Capítulo 2 Estudo das Fundações 1.
Definição de fundação
A estrutura de uma obra é constituída pelo esqueleto (figura 1) formado pelos elementos estruturais, tais como: lajes (cinza), vigas (vermelho), pilares (verde) e fundações (azul), etc. Fundação é o elemento estrutural que tem por finalidade transmitir as cargas de uma edificação para uma camada resistente do solo. Existem vários tipos de fundações e a escolha do tipo mais adequado é função das cargas da edificação e da profundidade da camada resistente do solo. Com base na combinação destas duas análises optar-se-á pelo tipo que tiver o menor custo e o menor prazo de execução.
Figura 1: Estrutura de uma edificação.
Técnica das Construções 2.
Edmundo Rodrigues
36
As cargas da edificação
As cargas da edificação são obtidas por meio das plantas de arquitetura e estrutura, onde são considerados os pesos próprios dos elementos constituintes e a sobrecarga ou carga útil a ser considerada nas lajes que são normalizadas em função de sua finalidade. Eventualmente, em função da altura da edificação deverá também ser considerada a ação do vento sobre a edificação. A tabela 1 fornece o peso específico dos materiais mais utilizados nos elementos constituintes de uma construção, enquanto a tabela 2 as sobrecargas ou cargas úteis em lajes de piso ou de forro de acordo com a sua finalidade. Tabela 1: Peso específico dos materiais mais empregados em uma construção. Material Alvenaria de pedra Alvenaria de tijolo maciço revestido Alvenaria de tijolo furado revestido Concreto simples Concreto armado Revestimento com madeira (taco) Ladrilho e pedras de piso Mármore de 2 a 3 cm de espessura Revestimento de tetos e pisos de lajes com argamassa Telhado completo – telha francesa Telhado completo – telha canal Telhado completo – cimento amianto Madeira de lei
Peso específico
Unidade
2200 a 2400 1600 1300 2200 2500 45 50 80 a 90 25 125 150 90 900
kgf/m3 kgf/m3 kgf/m3 kgf/m3 kgf/m3 kgf/m2 kgf/m2 kgf/m2 kgf/m2 kgf/m2 kgf/m2 kgf/m2 kgf/m3
Tabela 2: Sobrecargas ou carga úteis em lajes de piso e de forro. Compartimento Laje de forro Laje de piso de residência Laje de piso de escritório Laje de piso de enfermarias e recepções Salas de aula, assembléias Biblioteca – sala de leitura Biblioteca – sala de estante de livro Depósitos Arquibancadas
Sobrecarga – kgf/m2 100 200 200 250 350 250 a ser determinado em cada caso a ser determinado em cada caso 400
Técnica das Construções 3.
Edmundo Rodrigues
37
Resistência ou capacidade de carga do solo
A determinação da tensão admissível, resistência ou capacidade de carga do solo fs consiste no limite de carga que o solo pode suportar sem se romper ou sofrer deformação exagerada. Para obras de vulto sujeitas à carga elevadas só pode ser realizada por empresas especializadas, que além do estudo do subsolo, de um modo geral propõem sugestões para o tipo de fundação mais adequado para que o binômio estabilidade-economia seja atendido (veja item “2.2. Estudo do subsolo – Capítulo 1 - Planejamento das Construções”). Para obras de pequeno vulto sujeitas a cargas relativamente pequenas, a resistência fs do terreno poderá ser obtida por meio de tabelas práticas em função do tipo de solo (tabela 3). Tabela 3: Tensão admissível no solo (fs) recomendada pela ABNT. Tipo de solo
Tensão admissível (kgf/cm2)
a. Rocha viva, maciça sem laminação, fissuras ou sinal de 100 decomposição, tais como: gnaisse, granito, diábase e basalto. b. Rochas laminadas com pequenas fissuras estratificadas, tais 35 como: xistos e ardósias. c. Depósitos compactos e contínuos de matacões e pedras de 10 várias rochas. 8 d. Solo concrecionado. 5 e. Pedregulhos compactos e mistura de areia e pedregulho. f. Pedregulhos soltos e mistura de areia e pedregulho. Areia 3 grossa compacta. 2 g. Areia grossa fofa e areia fina compacta. 1 h. Areia fina fofa. 3 i. Argila dura. 2 j. Argila rija. 1 k. Argila média. * l. Argila mole, argila muito mole, aterros. * são exigidos estudos especiais ou experiência local 4.
