas executivas com a utilização de hidrofresa. Fonte: Brasfond (2013). 70 A escavação se inicia quando as estacas estão devidamente locadas. Para estacões (estacas com diâmetros de 1,50 m a 2,0 m) uma camisa metálica é utilizada como guia nas escavações. Seu progresso deve ser cuidadoso e as verificações de prumo devem seguir concomitantemente à evolução da profundidade. O nível da lama deve sempre ser mantido acima do tubo/parede guia. A concretagem se inicia após colocação da armadura, devidamente alocada. Devido à complexidade do processo e por se tratar de uma concretagem submersa, sua execução é realizada lentamente com tubos de concretagem. O concreto em si deve apresentar fluidez para passar pela tubulação e alta trabalhabilidade. Esse por apresentar uma densidade maior que a lama bentonítica expulsa-a para superfície ocupando as regiões das estacas, submersas, de baixo para cima. Quanto menor a viscosidade e menor a densidade da lama, mais fácil é o seu deslocamento vertical. Segundo Saes (1998), o concreto deve apresentar slump-test na ordem de 200 +/- 20 mm, os agregados não devem ser superiores à 10% do diâmetro do tubo tremonha e o consumo de cimento mínimo é da ordem de 400 kg/m³. Os agregados graúdos devem ter forma arredondada e, por fim seu fator água cimento deve seguir abaixo de 0,6. 71 A Figura 5.15 apresenta os movimentos do concreto durante a concretagem de uma estaca barrete. Figura 5.15: Movimentos do concreto durante a concretagem Uso do tubo tremonha e movimentos do concreto durante a concretagem. Fonte: Saes (1998). Segundo Saes (1998), concretagens muito lentas ou com interrupções podem prejudicar o andamento dos serviços, pois esse elevado tempo é propício à ocorrência da decantação por densidade de siltes e areias sobre a superfície do concreto, que por sua vez pode prejudicar a integridade do corpo da estaca. Esse tipo de estaca, assim como os demais tipos de fundações que apresentem grandes vibrações, barulhos e o uso de equipamentos de grande porte, deve ser previamente planejado, relacionando-o aos problemas que o mesmo pode sofrer ou ocasionar quando mal relacionados na obra. O planejamento deve analisar a localização da obra, o tamanho 72 do terreno, sua topografia e principalmente o horário da obra quando o mesmo é conflitante à legislação da região, por exemplo, o Decreto nº. 35.928 (SÃO PAULO, 1992), popularmente descrito como a “Lei do silêncio”. f. Carga admissível, Atrito Lateral e Resistência de Ponta: Como a resistência de uma estaca escavada depende da resistência do atrito lateral ao longo do fuste e da resistência de ponta, é importante entender que o comportamento da estaca barrete, por possuir uma seção retangular, interage com o solo de forma diferente às estacas de seção circulares. Segundo Saes (1998) os ensaios laboratoriais e de prova de carga têm mostrado que a lama bentonítica apresenta pouca ou quase nula influência sob o atrito lateral. Dessa forma pode-se dizer que os estudos geológicos normativos, servem de boa base para análise do solo na escolha da fundação barrete. Quanto à resistência de ponta da estaca, de acordo com informações de Saes (1998), a mesma depende do afofamento do solo por desconfinamento, da ponta da estaca e do contato concreto/solo. No caso do contato concreto/solo é necessário que o concreto lançado remova toda a lama e detritos depositados no fundo da estaca, para isso é importante que as características da mesma (densidade, viscosidade e teor de areia) sejam atendidas. De acordo com Saes (1998), as estacas escavadas têm comportamento satisfatório no que diz respeito ao atrito lateral e à resistência de ponta. A NBR 6122 (2010) recomenda que a resistência de atrito adotada não seja inferior a 80% da carga de trabalho adotada. A mesma também recomenda que a carga admissível não seja superior a 50% da soma da resistência de atrito com a resistência de ponta. 