ESTUDO COMPARATIVO DE VIABILIDADE DOS PRINCIPAIS
TIPOS DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS
Rafael Junio Resende1
Marlucio Martins2
RESUMO
Este trabalho apresenta um estudo comparativo dos principais tipos de
fundações profundas, reconhecidas pela norma brasileira 6122/2010. Neste
estudo é analisado as características que viabilizam o uso de determinada
fundação profunda. Estas características são de acordo com a capacidade de
carga, natureza e resistência do subsolo e limitações referentes às condições
gerais da obra. Não foram levados em consideração os custos destas
fundações.
Palavra Chave: Fundações
ABSTRACT
This paper presents a comparative study of the major types of deep
foundations, recognized by the Brazilian standard 6122/2010 this study is
analyzed the characteristics that enable the use of certain deep foundation.
These features are in accordance with the load capacity, nature and strength of
the subsoil and limitations relating to the general conditions of work. Were not
taken into account the costs of these foundations.
1. Introdução
1
Graduando do Curso de Engenharia Civil na Faculdade de Engenharia Kennedy
2
Graduando do Curso de Engenharia Civil na Faculdade de Engenharia Kennedy
Revista Pensar Engenharia, v. 2, n. 1, jan. 2014
Segundo a NBR 6122/2010, define-se como fundação profunda aquela
que transmite a carga proveniente da superestrutura ao terreno pela base
(resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de fuste), ou pela
combinação das duas.
Estas fundações estão assente em profundidade superior ao dobro da
menor dimensão em planta, apresenta profundidade mínima igual a 3,0 metros
(NBR 6122/2010). Incluem-se as estacas, os tubulões e os caixões. As estacas
distinguem-se dos tubulões e caixões pela execução apenas por equipamentos
ou ferramentas, sem descida de operário em seu interior em nenhuma fase. A
diferença entre tubulão e caixão está na geometria, o primeiro é cilíndrico e o
segundo prismático. A principal função das fundações profundas é suportar
com segurança as cargas provenientes das estruturas.
2. Objetivo
Este trabalho apresenta uma maneira de se escolher a fundação mais
adequada tecnicamente ao caso em estudo. Serão analisados os seguintes
tipos de fundações profundas: Estacas Pré-moldadas de concreto ou metálicas;
Estacas Tipo Franki; Estacas Tipo Strauss; Hélice Contínua; Estacas Raiz;
Estacas Tipo Trado sem uso de fluido estabilizante; Estacas Tipo Trado com
uso de fluido estabilizante; Tubulão a céu aberto e Tubulão a ar comprimido.
Não serão levados em consideração os custos destas fundações.
Revista Pensar Engenharia, v. 2, n. 1, jan. 2014
3. Fundamentação Teórica
Ao longo dos anos, diversos estudos foram sendo desenvolvidos para a
adequação dos diferentes tipos de fundações profundas, baseando-se nos
solos
existentes.
Inúmeros
autores
pesquisaram
sobre
o
assunto,
apresentando teorias que constituem uma imensa contribuição.
Com base nestas teorias, foram desenvolvidas as normas que são
essenciais para o entendimento dos assuntos que envolvem as analises das
fundações profundas.
As seguintes normas são essenciais para o entendimento teórico do
assunto
- ABNT NBR 6489, Prova de carga direta sobre o terreno de fundação –
Procedimento.
- ABNT NBR 7181, Solo – Analise Granulométrica.
- ABNT NBR 6459, Solo – Sondagens de simples reconhecimento com
SPT – Método de ensaio.
4. Metodologia
Este trabalho teve como base de estudo a pesquisa bibliográfica, que de
acordo com Gil (1999) é a pesquisa fundamentada em bibliografias, uso de
material já elaborado, como livros e artigos científicos, periódicos e obras de
referência. A pesquisa deu-se através da seleção de trabalhos sobre o tema
fundações profundas. Foram levantados vários trabalhos, sendo entre eles
dissertações, teses e artigos. Destes, foram selecionados os que atenderam as
delimitações impostas pelo trabalho.
