REFLEXÕES SOBRE O COMPORTAMENTO DE ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA E
OMEGA EXECUTADAS ACIMA E ABAIXO DO NÍVEL DE ÁGUA
Urbano Rodriguez Alonso1
RESUMO
Faz-se uma exposição dos detalhes que envolvem a execução das estacas hélice contínua e omega e sua
influência na capacidade de carga para alguns tipos de solos. Apresentam-se resultados comparativos com provas de
carga estáticas, em dois locais (um em solo colapsível e acima do nível de água e o outro em solo residual de alta
densidade) para permitir uma discussão abrangente sobre o assunto.
ABSTRACT
This paper present the executions procedures of continuous auger flight piles and omega piles and their
performance on load capacity tests in some kinds of soils. We present their results and compared then in order to allow a
wide discussion about this subject.
Palavras chave: Estacas hélice contínua; estacas omega; provas de carga estáticas.
1. INTRODUÇÃO
Nos últimos anos tem ocorrido uma acirrada disputa comercial entre as empresas que executam estacas,
tornando-se hábito dar maior ênfase aos aspectos comerciais do que aos técnicos e fazendo-se generalizações do tipo
“as estacas de deslocamento melhoram a capacidade de carga do solo quando comparadas com as estacas escavadas”
(revista O Empreiteiro,1998). Os que fazem esta afirmativa esquecem-se que em fundações não se pode generalizar pois
cada caso é um caso, que requer estudo próprio que considere todas as condicionantes geológico-geotécnicas e os
demais dados disponíveis. Por isso, essa afirmativa é válida apenas para os solos granulares com compacidade fofa a
medianamente compacta, mas não para os solos argilosos tropicais de consistência média a rija (estruturados e
lateríticos), como são a maioria dos nossos solos. São notórios, entre nós, os problemas de mau desempenho de estacas
de deslocamento, nestes tipos de solos, devido ao fenômeno de “levantamento” que ocorreu, pela primeira vez, em
1936 quando se executaram as fundações do viaduto do Chá (Newman, 1939) e logo em seguida quando se executaram,
em 1940, as fundações do prédio do Banco do Estado de São Paulo. Este problema, apesar de sua ampla divulgação,
ainda se repete freqüentemente (Vargas, 1972 e 1980). Só para lembrar alguns destes insucessos mais recentes, podemse mencionar as fundações do alto forno da AÇOMINAS, a obra da ALCOMINAS (Velloso e Alonso, 2000) e o prédio
do ITAU, em São Paulo (Golombek, 1977).
Além deste problema de perda de capacidade de carga das estacas de deslocamento devido ao “levantamento”,
este tipo de estacas também podem ter mau desempenho devido a outro fenômeno denominado “relaxação” (redução
de resistência do solo com o tempo em função da ruptura da sua estrutura imposta pelos deslocamentos que estes tipos
de estacas lhe impõe). O caso mais antigo entre nós de que se tem notícia ocorreu com as estacas pré-moldadas de
concreto do viaduto na Av. Sumaré sobre a Rua João Moura, em SP. Também não se pode perder de vista os problemas
que tem ocorrido, com este tipo de estacas, nos solos expansivos como os massapés do Recôncavo Baiano e os folhelhos
do vale do Paraíba do Sul. Neste tipo de solos, não há dúvida, hoje em dia, que as estacas escavadas (principalmente
quando não usam água na perfuração), são as que tem um melhor desempenho pois não “rompem” a estrutura desses
solos por não lhe imporem deslocamentos durante sua execução.
Existe uma outra generalização sendo feita de que “as estacas omega são uma evolução das estacas hélice
contínua” (Velloso, 2000), dando a entender, mais uma vez, que as estacas omega, segundo esses defensores, por ser
uma estaca de deslocamento (o que não corresponde à realidade como será mostrado adiante), tem melhor desempenho
que as estacas hélice. Embora sendo repetitivo, essa melhora de desempenho só ocorre nos solos granulares
compressíveis e de preferência acima do nível de água. Nos solos densos e estruturados, a execução dessas estacas
muitas vezes é difícil (e até impossível) quando se pretende atingir a cota definida pelo projetista, quando este fez a
previsão de comprimento sem levar em conta todos os problemas que aqui serão discutidos. Neste caso, um alívio de
solo, durante a introdução do trado, pode ser mais compensador, para o aumento da capacidade de carga, permitindo
que a estaca penetre em solo de alta resistência, sem os inconvenientes de uma estaca de deslocamento.