73 As estacas barretes, por possuírem formas alongadas permitem execuções monolíticas (formato “I”, “T” e “H”) ou em composições de grupos de estacas. Essa característica representa um grande potencial de redução de custos, pois permite a execução de peças conforme superestrutura do projeto. E por fim, vale lembrar que as estacas barretes são utilizadas para suportar grandes cargas, que normalmente não seriam suportadas por apenas uma estaca de outro tipo. 74 6 CONTROLE PÓS-EXECUTVO DAS FUNDAÇÕES Segundo Alonso (1998), o controle pós-executivo das fundações tem, como objetivo principal, comprovar que o comportamento da estrutura previsto em projeto foi atendido após a sua execução. Quando o mesmo não atende não é satisfatório, tendo que ser tomadas as providências necessárias.. Segundo Niyama, Aoki e Chameki (1998) o controle do desempenho verifica os aspectos estruturais, funcionais, de durabilidade e estéticos. A verificação dos aspectos é dificultada devido a complexidade do solo e do processo construtivo das estacas, tais como: Impossibilidade de visualização da fundação após a sua execução. Incertezas e dificuldades inerentes a ensaios de campo. Heterogeneidade do solo. As dificuldades dessas análises técnicas que estabelecem critérios de verificação, além de demonstrarem os desempenhos das fundações executadas, são elaboradas com o intuito de minimizar as margens de erros nas verificações, feitas a partir de normas técnicas. A NBR 6122 (ABNT, 2010) descreve as características dos diferentes tipos de fundações bem como suas verificações em cada caso. Pela mesma norma podem ser determinadas as seguintes verificações: Verificação de desaprumo. Excentricidades não previstas em projetos (falhas de execução). Variações de dimensionamentos. Qualidades na execução. 75 Características de materiais utilizados. Capacidades de cargas. Nela são detalhados os procedimentos a serem seguidos quando se é evidenciada anormalidades e desvios na execução que, quando não verificados, podem prejudicar o desempenho estrutural da construção. Portanto, os resultados obtidos devem ser analisados, pois o comportamento de sua integridade depende de alguns fatores como, deslocamentos, carregamentos, registros de anormalidades, fissuras e aberturas de juntas. Segundo Medeiros (2005), para a análise desse controle há três ensaios que são considerados importantes pelos especialistas, são eles: Ensaio de Carregamento Dinâmico (ECD). Ensaio de Integridade (PIT). Prova de Carga Estática. Segundo a autora citada anteriormente, por meio dos ensaios ECD e prova de carga estática é possível obter a capacidade de carga além da análise de sua integridade estrutural, por meio do ensaio PIT. Todos são importantes e a execução de um não exclui a necessidade de execução dos outros, ocorrendo assim uma complementação dos resultados entre os ensaios. O ensaio de carregamento dinâmico (ECD), conhecido também como prova de carga dinâmica é um ensaio não destrutivo quando realizado dentro dos parâmetros estabelecidos pela NBR 13208 (ABNT, 2007) e, apesar dessa norma dizer que esse método de ensaio “aplica-se a estacas, verticais ou inclinadas, independentemente do 76 processo de execução ou de instalação no terreno”, esse ensaio não é usual em estacas barretes. Isso ocorre devido ao fato da sua aplicação ser necessariamente realizada por meio de percussão (bate-estaca) o que se torna difícil a sua aplicação, nesse tipo de fundação. Isso acarreta em um maior tempo de execução, além de ter o custo do ensaio elevado. 6.1 Ensaio de Integridade (PIT) O ensaio de integridade de estacas, conhecido como PIT (Pile Integrity Test), é uma técnica, não destrutiva, que permite avaliar a qualidade de fundações profundas identificando a presença de eventuais defeitos. Este ensaio não é exigido pela NBR 6122, além de não ser ainda normatizado no Brasil, segundo Medeiros (2005). De acordo com a Terratek (2010), esse ensaio “é altamente recomendado em estacas moldadas in loco de todos os tipos e diâmetros, e também pode ser aplicado com bastante eficiência em estacas pré-moldadas de concreto”. Esse ensaio é realizado com equipamentos que emitem propagação de ondas acústicas de baixo nível de deformação para avaliar a integridade das estacas, comprimento, característica da concretagem e qualidade de execução. Diferente do ensaio ECD, onde os sensores são