Classificação das fundações
De acordo com a profundidade do solo resistente, onde está implantada a sua base, as fundações podem se classificadas em: • fundações superficiais (diretas): quando a camada resistente à carga da edificação ou seja, onde a base da fundação está implantada, não excede a duas vezes a sua menor dimensão ou se encontre a menos de 3 m de profundidade; • fundações profundas (indiretas) são aquelas cujas bases estão implantadas a mais de duas vezes a sua menor dimensão, e a mais de 3 m de profundidade. O que caracteriza, principalmente uma fundação rasa ou direta é o fato da distribuição de carga do pilar para o solo ocorrer pela base do elemento de fundação, sendo que, a carga aproximadamente pontual que ocorre no pilar, é transformada em carga distribuída, num valor tal, que o solo seja capaz de suportá-la (figura 2a). Outra característica da fundação direta é a necessidade da abertura da cava de fundação para a construção do elemento de fundação no
Técnica das Construções
Edmundo Rodrigues
38
fundo da cava. A fundação profunda, a qual possui grande comprimento em relação a sua base, apresenta pouca capacidade de suporte pela base, porém grande capacidade de carga devido ao atrito lateral do corpo do elemento de fundação com o solo (figura 2b). A fundação profunda, normalmente, dispensa abertura da cava de fundação, constituindo-se, por exemplo, em um elemento cravado por meio de um bate-estaca.
(a)
(b) Figura 2: Fundação direta ou rasa (a) e indireta ou profunda (b).
Técnica das Construções 5.
Edmundo Rodrigues
39
Fundações superficiais ou rasas ou diretas
Em projetos de construções rurais são usadas principalmente fundações diretas, tendo em vista, que as cargas são relativamente pequenas, não exigindo da camada do solo de apoio uma grande resistência. As fundações diretas classificam-se em: • • •
blocos de fundações; baldrames; radier.
A seguir são apresentados os diferentes tipos de fundação direta para uma obra simples composta de dois compartimentos (figura 3) e, em desenho tri-dimensional, as possíveis soluções em fundação direta para um silo multicelular (figura 4). ¾ Fundação direta em blocos O que caracteriza a fundação em blocos é o fato da distribuição de carga para o terreno ser aproximadamente pontual, ou seja, onde houver pilar existirá um bloco de fundação distribuindo a carga do pilar para o solo (figura 3a). Os blocos podem ser construídos de pedra, tijolos maciços, concreto simples ou de concreto armado. Quando um bloco é construído de concreto armado ele recebe o nome de sapata de fundação. ¾ Fundação direta em baldrame A fundação em baldrame apresenta uma distribuição de carga para o terreno tipicamente linear, por exemplo, uma parede que se apóia no baldrame, sendo este o elemento que transmite a carga para o solo ao longo de todo o seu comprimento (figura 3b). Um baldrame pode ser construído de pedra, tijolos maciços, concreto simples ou de concreto armado. Quando o baldrame é construído de concreto armado ele recebe o nome de sapata corrida. ¾ Fundação direta em radier A fundação em radier é constituída por um único elemento de fundação que distribui toda a carga da edificação para o terreno, constituindo-se em uma distribuição de carga tipicamente superficial (figura 3c). O radier é uma laje de concreto armado, que distribui a carga total da edificação uniformemente pela área de contato. É usado de forma econômica quando as cargas são pequenas e a resistência do terreno é baixa, sendo uma boa opção para que não seja usada a solução de fundação profunda.