Revista Pensar Engenharia, v. 2, n. 1, jan. 2014
5. Fundação profunda
5.1 - Estacas pré-moldadas
Caracterizam-se por serem cravadas no terreno, podendo-se utilizar os
seguintes métodos:
- percussão: é o método de cravação mais empregado, o qual utiliza-se
pilões de queda livre ou automáticos. Um dos principais inconvenientes desse
sistema é o barulho produzido.
- prensagem: empregada onde há a necessidade de evitar barulhos e
vibrações, utiliza macacos hidráulicos que reagem contra uma plataforma com
sobrecarga ou contra a própria estrutura.
- vibração: sistema que emprega um martelo dotado de garras (para fixar
a estaca), com massas excêntricas que giram com alta rotação, produzindo
uma vibração de alta freqüência à estaca. Pode ser empregada tanto para
cravação como para remoção de estacas, tendo o inconveniente de transmitir
vibrações para os arredores.
Podem ser fabricadas com diversos materiais, sendo as estacas de
concreto e metálicas as mais usuais. (Waldemir Hachich, 1998).
5.1.1 - Concreto
As estacas de concreto são comercializadas com diferentes formatos
geométricos. A capacidade de carga é bastante abrangente, podendo ser
simplesmente armadas, protendidas, produzidas por vibração ou centrifugação.
5.1.2 - Metálicas
São encontradas na forma de trilhos ou perfis. Não há possibilidade de
quebra e, caso seja necessário realizar emendas, essas devem ser soldadas,
não devendo permitir o uso de luvas ou anéis. Um problema que ocorre com
Revista Pensar Engenharia, v. 2, n. 1, jan. 2014
relativa frequência em estacas cravadas por percussão através de espessas
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camadas de argila mole é o drapejamento, isto é, encurvamento das estacas,
mesmo quando se tomam cuidados com o prumo durante a cravação. Tal fato,
no entanto, é raramente detectado. O tratamento teórico deste fenômeno só
vem sendo realizado muito recentemente, não havendo, ainda, meios de
quantificá-lo na fase de projeto. Por esse motivo a eficiência das estacas e
principalmente das emendas só pode ser comprovada após experiência
acumulada em várias cravações e provas de cargas nestas formações de
argilas moles (Joppert Jr. , 2007).
5.2 - Estacas moldadas in loco com tubo de revestimento
5.2.1 - Estacas Tipo Franki
Estaca de concreto armado moldada in loco que emprega um tubo de
revestimento com ponta fechada, de modo que não há limitação de
profundidade devido à presença de água do subsolo.
Para a cravação da estaca, lança-se areia e brita no interior do tubo,
materiais esses que são compactados através de golpes de um pilão.
Realizada a cravação, executasse o alargamento da base, a armação e,
finalmente, a concretagem.
A cravação de estacas tipo Franki pode provocar o levantamento das
estacas já instaladas devido ao empolamento do solo circundante que se
desloca lateral e verticalmente. A estaca danificada pode ter sua capacidade de
carga prejudicada ou perdida devido a uma ruptura do fuste ou pela perda de
contato da base com o solo de apoio.
Quando a estaca Franki é moldada em espessas camadas submersas
de turfa, argila orgânica e areias fofas podem ocorrer estrangulamento do fuste
devido à invasão de água e/ou lama dentro do tubo e o encurtamento da
armação ocasionado por insuficiência de seção de aço.
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5.2.2 - Estacas Tipo Strauss
Elemento de fundação escavado mecanicamente, com o emprego de
uma camisa metálica recuperável, que define o diâmetro das estacas.
O equipamento utilizado é leve e de pequeno porte, facilitando a
locomoção dentro da obra e possibilitando a montagem do equipamento em
terrenos de pequenas dimensões. A perfuração é feita através da queda livre
da piteira com a utilização de água. O furo geralmente é revestido. Atingida a
profundidade de projeto, o furo é limpo e concretado. Durante a concretagem, o
apiloamento do concreto e a retirada cuidadosa do revestimento devem ser
observados, para que não haja interrupção do fuste.