colocados no fuste da estaca, o ensaio PIT tem: “um acelerômetro no topo da estaca, que é previamente preparada para receber golpes de um martelo instrumental. Dessa maneira são registradas ondas para fazer um perfil da estaca. Com esse perfil é 77 possível verificar se há estrangulamento, alargamento de seção, trincas, fissuras ou vazios na estaca moldada” (MEDEIROS, 2005). Com um acelerômetro calibrado, um martelo de impacto acoplado a outro acelerômetro calibrado e um coletor de sinais de aceleração pela propagação da onda acústica verificase a integridade, assim é feita uma interpretação da forma da onda acústica refletida no topo da estaca. Com esses ensaios são possíveis a obtenção de gráficos de velocidade por tempo que podem ser transformados em comprimento da estaca, representado na Figura 6.1, que mostra também a utilização da instrumentação para o levantamento dos dados para o ensaio. Uma das vantagens que torna o ensaio de integridade da estaca conhecido é a possibilidade de se testar todo o estaqueamento da obra, com custo e prazos reduzidos. Além de consumir o mínimo de recursos do canteiro de obras, não interferindo no andamento da mesma, o equipamento é leve e portátil e sua operação pode ser executada nas mais variadas condições, podendo fazer mais de 50 ensaios por dia, segundo Medeiros (2005). 78 Figura 0.1: Instrumentação utilizada no ensaio PIT. Instrumentação e metodologia utilizadas para realização do ensaio PIT. Fonte: PDI (2013) O PIT também pode ser utilizado em aplicação especial, como na pesquisa do comprimento de fundações antigas, ou se há alargamento de seção e estrangulamento, apenas não fornece informações quanto à capacidade de carga, segundo Medeiros (2005). As Figuras 6.2, 6.3 e 6.4 apresentam a preparação para a realização do ensaio PIT e o método de ensaio PIT pós preparo da estaca, onde a Figura 6.2 demonstra o preparo da superfície da estaca para o levantamento dos dados para o ensaio. A Figura 6.3 demonstra o topo da estaca com sua superfície sem irregularidades que prejudicam a qualidade do ensaio e na Figura 6.4 é possível observar como é feita a coleta de dados mediante instrumentação utilizada no momento da execução do ensaio. 79 Figura 0.2: Preparo da superfície - PIT. Serviços preliminares para o ensaio PIT Fonte: PDI (2013) 80 Figura 0.3: Superfície preparada - PIT. Preparo da superfície com retirada das irregularidades que prejudicam a qualidade do ensaio. Fonte: PDI (2013) 81 Figura 0.4: Realização do ensaio PIT. Coleta de dados mediante instrumentação utilizada no momento da execução do ensaio. Fonte: PDI (2013) 6.2 Prova de carga estática A prova de carga estática é o ensaio mais tradicional que mede a capacidade de carga e esse método de ensaio “se aplica a todos os tipos de estacas, verticais ou inclinadas, independente do processo de execução e de instalação no terreno, inclusive a tubulões, que a elas se assemelham” NBR 12131 (ABNT, 2006). De acordo com Sete (2010), o procedimento do ensaio de prova de carga estática incide em aplicar esforços estáticos crescentes à estaca e anotar os deslocamentos correspondentes, segundo metodologia definida na NBR 12131 (ABNT, 2006), a aplicação deste tipo de carga, na maioria das vezes é necessária a construção de uma estrutura particular para a realização dos ensaios. Esta estrutura continua ancorada no terreno, enquanto se aplica a carga, por meio de macacos hidráulicos, ao elemento da fundação que estiver sendo testado. 82 É imprescindível que a montagem desta estrutura assegure que a aplicação da carga seja aferida na direção e no sentido esperado. Os esforços neste ensaio podem ser axiais de tração, compressão ou transversais segundo Sete (2010) e conforme a NBR 12131 (ABNT, 2006), são aplicados por dispositivos de um ou mais macacos hidráulicos. Na Figura 6.5 tem-se uma visão geral de uma das formas de montagens do ensaio de prova de carga estática à compressão e na Figura 6.6 é possível visualizar o posicionamento dos medidores no ensaio de prova de carga estática. Figura 0.5: Preparação para ensaio de Prova de Carga Estática. Coleta de dados no ensaio de prova de