Técnica das Construções
40
Edmundo Rodrigues
Solução em Blocos Forma da Fundação
Forma Nível de Cobertura
B2−1,0x1,0 P2−0,2x0,2
B3−1,0x1,0 P3−0,2x0,2 P1−0,2x0,2
V1a−0,2x0,3
P2−0,2x0,2
V1b−0,2x0,3
B4−1,0x1,0 P4−0,2x0,2
B5−1,0x1,0 P5−0,2x0,2
L1 − D=0,1
5,00m V4−0,2x0,3
5,00m
5,20m
V3−0,2x0,3
5,00m
L2 − D=0,1
B6−1,0x1,0 P6−0,2x0,2 V2b−0,2x0,3
V2a−0,2x0,3 P5−0,2x0,2
P4−0,2x0,2
5,20m
Forma Nível de Piso P3−0,2x0,2
C4−0,2x0,3
2,90m
5,00m
C2b−0,2x0,3
P4−0,2x0,2
P5−0,2x0,2
P6−0,2x0,2
0,50m
C2a−0,2x0,3
1,20m
5,00m
C3−0,2x0,3
5,00m
C1b−0,2x0,3
2,00m
P2−0,2x0,2
0,50m
C1a−0,2x0,3
Corte Longitudinal
C5−0,2x0,3
P1−0,2x0,2
P6−0,2x0,2
0,10m
5,20m
P3−0,2x0,2
V5−0,2x0,3
B1−1,0x1,0 P1−0,2x0,2
(a) Solução em Baldrame Forma da Fundação
Forma Nível de Cobertura 0,60m P2−0,2x0,2
L1 − D=0,1
L2 − D=0,1
V2a−0,2x0,3 Ba2−0,6x0,2
P4−0,2x0,2
C5−0,2x0,3
0,20m
C2a−0,2x0,3
C2b−0,2x0,3 P5−0,2x0,2
0,50m
P3−0,2x0,2
5,00m
C4−0,2x0,3
5,00m
C3−0,2x0,3
C1b−0,2x0,3
P6−0,2x0,2
(b)
0,50m
P2−0,2x0,2
5,00m
P4−0,2x0,2
P6−0,2x0,2
Corte Longitudinal
2,90m
C1a−0,2x0,3
V2b−0,2x0,3 P5−0,2x0,2
5,20m
Forma Nível de Piso P1−0,2x0,2
P3−0,2x0,2
0,10m
5,20m
V1b−0,2x0,3
5,00m V4−0,2x0,3
5,00m
V3−0,2x0,3
0,60m
5,00m
Ba5−0,6x0,2
Ba4−0,6x0,2
Ba3−0,6x0,2
5,20m
V1a−0,2x0,3
V5−0,2x0,3
P1−0,2x0,2
Ba1−0,6x0,2
Técnica das Construções
41
Edmundo Rodrigues
Solução em Radier Forma Nível de Cobertura P1−0,2x0,2
5,00m
Ra1−11,0x5,8
P2−0,2x0,2
5,00m V3−0,2x0,3
5,80m
L1 − D=0,1
L2 − D=0,1
0,20m
C5−0,2x0,3 C2b−0,2x0,3
C2a−0,2x0,3 P4−0,2x0,2
P3−0,2x0,2
5,00m
C4−0,2x0,3
5,00m
C3−0,2x0,3
5,00m
C1b−0,2x0,3
0,50m
P2−0,2x0,2
Corte Longitudinal
2,90m
C1a−0,2x0,3
P6−0,2x0,2
5,20m
Forma Nível de Piso P1−0,2x0,2
V2b−0,2x0,3 P5−0,2x0,2
P5−0,2x0,2
0,50m
5,20m
P3−0,2x0,2
5,00m
V2a−0,2x0,3 P4−0,2x0,2
V1b−0,2x0,3
0,10m
5,20m
0,20m
V1a−0,2x0,3
V5−0,2x0,3
11,00m
V4−0,2x0,3
0,20m
Forma da Fundação
P6−0,2x0,2
Figura 3: Fundação em blocos (a), em baldrame (b) e em radier (c). 6.