Nota: O mau desempenho da estaca omega, na primeira experiência em Jacareí, relatada no item 3.2.1 deste trabalho,
foi em decorrência deste problema.
1
Engenheiro Consultor – Rua Flávio Queiroz Morais, 217 – Pacaembu – São Paulo – SP.
2 . DETALHES E PROCESSO EXECUTIVO DAS ESTACAS
2.1. Estaca hélice contínua
É uma estaca moldada “in loco”, executada mediante a introdução no terreno, por rotação, de um trado helicoidal
circundante a uma haste tubular e injeção de concreto, pela própria haste, simultaneamente com a sua retirada, sem
rotação. Por ser uma estaca bastante difundida entre nós, deixa-se de descrever seu processo executivo. Aqueles
interessados neste tipo de estaca podem recorrer à publicação da ABMS/NRSP (1999).
2. 2. Estaca omega
Esta estaca também é do tipo moldada “in loco” executada com a
introdução de um trado especial (Figura 1) à frente de uma haste tubular, de
menor diâmetro.
Ao contrário da estaca hélice contínua, que já existe entre nós desde
1987, com ampla utilização desde 1993 (com mais de duas centenas de
provas de carga estáticas), a estaca omega só foi introduzida no mercado
europeu em 1995, pela empresa SOCOFONDA e trazida para o Brasil em
meados de 1998 pela FUNDESP que detêm sua patente. A empresa
FRANKI também executa estaca similar com a marca comercial
“OMEGAFRANKI” (Monteiro, 2000). Trata-se, portanto de uma estaca
ainda recente e que precisa ser mais testada em nossos solos tropicais. O
Autor acompanhou a execução deste tipo de estaca na Bélgica, em região de
argila mole, onde o concreto utilizado apresentava slump-test da ordem de
5 cm (Foto 1a) e não o que se usa aqui no Brasil que é o mesmo das estacas
hélice contínua (slump-test de 22 a 24 cm). Para introduzir esse concreto
mais seco, a bomba de injeção era do tipo “parafuso” (Foto 1b) e não de
pistão. Este é um assunto para discussão.
(a) slump-test = 5 cm
haste tubular
v azio
Figura 1: ponteira da estaca omega
(b) bomba de injeção de concreto tipo parafuso
Foto 1: Concreto utilizado em estacas omega executadas em solos moles da Bélgica
O trado da estaca omega só existe na ponta de uma haste, de menor diâmetro, e apresenta seção variável
crescente até sua extremidade superior, onde existe uma hélice com sentido contrário para impedir a subida de solo
(Figura 1). Vê-se por essa figura que o trado ao ser introduzido no solo vai deixando atrás de si um vazio e, portanto, a
afirmativa de que esta estaca é de deslocamento não é totalmente válida, pois o deslocamento só ocorre quando o trado
passa. Atrás dele o solo fica desconfinado, analogamente ao que ocorre com a prolonga do trado da hélice contínua,
quando a mesma é introduzida no terreno. Vários especialistas já se manifestaram contra a introdução da prolonga do
trado da estaca hélice contínua em certos tipos de solo, em especial quando os mesmos são de baixa resistência e estão
abaixo do nível de água (Velloso e Alonso, 2.000). A não observância deste pormenor tem causado alguns insucessos,
nas estacas hélice contínua, e com certeza, deverá causar também nas estacas omega executadas nestas mesmas
condições geotécnicas conforme se mostra na experiência citada no item 3.2.1 deste trabalho (primeira experiência em
Jacareí).
Em solos densos, principalmente se forem estruturados e em solos residuais jovens, onde geralmente se tem
K0>1, a introdução do trado omega impõe (pelo fato de não permitir um certo “alívio” decorrente de um transporte do
solo) o “levantamento” do solo, por fora da ponteira, analogamente à cravação de um tubo de ponta fechada. Este solo
deslocado para cima encontra um vazio sobre o topo da ponteira (e ao longo da haste) e se mistura com a água,
formando lama, principalmente se o trado tem baixa velocidade de penetração (Figura 4). Ao se usar concreto com
slump-test da ordem de 24 cm e não “quase seco” (como relatado na obra da Bélgica) este tende a se misturar com essa
lama criando problemas de integridade. O mau desempenho da estaca omega, na primeira experiência em Jacareí (item
3.2.1 deste trabalho), foi em decorrência de dois fatores: o primeiro devido à contaminação do concreto plástico do fuste
pela lama existente entre a haste e o vazio deixado, atrás de si, pela ponteira e o segundo devido à perda de resistência
do solo residual denso causada pelas deformações (ruptura da estrutura) que a ponteira omega lhe impôs quando se
forçou sua penetração sem permitir alívio de solo.