carga estática Fonte: Geofix (2013) 83 Figura 0.6: Posicionamento dos medidores no ensaio de prova de carga estática. Detalhe da coleta de dados do ensaio. Fonte: Geofix (2013) Durante a aplicação da carga, observam-se as deformações no elemento testado com a finalidade de se calcular parâmetros importantes como, capacidade de carga da estaca, curva carga x deslocamento, recalque associado à carga de trabalho e coeficiente de segurança do estaqueamento. Conforme a NBR 6122 (ABNT, 2010), “é obrigatória a execução de provas de carga estática em obras que tiverem um número de estacas superior ao valor especificado na coluna (B)” da Tabela 6.1, onde “quando o número total de estacas for superior ao valor da coluna (B) da Tabela 6.1 deve ser feito um número mínimo de provas de carga igual a 1%, arredondando-se sempre para mais” e diz ainda que: 84 “é necessária a execução de prova de carga, qualquer que seja o número de estacas da obra, se elas forem empregadas para tensões médias (em termos de valores admissíveis) superiores” aos indicados na coluna (A) Tabela 6.1” (NBR 6122:2010). Portanto, de acordo com a NBR 6122 (ABNT,2010), para as estacas escavadas (com ou sem fluido, ɸ ≥ 70 cm) são recomendadas as realizações das provas de cargas quando em quantidades superiores a 75 estacas da obra ou se a tensão média nas estacas for superior a 5 MPa. Ainda de acordo com a norma citada anteriormente: “as provas de carga estáticas podem ser substituídas por ensaios dinâmicos na proporção de cinco ensaios dinâmicos para cada prova de carga estática em obras que tenham um número de estacas entre os valores da coluna B e duas vezes esse valor. Acima desse número de estacas será obrigatória pelo menos uma prova estática, conforme ABNT NBR 12131”. 85 Tabela 0.1: Número de provas de carga Fonte: NBR 6122 (2010) 86 7 FUNDAÇÃO EM ESTACA BARRETE, POR MEIO DE HIDROFRESA, EM EDIFÍCIO COMERCIAL NA CIDADE DE SÃO PAULO. O estudo de caso que é explanado analisa o tipo de fundação profunda utilizada na construção do empreendimento Edifício Odebrecht São Paulo, com isso são estudadas as características do empreendimento, verificadas as análises do terreno e, por fim, analisadas as viabilidades técnicas e econômicas da tecnologia empregada na execução da fundação. 7.1 Características do empreendimento O empreendimento apresentado neste estudo de caso é o Edifício Odebrecht São Paulo, projeto de construção comercial que visa atender a demanda da Odebrecht Realizações Imobiliárias SA, na cidade de São Paulo. A localização do empreendimento foi definida considerando-se a posição estratégica junto ao centro empresarial na região oeste da cidade, a visibilidade da edificação, o acesso a importantes vias de trânsito e a oferta de transportes públicos. 87 A Figura 7.1 apresenta a localização do terreno na região Oeste da cidade de São Paulo. Figura 7.1: Localização do Terreno. Macrolocalização – 1. Johnson & Johnson / 2. Unibanco A|G / 3. Jóquei Club / 4. WT Nações Unidas / 5. Unibanco / 6. Eldorado Business Tower / 7. Santander/ 8. Edifício Riverside / 9. Metrô Butantã Fonte: Odebrecht (2013) Dados do terreno: Área Total: 7.389,15 m²; Desnível máximo: 1,61 m; Taxa de Ocupação: 70% (5.172,41 m²); Coeficiente de Aproveitamento: 4,0 (relação entre a área construída computável de uma edificação e a área total do lote). As principais premissas de projeto deste empreendimento são: 88 Edificação de uso comercial; Certificação LEED - Sistema internacional de certificação e orientação ambiental para edificações que possui o intuito de incentivar a transformação dos projetos, obras e operações das edificações, sempre com foco na sustentabilidade de suas atuações, segundo GBC (2013); A edificação é composta de: 18 andares tipo com área útil de laje de 1480 m²; 6 andares de garagem com capacidade de 1200 vagas; Heliponto; 11 elevadores; A Tabela 7.1, apresenta o quadro de áreas do empreendimento. Tabela 7.1: Quadro de Áreas Áreas (m²) Área Construída 57.605,98 Área Computável 29.539,54 Fonte: Odebrecht (2013) 89 A Figura 7.2 apresenta uma perspectiva do empreendimento. Figura 7.2: Perspectiva do empreendimento. Edifício Odebrecht São Paulo. Fonte: Odebrecht (2013) 7.2 Análise do terreno A análise do solo verificou, segundo ensaios de sondagem mista e à percussão, as características do terreno em que seria construído o edifício Odebrecht São Paulo. Com base nas coletas extraídas pôde-se identificar a presença de rochas que influenciaram na escolha de uma fundação profunda, capaz de penetrar nas camadas mais resistentes. 