Dimensionamento de um bloco de fundação
Os blocos são fundações em concreto simples ou ciclópico e caracterizados por uma altura relativamente grande em relação às dimensões da base, necessária para que trabalhem essencialmente à compressão. Nas construções comuns os blocos são usados para cargas de até 50000 kgf e, além disso, não é aconselhável o emprego de blocos em terrenos com resistência inferior a 1 kgf/cm2 (0,1 MPa). Quando se deseja economizar material, pode-se adotar o bloco com a forma escalonada. Sendo fsolo a resistência do terreno (tensão admissível) e F a carga que chega ao bloco pelo pilar, para que a tensão admissível não seja ultrapassada deve-se ter: F ≤ fsolo S Portanto, a área da base pode ser calculada em uma primeira tentativa pela expressão: F S≥ fsolo Como os blocos são geralmente quadrados, temos para o lado B do quadrado:
B= S Quanto à altura dos blocos experiências recomendam adotar a expressão: H = 0,85(B − b)
sendo: B = dimensão da base do bloco e b = dimensão do pilar.
Técnica das Construções
Edmundo Rodrigues
Figura 4: Silo multicelular com possíveis soluções de fundação direta.
42
Técnica das Construções 7.
Edmundo Rodrigues
43
Fundações Profundas
Quando o solo compatível com a carga da edificação se encontra a mais de 3m de profundidade é necessário recorrer às fundações profundas, sendo três os tipos principais: • • •
estacas tubulões caixões
¾ Estacas de fundação São elementos alongados, cilíndricos ou prismáticos que se cravam (figuras 7 e 8), com um equipamento, chamado bate-estaca (figuras 9 e 10), ou se confeccionam no solo de modo a transmitir às cargas da edificação a camadas profundas do terreno (figura 6). Estas cargas são transmitidas ao terreno através do atrito das paredes laterais da estaca contra o terreno e/ou pela ponta (figura 5). Existe hoje uma variedade muito grande de estacas para fundações. Com certa freqüência, um novo tipo de estaca é introduzido no mercado e a técnica de execução de estacas está em permanente evolução. A execução de estacas é uma especialidade da engenharia. Entre os principais materiais empregadas na confecção das estacas se pode citar: • • •
madeira; aço; concreto (pré-moldadas e moldadas “in situ”).
As estacas também são classificadas em estacas de deslocamento e estacas escavadas. As estacas de deslocamento são aquelas introduzidas no terreno através de algum processo que não promova a retirada do solo. Enquadram-se nessa categoria as estacas pré-moldadas de concreto armado, as estacas de madeira, as estacas metálicas, as estacas apiloadas de concreto e as estacas de concreto fundido no terreno dentro de um tubo de revestimento de aço cravado com a ponta fechada, sendo as estacas tipo Franki o exemplo mais característico dessas últimas. As estacas escavadas são aquelas executadas “in situ” através da perfuração do terreno por um processo qualquer, com remoção de material. Nessa categoria se enquadram entre outras as estacas tipo broca, executada manual ou mecanicamente e as do tipo “Strauss”.
Técnica das Construções
Figura 5: Mecanismo de resistência da fundação profunda.
Figura 7: Estaca de madeira.
Figura 9: Bate-estaca de queda livre.
Edmundo Rodrigues
44
Figura 6: Estaca de concreto moldada "in situ”.
Figura 8: Estaca de concreto pré-moldado.
Figura 10: Bate-estaca de martelo diesel.