3. CASOS DE OBRAS
A seguir apresentam-se três casos de obras onde se executaram estacas hélice contínua junto a estacas omega,
para comparar seus resultados.
3.1 – CASO RELATADO POR ALBUQUERQUE (2.000)
Trata-se de estacas executadas no Campo Experimental da UNICAMP (perfil geotécnico da Figura 2).
Cota S.P.T.
(m)
95
90
85
80
2
3
3
4
4
5
4
4
5
5
8
8
9
8
7
5
7
7
15
23
Torque (kgf.m)
Penetração
máximo residual nº de golpes/30cm
2
2
2
2
3
4
3
4
6
8
11
11
13
10
10
10
15
12
28
35
1
1
1
1
1
2
1
2
4
5
6
7
10
8
7
7
9
8
20
24
0
Descrição do material
10 20 30 40 50
Argila siltosa, muito mole a mole,
vermelha escura.
(solo argiloso laterítico;colapsível)
Silte arenoso, com nóduo de argila,
fofo, vermelho escuro.(solo residual)
Silte argilo arenoso,
fofo a pouco compacto,
laminado,com vestígios de rocha
decomposta, variegado,
vermelho claro, marron claro,
amarelo escuro.(solo residual)
NA
Figura 2: Características geotécnicas do Campo Experimental da UNICAMP
No local foram executadas nove estacas com 40 cm de diâmetro e 12 m de profundidade (portanto com suas
pontas acima do nível de água), sendo três do tipo hélice contínua, três do tipo omega e três do tipo broca. Todas as
estacas foram ensaiadas à compressão, cujos resultados médios são apresentados na Figura 3.
0
5 0
1 0 0 C
A
R
G
O
E
G
A
A
( t f )
1 5 0
0
- 1 0
B
R
O
C
A
- 2 0
RECALQUE (mm)
H
É
L I C
E
M
- 3 0
- 4 0
- 5 0
- 6 0
- 7 0
Figura 3: Resultados das provas de carga à compressão no Campus da UNICAMP
Estas estacas foram executadas em solo “seco” e colapsível. Por esta razão os resultados das provas de carga
confirmaram aquilo que era esperado: as estacas omega apresentaram maior capacidade de carga do que as estacas
hélice e estas maior capacidade de carga do que as estacas broca. Além disso, por se limitar o comprimento a 12m,
também se confirmou o que era esperado: todas as estaca trabalharam predominantemente por atrito lateral, conforme se
verifica nos resultados da instrumentação apresentados no trabalho de Albuquerque. Assim, este trabalho tem apenas
caráter didático para a situação analisada não podendo ser generalizado. A prática tem mostrado que nas cidades
próximas ao Campus da UNICAMP, as estacas broca mecânica, são as mais econômicas e por isto de larga utilização
até a presente data.
3.2 – EXPERIÊNCIAS EM JACAREÍ
3.2.1 – PRIMEIRA EXPERIÊNCIA
A primeira experiência foi feita junto à sondagem da Figura 4, onde se executaram uma estaca hélice contínua de
50 cm e uma omega de 47 cm, ambas com 12 m de comprimento. A estaca hélice contínua foi executada primeiro (dia
26/01/2.001) e a estaca omega no dia 29/01/2.001. Para atingir o mesmo comprimento da estaca hélice houve
necessidade de forçar a penetração da ponteira omega resultando numa baixa velocidade de avanço a partir dos 10m
Figura 4), pois este tipo de trado foi concebido para não permitir o transporte de solo.
Esta baixa velocidade de avanço, associada à alta densidade e à estrutura do solo residual fez com que o mesmo
subisse por fora do trado (levantamento) e se misturasse, no espaço anelar, com a água e a argila mole ali existentes.