90 Os relatórios dos ensaios de sondagem mista e à percussão, mostrados pelas Figuras 7.3, 7.4 e 7.5, apresentam as características do terreno, por meio de dos laudos emitidos, e permitem verificar a presença, em diversos pontos, de afloramentos rochosos. A Figura 7.3 apresenta os locais de realização das sondagens à percussão. Figura 7.3: Localização dos pontos de sondagem à percussão. SP-8 Localização dos pontos de sondagem à percussão. Fonte: Odebrecht (2013) De acordo com a empresa Odebrecht, inicialmente são propostos alguns pontos de sondagem à percussão para verificação das características do solo. Com a realização das 91 sondagens à percussão, percebida a presença de rocha, a necessidade de execução de sondagem mista surge como diferencial para a coleta de informações em solos de maiores resistências. A Figura 7.4 apresenta os locais de realização das sondagens mistas. Figura 7.4: Localização dos pontos de sondagem mista. Localização dos pontos de sondagem mista. Fonte: Odebrecht (2013) 92 Mesmo com a execução das sondagens mistas, os consultores solicitam a execução de sondagens adicionais, mistas também, a fim de melhor identificar os locais mais próximos das regiões em que a execução das fundações, em estacas barrete, fosse predominante. A Figura 7.5 apresenta os locais de realização das sondagens mistas adicionais na região onde seriam executadas as estacas barretes. Figura 7.5: Localização dos pontos de sondagem mista adicional. Localização dos pontos de sondagem mista adicional. Fonte: Odebrecht (2013) 93 A verificação dos boletins de sondagem confirma a presença dos afloramentos rochosos. Com a confirmação dessas características, o projeto de fundação passa a se caracterizar e a necessidade de apresentar soluções técnicas, para a execução de escavações em locais com a presença de afloramentos rochosos, se torna estratégica para a escolha do tipo de fundação. A presença de maciços rochosos é evidenciada em diversos boletins técnicos de sondagem, pois com a análise dos mesmos pode-se constatar a presença de fragmentos finos, médios, compactos e muito compactos. Tais fatores indicam, também, valores de SPT muito altos com pequenos avanços na profundidade. As Figuras 7.6, 7.7 e 7.8 apresentam os laudos elaborados com base nas coletas de solo nas sondagens mistas nº 3, 4 e 6 e indicam os altos valores de SPT obtidos. O anexo A apresenta o projeto arquitetônico, o anexo B o projeto de fundação e o anexo C os perfis de sondagens realizados pelos ensaios de sondagem à percussão e mista. 94 Figura 7.6: Detalhes da sondagem mista nº 3. INDICAÇÃO DA PRESENÇA DE ROCHA Detalhamento do ensaio de sondagem mista. Fonte: Odebrecht (2013) 95 Figura 7.7: Detalhes da sondagem mista nº 4. INDICAÇÃO DA PRESENÇA DE ROCHA Detalhamento do ensaio de sondagem mista. Fonte: Odebrecht (2013) 96 Figura 7.8: Detalhes da sondagem mista nº 6. INDICAÇÃO DA PRESENÇA DE ROCHA Detalhamento do ensaio de sondagem mista. Fonte: Odebrecht (2013) As amostras dos maciços rochosos, extraídos do local pelas sondagens mistas, também foram analisadas ensaios de compressão axial de rocha. 97 A Figura 7.9 apresenta os resultados obtidos no ensaio de compressão axial da rocha. Figura 7.9: Resultados do ensaio de compressão axial da rocha. Ensaio de compressão axial de rocha. Fonte: Odebrecht (2013) Com base nos resultados dos ensaios de resistência a compressão axial, pôde-se constatar a necessidade de utilizar uma ferramenta capaz de escavar solos com resistências próximas a 62,9 MPa, confirmando a boa escolha da ferramenta hidrofresa. 