Técnica das Construções
Edmundo Rodrigues
45
¾ Estacas de madeira As estacas de madeira são empregadas nas edificações desde a antigüidade. Atualmente, diante das dificuldades de se obter madeiras de boa qualidade, sua utilização é bem mais reduzida. As estacas de madeira nada mais são do que troncos de árvores, bem retos e regulares, cravados normalmente por percussão, isto é golpeando-se o topo da estaca com pilões geralmente de queda livre. No Brasil a madeira mais empregada é o eucalipto, principalmente como fundação de obras provisórias. Para obras definitivas tem-se usado as denominadas “madeiras de lei” como por exemplo a peroba, a aroeira, a maçaranduba e o ipê. A duração da madeira é praticamente ilimitada, quando mantida permanentemente submersa. No entanto, se estiverem sujeitas à variação do nível d’água apodrecem rapidamente pela ação de fungos aeróbicos, o que deve ser evitado aplicando –se substâncias protetoras como sais tóxicos à base de zinco, cobre ou mercúrio ou ainda pela aplicação do creosoto. Neste tipo de tratamento recomenda-se o consumo de aproximadamente 15 kg de creosoto por m3 de madeira tratada quando as estacas forem cravadas em terra. Durante a cravação a cabeça da estaca deve ser munida de um anel de aço de modo a evitar o seu rompimento sob os golpes do pilão. Também é recomendado o emprego de uma ponteira metálica para facilitar a penetração da estaca e proteger a madeira. Do ponto de vista estrutural, a carga admissível das estacas de madeira depende do diâmetro e do tipo de madeira empregado na estaca. Pode-se no entanto, adotar como ordem de grandeza, os valores apresentados na tabela 4. Tabela 4: Cargas admissíveis usualmente adotadas em estacas de madeira. Diâmetro (cm) 20 25 30 35 40
Carga (kN) 150 200 300 400 500
¾ Estacas metálicas As estacas metálicas são constituídas principalmente por peças de aço laminado ou soldado tais como perfis de seção I e H, como também por trilhos, geralmente reaproveitados após sua remoção de linhas férreas, quando perdem sua utilização por desgaste. A principal vantagem das estacas de aço está no fato de se prestarem à cravação em quase todos os tipos de terreno, permitindo fácil cravação e uma grande capacidade de carga. Sua cravação é facilitada, porque, ao contrário dos outros tipos de estacas, em lugar de fazer compressão lateral do terreno, se limita a cortar as diversas camadas do terreno. Hoje em dia já não existe preocupação com o problema de corrosão das estacas metálicas quando permanecem inteiramente enterradas em solo natural, porque a quantidade de oxigênio que existe nos solos naturais é tão pequena que a reação química tão logo começa, já acaba completamente com esse componente responsável pela corrosão. Entretanto, de modo a garantir a segurança a NBR 6122 exige que nas estacas metálicas enterradas seja descontada a espessura de 1,5 mm de toda sua superfície em contato com o solo, resultando uma área útil menor que a área real do perfil. A carga máxima atuante sobre a estaca é obtida
Técnica das Construções
Edmundo Rodrigues
46
multiplicando-se a área útil pela tensão admissível do aço fc = fyk/2 onde fyk é tensão característica à ruptura do aço da estaca.
Figura 11: Área útil de estaca metálica. A tabela 5 apresenta a carga para alguns perfis e trilhos fabricados pela CSN (Companhia Siderúrgica Nacional), calculada com σc = fyk/2 = 120 MPa. A utilização de trilhos velhos como estacas só é possível quando a redução do peso não ultrapassar 20% do teórico e nenhuma seção tenha área inferior a 40% da área do trilho novo. Tabela 5: Cargas máximas em estacas metálicas completamente enterradas. Denominação Área (cm2) Peso (N/m) Carga máxima (kN) 400 371 H 6”x 6” 47,3 300 273 Perfis laminados I 8”x 4” 34,8 ª 5 400 377 CSN (1 alma) I 10”x 4 /8” 48,1 700 606 77,3 I 12” x 51/4” 250 (200) 246,5 31,4 TR 25 350 (250) 320,5 40,9 TR 32 Trilhos 400 (300) 371,1 47,3 TR 37 (CSN) 450 (350) 446,5 56,8 TR 45 550 (400) 503,5 64,2 TR 50 600 (450) 569,0 72,6 TR 57 Nota: Os valores entre parênteses referem-se a trilhos velhos com redução máxima de peso de 20% e nenhuma seção com redução superior a 40%. Tipo de perfil