5.3 - Estacas moldadas in loco escavadas mecanicamente
5.3.1 - Hélice Contínua
Estaca de concreto moldada in loco, executada através de um
equipamento que possui um trado helicoidal contínuo, que retira o solo
conforme se realiza a escavação, e injeta o concreto simultaneamente,
utilizando a haste central desse mesmo trado.
É um sistema que proporciona uma boa produtividade e, por esse
motivo, é recomendável que haja uma central de concreto nas proximidades do
local de trabalho. Além disso, as áreas de trabalho devem ser planas e de fácil
movimentação.
O sistema pode ser empregado na maioria dos tipos de solos, exceto em
locais onde há a presença de matacões e rochas. Estacas muito curtas, ou que
atravessam materiais extremamente moles também devem ter sua utilização
analisada cuidadosamente.
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5.3.2 – Estacas Raiz
Estacas escavadas com perfuratriz, executadas com equipamento de
rotação ou roto percussão com circulação de água, lama bentonítica ou ar
comprimido.
É recomendado para obras com dificuldade de acesso para o
equipamento de cravação, pois emprega equipamento com pequenas
dimensões (altura de aproximadamente 2m). Pode atravessar terrenos de
qualquer natureza, sendo indicado também quando o solo possui matacões e
rocha, por exemplo. Pode ser executada de forma inclinada, resistindo a
esforços horizontais.
5.3.3 – Estacas Tipo Trado
5.3.3.1 – Sem uso de fluido estabilizante
As estacas escavadas são aquelas que são executadas por uma
perfuração ou escavação no terreno (com retirada de material) que em seguida
concretadas. No caso em questão (estacas escavadas tipo trado) consistem na
escavação com a utilização de trado helicoidal até a profundidade prevista. Em
seguida essa estaca é concretada e, quando essa estaca é dimensionada
apenas para esforços de compressão, coloca-se uma “armação de espera”.
Nesse tipo de estaca não se deve considerar a resistência de ponta
tendo em vista a existência de significativa quantidade de solo amolgado e
solto no fundo das mesmas. Quando é possível o apiloamento do fundo dessas
estacas ou a remoção do solo solto com a utilização de ferramentas
adequadas, poderá-se considerar a resistência de ponta dessas estacas.
5.3.3.2 – Com uso de fluido estabilizante
Estacas escavadas com uso de lama bentonítica, pode ser escavada
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abaixo do nível d´água, até a profundidade de projeto. Na execução, a
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escavação é preenchida pela lama simultaneamente à retirada do solo
escavado.
Lama Bentonítica é um fluído utilizado para estabilização de paredes
das escavações, sendo uma mistura de água e bentonita. A bentonita é uma
argila que, em presença de água, forma uma película impermeável (“ cake” )
sobre uma superfície porosa, como é o caso do solo. Não mistura com o
concreto e, além disso, tem a capacidade de tornar-se líquida quando agitada e
gelificada quando cessado o movimento, permitindo o reaproveitamento do
material.
5.4 - Tubulão
Elemento de forma cilíndrica, em que, pelo menos na sua fase final de
execução, há a descida do operário por dentro deste. Pode ser feito a céu
aberto ou sob ar comprimido (pneumático).
5.4.1 – Tubulão a céu aberto
Escavada manualmente, não pode ser executado abaixo do nível
d´água. Dispensa escoramento em terreno coesivo,
mostrando-se uma
alternativa econômica para altas cargas solicitadas, superior a 250 Tf.
5.4.1 – Tubulão a ar comprimido
Utilizado em terrenos que apresentam dificuldade de empregar
escavação mecânica ou cravação de estacas, como em áreas com alta
densidade de matacões, lençóis d´água elevados ou cotas insuficientes entre o
terreno e o apoio da fundação.