98 7.3 Viabilidade O empreendimento escritório Odebrecht São Paulo, foi desenvolvido pela própria construtora com o intuito de ser um empreendimento certificado pelo LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) além de atender aos requisitos do padrão imobiliário AAA. Tal padrão busca a construção de obras que envolvem uma construção limpa, inovadora e baseada em novas tecnologias, visando a construção de um empreendimento sustentável, segundo Odebrecht (2013). Além da certificação pleiteada a demanda prioriza a adoção de novas técnicas de fundação para a construção de um edifício complexo e com uma escavação profunda. 7.3.1 Viabilidade Técnica Em função do cenário citado anteriormente, no item 7.3, e com base nos ensaios de sondagem emitidos para análise do solo a fundação em estaca barrete passa a ser uma escolha interessante, pois propõe o suporte de grande capacidade de carga. Com a escolha pré-definida em estaca barrete a necessidade de escavação em locais com a presença de maciços rochosos determina a utilização da hidrofresa como meio de escavação desses locais. Esse sistema se mostra eficiente e muito produtivo em escavações de solos resistentes. Outro fator muito importante e que consagra o projeto em fundação barrete com hidrofresa é a necessidade de execução das fundações bastante distantes entre si, caracterizando o uso de pilares com grande capacidade de carga, a qual é transmitida às 99 fundações profundas. Tal fator define a característica de suporte de carga e consolida a escolha da fundação. A Figura 7.10 apresenta a tabela de carga de fundação para as estacas barrete. Figura 7.10: Detalhe do projeto de fundação com a tabela de carga para cada fundação barrete. Tabela de Cargas e Dimensões das estacas. Fonte: Odebrecht (2013) Em função da sua grande capacidade de carga a estaca barrete possibilita, também, a redução, no número final de estacas (em projeto). Essa redução nos custos finais do empreendimento diminui o consumo de materiais e possibilita a não execução dos ensaios de prova de carga, uma vez que o número de estacas, por ser menor que o mínimo já apresentado no Capítulo 6, da Tabela 6.1, localizado na página 77, para realização de ensaios, viabiliza essa característica. Dessa forma a não realização do ensaio segue a orientação da NBR 6122 (ABNT, 2010). Entretanto o controle pós-executivo, por ter como principal objetivo a análise do desempenho da execução da fundação, possibilita a constatação de possíveis anomalias. Sendo assim, a sua realização é constatada como boa prática para melhor 100 acompanhamento da qualidade dos serviços. Tais controles são evidenciados pelos relatórios de qualidade de concreto, de procedimentos operacionais e nos relatórios de escavação do equipamento. A viabilização desse tipo de fundação (estaca barrete com hidrofresa), para o atendimento às certificações LEED, pode ser caracterizada por três critérios: Gestão de resíduos em obra – por apresentar um sistema de tratamento e segregação dos resíduos sólidos misturados à lama bentonítica. Redução no consumo de água – por apresentar um sistema controlado e com o uso racional da água. Conteúdo reciclado – por apresentar, no sistema de tratamento da lama bentonítica, a reutilização da mesma após a segregação dos resíduos sólidos. Cada critério se encaixa sob os campos de aplicação “Uso racional da água – Critério 03”, “Materiais e Recursos – Critério 02 e 04” e “Inovação de projeto – Critério 04”, conforme Premio Destaque (Odebrecht, 2011). 7.3.2 Viabilidade Econômica A economia gerada, com base nos valores orçados, foi de R$414.230,00 (8,60%) dos custos contemplados no orçamento final, segundo Odebrecht (2013). Em resumo o custo final das fundações não foi superior à 8,50% do total realizado para construção do empreendimento, gerando um valor final de R$154,76/m². 101 A Tabela 7.2, apresenta um breve resumo dos custos do empreendimento. Tabela 7.2: Orçamento da obra. Área construída: 57.605,98 m² - Data base: jan/2011 Nº Item Item 7 Fundações Total >>>>>>>>> Fonte: Odebrecht (2013) Custo total (R$) Peso (%) R$/m2 8.915.072,33 8.10% 154.76 110.085.050,22 100.00% 1,910.99 102 7.4 Fotos A execução da fundação foi realizada conforme metodologia citada pela NBR 6122 (ABNT, 2010) e é apresentada abaixo: Execução de