¾ Estaca de concreto As estacas de concreto podem ser pré-moldadas ou concretadas no local. a) Estacas pré-moldadas de concreto São largamente usadas em todo o mundo possuindo como vantagens em relação as concretadas no local um maior controle de qualidade tanto na concretagem, que é de fácil fiscalização quanto na cravação, além de poderem atravessar correntes de águas subterrâneas o que com as estacas moldadas no local exigiriam cuidados especiais. Podem ser confeccionadas com concreto armado ou protendido adensado por centrifugação ou por vibração, este de uso mais comum. Tanto nas estacas vibradas quanto nas centrifugadas a cura do concreto é feita a vapor, de modo a permitir a desforma e o
Técnica das Construções
Edmundo Rodrigues
47
transporte da mesma no menor tempo possível. Tendo em vista que a cura a vapor só acelera o ganho de resistência nas primeiras horas, mas não diminui o tempo total necessário para que o concreto atinja a resistência final, as estacas devem permanecer no estoque pelo menos até que o concreto atinja a resistência de projeto. A seção transversal dessas estacas é geralmente quadrada, hexagonal, octogonal ou circular, podendo ser vazadas ou não. A carga máxima estrutural das estacas pré-moldadas é em geral indicada nos catálogos técnicos das empresas fabricantes, no entanto a carga admissível só poderá ser fixada após a análise do perfil geotécnico do terreno e sua cravabilidade. Para não onerar o custo de transporte das estacas, desde a fabrica até a obra, o seu comprimento é limitado a 12m. Por isso, quando se precisar de estacas com mais de 12m as peças devem ser emendadas. Essas emendas podem ser constituídas por anéis metálicos ou por luvas de encaixe tipo ”macho e fêmea” quando as estacas não estivem sujeitas a esforços de tração tanto na cravação quanto na utilização (figura 12), ou em caso contrário, emenda do tipo soldável, como indicada na figura 13, onde a altura h e a espessura e da chapa são função do diâmetro da armadura longitudinal e do diâmetro da estaca.
Figura 12: (a) Emendas por anel metálico e (b) emendas por luvas.
Figura 13:Emenda tipo soldável em estaca pré-moldada.
Técnica das Construções
Edmundo Rodrigues
48
Existem vários processos para cravação das estacas pré-moldadas, no entanto qualquer que seja o processo, utilizado em geral de modo a facilitar a passagem da estaca pelas diversas camadas do terreno, no final a estaca será sempre cravada por percussão. Para tanto, utiliza-se um tipo de guindaste especial chamado de bate-estaca que pode ser dotado de martelo (também chamado de pilão) de queda livre ou automático também denominado martelo diesel. Para amortecer os golpes do pilão e uniformizar as tensões por ele aplicadas à estaca, instala-se no topo desta um capacete dotado de “cepo” e “coxim” conforme é mostrado na figura 14.
Figura 14: Detalhe do capacete da estaca. b)
Estacas concretadas “in situ”
Existe uma grande variedade de tipos de estacas concretadas no local, diferenciadas entre si, principalmente, pela forma que são escavadas e pela forma de colocação do concreto. De um modo geral crava-se um tubo de aço até a profundidade prevista pela sondagem geotécnica, enchendo–se com concreto que vai sendo apiloado até que se retire o tubo. Entre os vários tipos existentes destacam-se as estacas tipo Franki e as estacas tipo Strauss. A estaca tipo Franki usa um tubo de revestimento cravado dinamicamente com a aponta fechada por meio de bucha e recuperado após a concretagem da estaca. O concreto usado na execução da estaca é relativamente seco com baixo fator água-cimento, resultando em um concreto de slump zero, de modo a permitir o forte apiloamento previsto no método executivo. O concreto com estas características deve atingir fcc28 ≥ 20 MPa e o controle tecnológico do concreto durante a execução da estaca deve prever retirada regular de corposde-prova, para serem ensaiados a 3, 7 e 28 dias, iniciando-se ao se executar as primeiras estacas, e continuar para cada grupo de 15 ou 20 estacas executadas. A armação da estaca é constituída por barras longitudinais e estribos que devem ter dimensões compatíveis com o diâmetro do tubo e do pilão. A execução de estacas tipo Franki, quando bem aplicada, praticamente não sofre restrições de emprego diante das características do subsolo, salvo casos particulares como aqueles constituídos por espessas camadas de solo muito mole. A tabela 6 apresenta as cargas admissíveis usuais adotadas em projetos de rotina das estacas tipo Franki executadas pelas empresas que atuam no mercado brasileiro. A adoção dessas cargas depende da análise dos elementos do projeto, podendo ser diminuídas ou aumentadas em projeto de condições especiais.