Nesse tipo de fundação, pode-se utilizar uma camisa metálica, de
concreto ou de concreto moldado in loco, sendo empregada uma pressão
máxima de 3,4 atm, limitando, dessa forma, a profundidade do tubulão a 34 m
Revista Pensar Engenharia, v. 2, n. 1, jan. 2014
abaixo do nível d´água.
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6. Resultados
O problema para escolha da fundação é resolvido por eliminação,
excluindo-se os tipos de fundações que não satisfaçam tecnicamente ao caso
em estudo.
A escolha da fundação para uma determinada edificação só deve ser
realizada após a constatação que a mesma satisfaz as condições técnicas,
para tal, devem ser conhecidos os seguintes elementos:
– Natureza e característica do subsolo no local da obra (prospecção
geotécnica);
– Grandeza das cargas a serem transmitidas às fundações;
– Proximidade das edificações limítrofes, bem como seu tipo de fundação e
estado da mesma;
– Limitações dos tipos de fundações existentes no mercado.
Com base na analise dos boletins de sondagens e características gerais
da obra, foi utilizado uma verificação que levou em consideração a viabilidade
ou não de cada tipo de fundação profunda. Esse método vem sendo o mais
utilizado para determinar o tipo de fundação que se adéqua a situação em
análise.
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6.1 – Primeiro Resultado
Caso de obra 1:
- Terreno plano e na cota de execução da fundação;
- Canteiro de obras de pequenas dimensões.
- Obra com cargas de 30 tf a 90 tf;
- Vizinhança em estado precário de fundações.
Imagem 1 – Boletim de Sondagem utilizado como exemplo para o caso 1.
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6.1.1 - Escolha da melhor fundação
6.1.1.1 - Fundações não recomendadas e motivos:
- Estacas cravadas pré-moldada de concreto: Como a vizinhança está
em estado precário e este tipo de fundações causam vibrações, não é
recomendada para o caso especifico.
- Estacas Tipo Franki: Além das vibrações este tipo de estaca não é
recomendado para terrenos com nível de lençol de água elevado devido a
dificuldade de execução.
- Estacas Tipo Strauss: Assim como a estaca Franki não é recomendado
para terrenos com nível de lençol de água elevado devido a dificuldade de
execução.
- Hélice Contínua: Não é recomendada em terrenos que apresentam
areia saturada, podendo deixar o fuste com diâmetros diferentes na fase de
concretagem, isso ocorre devido ao fato do concreto ser injetado por pressão.
- Estacas Tipo Trado sem uso de fluido estabilizante: Não é
recomendada executá-las em espessas camadas saturadas devido ao risco de
“estrangulamento” (seccionamento) do fuste durante a fase da concretagem.
- Estacas Tipo Trado com uso de fluido estabilizante: Necessitam de
área relativamente grande para a instalação dos equipamentos necessários a
sua execução.
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- Tubulão a céu aberto: Não é recomendada em terreno que apresenta
solos saturados e baixo SPT devido a dificuldade de alcançar grandes
profundidades.
6.1.1.2 - Fundações recomendadas:
- Estacas cravadas metálica, Tubulão a ar comprimido e estacas raiz por
atenderem todas as especificações do caso 1.
- Melhor opção: Estacas cravadas metálica, devido ao fato das Estacas
raiz e Tubulão a ar comprimido serem utilizados em casos específicos e terem
grandes dificuldades na execução.
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6.2 – Segundo Resultado
Caso de obra 2:
- Terreno plano e na cota de execução da fundação;
- Será construído antes da execução das fundações um aterro de 3,0 metros;
- Obra com cargas de 90 tf a 200 tf;
- Vizinhança afastada e com fundações em bom estado;
Imagem 2 – Boletim de Sondagem utilizado como exemplo para o caso 2.
Revista Pensar Engenharia, v. 2, n. 1, jan. 2014
6.2.1 - Escolha da melhor fundação
6.2.1.1 - Fundações não recomendadas e motivos:
- Estacas Tipo Franki: Este tipo de estaca não é recomendado para
terrenos com nível de lençol de água elevado devido a dificuldade de
execução, além disso o terreno apresenta aterro em solos moles, podendo
causar atritos negativos.