mureta guia; o As Figuras 7.11 e 7.12 apresentam as fotos da execução in loco. Figura 7.11: Marcação e escavação da Mureta Guia. A mureta guia tem a função de manter estável a parte superior dos painéis de parede diafragma e/ou estaca barrete, bem como, também, para servir de guia inicial para a ferramenta de escavação Fonte: Odebrecht (2013) 103 Figura 7.12: Forma, Armação e Concretagem da Mureta Guia. Sequência de fabricação da mureta guia. Fonte: Odebrecht (2013) 104 Escavação com clam-shell; o A Figura 7.13 apresenta o processo executivo com o uso do clam-shell. Figura 7.13: Escavação com clam-shell. Sequência de escavação com clam-shell. Fonte: Odebrecht (2013) 105 Escavação com hidrofresa; o A Figura 7.14 apresenta o processo executivo com o uso da hidrofresa. Figura 7.14: Escavação com Hidrofesa. Sequência de escavação com Hidrofesa. Fonte: Odebrecht (2013) 106 Desarenação da lama: Esse processo consiste na realização do tratamento da lama bentonítica até que a mesma atinja os parâmetros necessários para liberação da concretagem. No caso da estaca barrete com hidrofresa esse processo é realizado em conjunto à escavação do solo por meio da central recicladora ou central de desarenação. o Figura 7.15 apresenta o modelo da central de desarenação utilizada no canteiro. Figura 7.15: Central de desarenação. Central de tratamento para desarenação. Fonte: Odebrecht (2013) 107 Colocação da armadura; o A Figura 7.16 apresenta a colocação da armadura. Figura 7.16: Colocação da armação da estaca. Colocação da armação da estaca. Fonte: Odebrecht (2013) Concretagem; o A Figura 7.17 apresenta o processo de concretagem. Figura 7.17: Concretagem. Concretagem da estaca. Fonte: Odebrecht (2013) 108 8 ANÁLISE DOS RESULTADOS Diante das características do empreendimento apresentado, a execução da fundação em estaca barrete, por meio da ferramenta hidrofresa, atende aos requisitos solicitados pela obra, projetos e critérios técnicos e construtivos. Os grandes vãos, entre os pilares da superestrutura confirmam a necessidade da utilização de uma fundação capaz de suportar essas características. Analisando os fatores que influenciam na viabilidade técnica, a execução de um projeto com a necessidade de escavações em solos de grande resistência, para o local em questão, não deve comprometer o cronograma e deve garantir uma maior qualidade dos serviços. De maneira geral vale a compreensão de que cada tipo de fundação é dimensionado segundo fatores específicos de projeto, e não pode ser considerado como um modelo para outras ocasiões. A obra optou por não realizar ensaios pós-executivos, pois, segundo sua própria análise, os custos do ensaio inviabilizariam o orçamento global do empreendimento. Embora recomendada pela NBR 6122 (ABNT, 2010), a opção pela execução dos ensaios pósexecutivos é definida pelo responsável técnico do empreendimento. Apesar de não realizar os ensaios a obra se preocupou em realizar métodos de controle executivo adicionais, garantindo a boa prática e visando maior confiabilidade dos serviços, tais como a realização dos relatórios de escavação, acompanhamento e controles de concretagens e treinamentos técnicos à equipe da obra. Quanto à certificação LEED, o avanço tecnológico proporcionado pela ferramenta hidrofresa, justifica a otimização dos processos, a redução do prazo de execução e a redução custo da fundação. 109 A obra mais limpa e com menor emissão de ruídos e vibrações também tem grande importância na certificação de uma obra sustentável. 110 9 CONCLUSÕES O trabalho permitiu aumentar o conhecimento sobre o processo executivo das estacas barretes, bem como o uso do equipamento hidrofresa. A compreensão sobre as técnicas de fundação existentes, a consideração da sua aplicação em determinados projetos para os estudos de viabilidade e o conhecimento dos prazos são fatores importantes para a escolha do tipo de solução de fundação. O conhecimento do solo é importante para o desenvolvimento do projeto de fundação. Além de seu conhecimento são consideradas as características do relevo do terreno, as verificações das facilidades de acessos à obra e a disponibilidade