Técnica das Construções
Edmundo Rodrigues
49
Tabela 6: Dados básicos para projeto das estacas tipo Franki. φ L Qc (kN) Qt (kN)
30 15 450 85
35 18 550 100
40 22 800 130
52 30 1300 240
60 35 1700 270
L – profundidade máxima recomendável Qc – carga admissível de compressão Qt – carga admissível de tração
A seguir são relacionados alguns aspectos da estaca tipo Franki, que fazem parte do método de execução, e que a diferencia dos outros tipos de estacas concretadas no local contribuindo para a elevada carga de trabalho da estaca: • • •
• •
a cravação com ponta fechada isola o tubo de revestimento da água do subsolo, o que não acontece com outros tipos de estaca executada com ponta aberta; a base alargada dá maior resistência de ponta que todos os outros tipos de estaca; o apiloamento da base compacta solos arenosos, bem como, aumenta o diâmetro da estaca em todas as direções, aumentando sua a resistência de ponta. Em solos argilosos o apiloamento da base expele a água da argila, que é absorvida pelo concreto seco da mesma, consolidando e reforçando seu contorno; o apiloamento do concreto contra o solo para formar o fuste da estaca compacta o solo e aumenta o atrito lateral; o comprimento da estaca pode ser facilmente ajustado durante a cravação.
Figura 15: Fases de execução da estaca tipo Franki.
Técnica das Construções
Edmundo Rodrigues
50
As estacas tipo Strauss foram projetadas, inicialmente, como alternativa às estacas pré-moldadas cravadas por percussão devido ao desconforto causado pelo processo de cravação, quer quanto à vibração ou quanto ao ruído. O processo é bastante simples, consistindo na retirada de terra com sonda ou piteira e, simultaneamente, introduzir tubos metálicos rosqueáveis entre si, até atingir a profundidade desejada e posterior concretagem com apiloamento e retirada da tubulação. Por utilizar equipamento leve e econômico a estaca tipo Strauss possui as seguintes vantagens: • • • • • •
ausência de vibrações e trepidações em prédios vizinhos; possibilidade de execução da estaca com o comprimento projetado; possibilidade de verificar durante a perfuração, a presença de corpos estranhos no solo, matacões, etc, permitindo a mudança de locação antes da concretagem; possibilidade da constatação das diversas camadas e natureza do solo, pois a retirada de amostras permite comparação com a sondagem à percussão; possibilidade de montar o equipamento em terrenos de pequenas dimensões; autonomia, importante em regiões ou locais distantes.
Como principais desvantagens das estacas tipo Strauss podemos citar: • • •
quando a pressão da água for tal que impeça o esgotamento da água no furo com a sonda, a adoção desse tipo de estaca não é recomendável; em argilas muito moles saturadas e em areias submersas, o risco de seccionamento do fuste pela entrada de solo é muito grande, e nesses casos esta solução não é indicada; é indispensável um controle rigoroso da concretagem da estaca de modo a não ocorrer falhas, pois a maior ocorrência de acidentes com estas estacas devem-se a deficiências de concretagem durante a retirada do tubo.