Este material, totalmente amolgado e misturado, não conseguiu ser expulso durante a concretagem e reduziu a seção da
estaca, conforme já alertado por Velloso e Alonso (2.000) para o caso de estacas hélice com prolonga em argilas moles.
Além disso o deslocamento imposto pelo trado ao solo residual deve ter enfraquecido sua capacidade de carga
(relaxação). Em decorrência destes problemas, os que afirmavam, antes dos testes, que a estaca omega teria um melhor
desempenho do que a estaca hélice próxima, ficaram “supressos” com os resultados obtidos (Figura 5).
Como o sistema de reação apresentava reserva de carga, resolveu-se ensaiar novamente as estacas até o limite do
sistema de reação. Os resultados deste segundo carregamento estão apresentados na Figura 6. Verificou-se, então, que a
estaca hélice, por não usar a prolonga na região de argila mole, teve um bom desempenho e a omega rompeu
estruturalmente com 275 tf. Esta ruptura estrutural foi decorrente da contaminação do concreto que se misturou com a
lama formada acima do trado omega e que o concreto plástico não conseguiu expulsar.
A percentagem contaminada pode ser facilmente calculada a partir dos resultados de rompimento dos corpos de
prova do concreto das estacas que apresentou valor médio de tensão: fc28dias(médio)=272kgf/cm2
a) Carga de ruptura teórica média: PRteórica = 0,85x 0,7854x(47)2x272 = 401.120 kgf ou seja ≅ 401 tf.
b) Carga de ruptura medida: PRmedido = 275 tf
c) Relação de áreas Areal/Ateórica = 275/401 ≅ 0,69 (redução de 31 % da área da seção transversal da estaca).
Cota
(m)
S.P.T.
Torque (kgf.m)
máximo residual
575
Penetração
nº de golpes/30cm
0
2
35
1
45
2
45
1
45
1
46
1
45
570
565
560
2
1
1
0
2
1
1
0
4
2
2
1
2
3
1
6
20
15
8
25
18
7
26
19
14
30
20
30
>48
_
45
>48
_
50
25
48
8
>48
_
>48
_
10
Velocidade
de avanço
da omega
Descrição do material
20
30
hélice
Ø50
40
omega
Ø47
NT ≅ 572 m
VA
m/h
0
NA
250 500
Argila siltosa pouco arenosa,
com matéria orgânica, muito mole,
cinza escura.(aluvião)
argila siltosa, muito mole a mole,
cinza e marron clara.
(sedimento terciário)
Silte arenoso micáceo, caulínico,
medianamente compacto
a compacto,
cinza esverdeado e branco
(solo residual)
Figura 4: Perfil geotécnico e gráfico de introdução do trado omega na primeira experiência em Jacareí
C
0
5 0
1 0 0
1 5 0
A
R
G
A
2 0 0
0
E S T A C A
H É L I C E
- 2
RECALQUE (mm)
- 4
- 6
E
O
S
T A
M
E
C
G
A
A
- 8
- 1 0
- 1 2
Figura 5: Resultados dos testes realizados na primeira experiência em Jacareí
( t f )
2 5 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
C
A R
G
A
( t f )
4 0 0
0
- 2
E S T A C A
H É L I C E
RECALQUE (mm)
- 4
- 6
- 8
- 1 0
E
O
S
M
T A
E
C
G
A
A
- 1 2
- 1 4
- 1 6
Figura 6: Resultados da segunda prova de carga da primeira experiência em Jacareí
3.2.2 – SEGUNDA EXPERIÊNCIA
A segunda experiência foi realizada na mesma obra junto à sondagem da Figura 7. Entretanto, para evitar o mau
desempenho ocorrido com a estaca omega da experiência anterior, inverteu-se a ordem da execução das estacas,
executando-se inicialmente (dia 20/08/2.001) a estaca omega e parando a mesma no topo do solo residual, sem forçar a
entrada do trado neste tipo de solo. A seguir, no dia 23/08/2.001, executou-se a estaca hélice contínua, mas não se
permitiu que o trado entrasse no solo residual, o que para este tipo de estaca não apresentava qualquer problema
executivo e permitiria um melhor desempenho da mesma. Ambas as estacas foram executadas com 12 m, sendo a hélice
com 40 cm de diâmetro e a omega com 37 cm. Na Figura 8 apresentam-se os resultados dos ensaios desta segunda
experiência.