para acomodação dos equipamentos. A fundação em estaca barrete além de apresentar seção transversal com formato retangular de grandes dimensões, é uma estaca escavada que possui capacidade para grandes solicitações. Dessa forma a escolha dessa fundação é mais favorável em edificações de grande porte e seu uso, aliado a ferramentas modernas como a hidrofresa, favorece a qualidade do projeto nos aspectos ambientais, de sustentabilidade, de custos e, principalmente, na possibilidade de redução de prazos em comparação a outras técnicas e ferramentas. Os ensaios de controle, realizados durante as etapas construtivas da estaca barrete (executadas com hidrofresa) auxiliam nas verificações dos serviços visando uma maior qualidade final da fundação. Embora a utilização da ferramenta hidrofresa seja marcante em projetos de contenção com paredes diafragmas, a mesma se apresentou com grande potencial para uso em escavações de fundações profundas em solos de altas resistências ou rochas. 111 A ferramenta favorece o tratamento da lama bentonítica de maneira simultânea ao processo de escavação, no próprio canteiro de obras. Suas escavações geram ruídos menores quando comparados ao de outras ferramentas, como bate-estaca, a qualidade no controle de execução da fundação é acompanhada em tempo real e seu potencial de escavação oferece alta produtividade à técnica de fundação de estaca barrete. Por se tratar de ferramenta moderna apresenta um alto investimento financeiro. Porém, quando bem planejada viabiliza o custo final da fundação atrelando fatores de grandes importâncias tais como prazos e custos. A versatilidade do equipamento e a qualidade que o mesmo possibilita ao projeto podem gerar um enorme potencial para utilização desta técnica. Por fim, a sua utilização favoreceu o sucesso da obra quanto às premissas determinadas para a certificação, inovação e qualidade final do produto. 112 REFERÊNCIAS ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122 – Projeto e Execução de Fundações. Rio de Janeiro, 2010. ______________NBR 6484 – Solo – Sondagens simples reconhecimento com SPT – Método de ensaio. Rio de Janeiro, 2001. ______________NBR 8036 – Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios. Rio de Janeiro, 1983. ______________NBR 8044 – Projeto Geotécnico. Rio de Janeiro, 1983. ______________NBR 9061 – Segurança e escavação a céu aberto. Rio de Janeiro, 1985. ______________NBR 12131 – Estacas - Prova de carga estática - Método de ensaio. Rio de Janeiro, 2006. ______________NBR 13208 – Estacas – Ensaios de carregamento dinâmico. Rio de Janeiro, 2007. AGREGADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL: TEOR DE UMIDADE – AGREGADOS. Consulta geral a homepage. Disponível <http://agregadosnaconstrucao.blogspot.com.br>. Acesso em 01 jun.2013. em: 113 ALMEIDA, Gil Carvalho Paulo de. Caracterização Física e Classificação dos Solos. Apostila, 2005. ALONSO, Urbano Rodriguez. Previsão e Controle das Fundações. São Paulo: Edgard Blucher, 1995. ALONSO, U.R. Estacas pré moldadas. In: HACHICH, Waldemar et al. Fundações Teoria e Pratica. São Paulo: Pini, 1998. ANTONIO MANOEL DOS SANTOS (Ed.). Geologia de Engenharia. São Paulo: Oficina de Textos, 1998. ANTUNES, W. R., TAROZZO, H. Estacas tipo hélice contínua. In: HACHICH, Waldemar et al. Fundações Teoria e Pratica. São Paulo: Pini, 1998. ANSON ENGENHARIA – ANSON. Consulta geral a homepage. Disponível em: <http://www.anson.com.br/>. Acesso em 01 mai.2013. BARROS, José Maria de Camargo. 11ª aula/1ª parte – Permeabilidade dos solos e tensões de percolação. São Paulo: Apostila, 2013. BARROS, Mercia. 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WIKIPEDIA ENCICLOPÉDIA LIVRE – WIKIPÉDIA. Consulta geral a homepage oficial. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org>. Acesso em 01 jun.2013. 119 ANEXO A - PROJETO DE FUNDAÇÃO ENO RR LIMITE DO TE MATERIAL DO ATERRO - JAZIDA mesma. 1. PREPARO INICIAL DA SUPERFICIE DO TERRENO 2. ATERRO 3. ACABAMENTO 4. DRENAGEM SUPERFICIAL 5. TALUDES LIMITE DO TERRENO argamassa de cimento e areia. 120 ANEXO B - PERFIS DE SONDAGENS
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