As estacas tipo Strauss podem ser armadas ou não. No caso das estacas não armadas, o concreto utilizado deve ter um consumo mínimo de 300 kgf/m3, consistência plástica (abatimento mínimo de 8 cm) e fcck de 15 MPa. Já o concreto das estacas armadas deve ter um abatimento mínimo de 12 cm e fcck de 15 MPa. Não deverá ser utilizada a pedra 2, mesmo se necessário executivamente. A tabela 7 apresenta as cargas admissíveis para estacas tipo Strauss não armada de acordo com a NBR 6122 em função do diâmetro externo do tubo de revestimento. A carga de trabalho será fixada após análise do perfil geotécnico do terreno. Tabela 7: Cargas admissíveis em estacas tipo Strauss não armadas. Diâmetro externo do revestimento (cm) Carga admissível estruturalmente (kN) (NBR 6122) c)
22 200
27 300
32 400
42 700
52 1070
Tubulões de fundação
Os tubulões são elementos estruturais de fundação profunda, geralmente, dotados de uma base alargada, construídos concretando-se um poço revestido ou não, aberto no terreno com um tubo de aço de diâmetro mínimo de 70cm de modo a permitir a entrada e o trabalho de um homem, pelo menos na sua etapa final, para completar a geometria da escavação e
Técnica das Construções
Edmundo Rodrigues
51
fazer a limpeza do solo. Divide-se em dois tipos básicos: os tubulões a céu aberto, normalmente, sem revestimento e não armados no caso de existir somente carga vertical e os a ar comprimido ou pneumático. Os tubulões a ar comprimido são sempre revestidos, podendo esse revestimento ser constituído de uma camisa de concreto armado ou por uma camisa metálica. Neste caso a camisa metálica pode ser recuperada ou não. São utilizados em solos onde haja a presença de água e que não seja possível esgotá-la. O fuste do tubulão é sempre cilíndrico enquanto a base poderá ser circular ou em forma de falsa elipse. Deve-se evitar trabalho simultâneo em bases alargadas de tubulões, cuja distância entre centros seja inferior a duas vezes o diâmetro ou dimensão da maior base, especialmente quando se tratar de tubulões a ar comprimido.
Figura 16: Geometria de um tubulão de fundação. Quando comparados a outros tipos de fundações os tubulões apresentam as seguintes vantagens: • • • • • •
os custos de mobilização e de desmobilização são menores que os de bate-estacas e outro equipamentos; as vibrações e ruídos provenientes do processo construtivo são de muito baixa intensidade; pode-se observar e classificar o solo retirado durante a escavação e compará-lo às condições do subsolo previstas no projeto; o diâmetro e o comprimento do tubulão pode ser modificado durante a escavação para compensar condições do subsolo diferentes das previstas; as escavações podem atravessar solos com pedras e matacões, sendo possível penetrar em vários tipos de rocha; é possível apoiar cada pilar em um único fuste, em lugar de diversas estacas, eliminando a necessidade de bloco de coroamento.
Em tubulões ar comprimido (figura 17), seja de camisa de aço ou de camisa de concreto, a pressão máxima de ar comprimido empregada é de 3,4 atm (340 kPa), razão pela qual esses tubulões têm sua profundidade limitada a 34m abaixo do nível do mar. Em qualquer etapa da execução deve-se observar que o equipamento deve permitir que se atenda, rigorosamente, os tempos de compressão e descompressão previstos pela boa técnica e pela
Técnica das Construções
Edmundo Rodrigues
52
legislação em vigor, só se admitindo trabalhos sob pressões superiores a 150 kPa quando as seguintes providências forem tomadas: • • • •
estar à disposição da obra equipe permanente de socorro médico; estar disponível na obra câmara de descompressão equipada; existir na obra compressores e reservatórios de ar comprimido de reserva; que seja garantida a renovação do ar, sendo o ar injetado em condições satisfatórias para o trabalho humano
Figura 17: Construção de um tubulão a ar comprimido.
Técnica das Construções
Edmundo Rodrigues
53
d) Caixões de fundação Os caixões como o próprio nome sugere é um grande caixão impermeável à água, de seção transversal quadrada ou retangular que tem as paredes laterais pré-moldadas. Este tipo de fundação profunda é destinado a escorar as paredes da escavação e impedir a entrada de água enquanto vai sendo cravado no solo. Terminada a operação o caixão passa a fazer parte da infra-estrutura. São utilizados, por exemplo, como fundação de um pilar de ponte em que a substituição de dois ou mais tubulões por um caixão que os envolva seja mais econômica.
Falta o desenho
Figura 18: Forma esquemática de um caixão de fundação.