Prof.
(m)
S.P.T.
Descrição do material
Piso
1
3
570
565
2
46
2
35
2
47
2
49
2
45
2
49
2
3
hélice
Ø40
omega
Ø37
Aterro de argila silto-arenosa,
muito mole a mole, cinza.
4
5
6
7
8
6
9
7
10
11
NA
pouco arenosa,
amarela
Argila siltosa pouco arenosa,
muito mole, cinza escura.
arenosa com
matéria orgânica
Areia fina e média pouco argilosa,
pouco a medianamente compacta,
cinza
11
35
560
12
com pedregulhos
variados
47
45
23
46
16
13
14
15
Silte arenoso pouco argiloso com mica
e fragmentos de rocha,
compacto a muito compacto, cinza
(solo residual)
Figura 7: Características geotécnicas do local da segunda experiência em Jacareí
C A R G
0
5 0
1 0 0
A
( t f )
1 5 0
2 0 0
2 5 0
0
E S T A C A
O
M
E G
A
RECALQUE (mm)
- 5
- 1 0
- 1 5
E S T A C A
H É L IC E
- 2 0
- 2 5
Figura 8: Resultado da segunda experiência em Jacareí com restrição de comprimento da estaca hélice
4 – CONCLUSÕES
4.1) Dos resultados mostrados neste trabalho fica claro que o desempenho das estacas omega e hélice contínua
estão relacionados ao tipo de solo e aos cuidados que devem ser tomados durante a execução das mesmas, não valendo
as generalizações de que as estacas omega são totalmente de deslocamento e que apresentam melhor desempenho do
que as estacas hélice contínua, nem que as estacas omega são uma evolução das estacas hélice continua. Nos solos
residuais jovens, por exemplo, fica difícil penetrar com a ponteira omega pois esta não permite um certo “alívio” como
ocorre com o trado da hélice contínua. Assim, neste tipo de solo há uma ligeira preferência técnica pelas estacas hélice
contínua. O mesmo se dá nos solos expansivos como os massapés do Recôncavo Baiano e os folhelhos do Vale do
Paraíba do Sul.
4.2) Pelo acima exposto, pode-se dizer, que as estacas omega são mais um tipo de fundação com suas vantagens
e desvantagens, como qualquer outro tipo de estaca.
4.3) Nos solos compressíveis e acima do nível de água, conforme se relata nas experiências da UNICAMP, em
Campinas, as estacas omega tiveram um melhor desempenho. Porém cabe ressaltar que do ponto de vista econômico, as
estacas broca mecânica ainda dominam o mercado daquela região.
5 - AGRADECIMENTOS
O autor deixa aqui registrado seu agradecimento à empresa GEOFIX, pela cessão dos resultados das duas
experiências realizadas em Jacareí, obra que foi executada em consórcio com a empresa FUNDESP.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABMS/NRSP (1.999) “Estaca Hélice Contínua – A Experiência Atual” – Editado por Falconi e Marzionna.
Albuquerque, P.J.Rocha (2.000) “Estacas Escavadas, Hélice Contínua e Ômega: Estudo do Comportamento à
Compressão em Solo Residual de Diabase Através de Provas de Carga Instrumentadas em Profundidade” – tese
de doutoramento apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
Golombek, S. “Heave of Cast in Place Piles”- comunicação pessoal.
Monteiro, P. F. F (2.000) “A Estaca ÔMEGAFRANKI – Capacidade de Carga” – SEFE IV, vol 2, pp.356-369.
Newmann, E. (1.939) “O Novo Viaduto do Chá” – Revista Polytécnica n0 131, São Paulo, jul/agosto – pp. 163 – 167.
Revista O EMPREITEIRO – junho 1998 – pp. 30-35
Vargas, M. (1972) “Fundações de Edifícios em São Paulo e em Santos” – Revista Politécnica – jan 1.972
Vargas, M. (1.980) “Um Panorama Histórico da Mecânica dos Solos no Brasil” – Palestra Comemorativa do 300
Aniversário da ABMS.
Velloso, D. (2.000) “Fundações: Projetos, Execuções, Patologia e Reforço” – SEFE IV – vol 2, pp. 01-09
Velloso, D.e Alonso (2.000) Capítulo do livro “Previsão e Desempenho de Fundações x Comportamento Real” –
ABMS/NRSP.