- Estacas Tipo Strauss: Abrange faixa de carga bem abaixo do caso em
analise, e assim como a estaca Franki não é recomendado para terrenos com
nível de lençol de água elevado e com atritos negativos.
- Hélice Contínua: Assim como as
estacas anteriores não é
recomendado a sua execução em terrenos com atritos negativos.
- Estacas Tipo Trado sem uso de fluido estabilizante: Não é
recomendada executá-las em espessas camadas saturadas devido ao risco de
“estrangulamento” (seccionamento) do fuste durante a fase da concretagem.
- Tubulão a céu aberto: Não é recomendada em terreno que apresenta
solos saturados ou baixo SPT devido a dificuldade de alcançar grandes
profundidades e terrenos com atritos negativos.
- Tubulão a ar comprimido: Não é recomendada em terrenos com atritos
negativos.
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6.2.1.2 - Fundações recomendadas:
- Estacas cravadas em concreto ou metálica, estacas escavada com uso
de fluido estabilizante e estacas raiz, por atenderem todas as especificações do
caso 2, principalmente o problema de atrito negativo, neste caso fundações
mais lisas ou com tratamento betuminoso são mais indicadas. Vale ressaltar
que aterros sobre camadas moles é que são responsáveis pelo atrito negativo.
- Melhor opção: Estacas cravadas pré-moldada de concreto ou metálica,
devido ao fato das estacas escavada com uso de fluido estabilizante e estacas
raiz serem utilizadas apenas em casos específicos e por terem grandes
dificuldades na execução.
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6.3 – Terceiro Resultado
Caso de obra 3:
- Terreno plano e na cota de execução da fundação;
- Obra com cargas de 250 tf a 410 tf;
- Vizinhança com fundações em bom estado;
- Canteiro de obras de pequenas dimensões.
Imagem 3 – Boletim de Sondagem utilizado como exemplo para o caso 3.
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6.3.1 - Escolha da melhor fundação
6.3.1.2 - Fundações não recomendadas e motivos:
- Estacas cravadas de concreto ou metálica: Este tipo de estaca não é
recomendado para terrenos que apresenta boa resistência devido a dificuldade
de cravar as estacas.
- Estacas Tipo Franki: Este tipo de estaca não é recomendado para
terrenos com nível de lençol de água elevado devido a dificuldade de
execução, além disso apresenta dificuldade de cravação em terrenos com boa
resistência.
- Estacas Tipo Strauss: Abrange faixa de carga bem abaixo do caso em
analise, e assim como a estaca Franki não é recomendado para terrenos com
nível de lençol de água elevado.
- Estacas Raiz: Abrange faixa de carga abaixo do caso em analise.
- Estacas Tipo Trado sem uso de fluido estabilizante: Não é
recomendada executá-las em espessas camadas saturadas devido ao risco de
“estrangulamento” (seccionamento) do fuste durante a fase da concretagem.
- Tubulão a céu aberto: Não é recomendada em terreno que apresenta
solos saturados devido à dificuldade de alcançar grandes profundidades.
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6.2.1.2 - Fundações recomendadas:
- Hélice Contínua e estacas escavada com uso de fluido estabilizante,
por atenderem todas as especificações do caso 3.
- Melhor opção: Hélice Contínua, devido ao fato das estacas escavada
com uso de fluido estabilizante ser utilizada apenas em casos específicos e por
terem grandes dificuldades na execução.
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7. Conclusão
O melhor tipo de fundação é aquela que suporta as cargas da estrutura
com segurança e se adequa aos fatores topográficos, maciço de solos,
aspectos técnicos e econômicos, sem afetar a integridade das construções
vizinhas.
É importante a união entre os projetos estrutural e o projeto de
fundações num grande e único projeto, uma vez que mudanças em um
provocam reações imediatas no outro, resultando obras mais seguras e
otimizadas.
Revista Pensar Engenharia, v. 2, n. 1, jan. 2014
8. Referências Bibliográficas
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