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5. 1. 3 - Estacas Escavadas - Sem Deslocamento
Estacas Escavadas Assim se denomina a estaca em que, com auxílio de lama bentonítica (se for o caso), Ø previamente feita uma perfuraç“o no terreno, com retirada de material, em seguida, Ø cheia com concreto (concretagem submersa, quando abaixo do nível gua). d’Æ Essas estacas substituem, em alguns casos, os ssicos clÆ tubulões sob ar comprimido. Os seus diâmetros variam atØ 2,5 m e suas profundidades alcançam 40 m ou mais.
[1]. Trado devidamente posicionado e pronto para iniciar escavaç“o. [2]. Terreno nivelado facilitando a estabilizaç“o do caminh“o. [3 e 4]. Torre e haste na posiç“o vertical (verificada pelo nível instalado na torre). [5]. Componente hidrÆ ulico: ao chegar à obra, Ø acionado para que a haste fique na posiç“o vertical. Todo o processo Ø mecanizado.
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Exemplo de ESTACA ESCAVADA EM ROCHA Obra: Ponte sobre o Rio Orinoco Apresentado por Armando Negreiros Caputo BRASFOND / BRASFIX / SPFE
SeqüŒncia Construtiva: 1) Cravaç“o de camisa metÆlica atØ o topo da rocha. 2) Colocaç“o da perfuratriz Wirth e escavaç“o em rocha por circulaç“o reversa. 3) Colocaç“o da armadura. 4) Concretagem submersa da estaca. 5) Estaca pronta.
Estacas Broca Estaca em que a perfuraç“o do solo Ø feita manualmente, com o auxílio de um trado manual. É cravada em pequena profundidade.
Estacas HØlice Contínua 11
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Estacas Escavadas Retangular (Barrete) É um tipo de fundaç“o profunda executada por escavaç“o mecânica, com uso ou n“o de lama bentonítica ou uso de revestimento total ou parcial, e posterior concretagem. SeqüŒ ncia executiva: 1) Colocaç“o da camisa guia escavaç“o com clamshell, completando com lama o volume escavado. 2) Atingida a profundidade prevista, coloca-se a armadura e o "air-lift" ou bomba de submers“o para a troca de lama usada por nova. 3) Colocaç“o do tubo de concretagem e da bomba de submers“o início da concretagem submersa com concreto stico. plÆ 4) Terminada a concretagem, procede-se o aterro da parte superior e ao arrancamento da camisa guia.
Segundo publicaç“o da Franki, a utilizaç“o das estacas escavadas oferece as seguintes vantagens: - execuç“o sem vibraç“o e ruídos; - possibilidade de atravessar camadas do solo de grandencia resistŒ devido as ferramentas de escavaç“o; - execuç“o rÆ pida; - possibilidade de atingir grandes profundidades; - possibilidade de resistir a grandes cargas com um œnico elemento de fundaç“o, reduzindo deste modo o volume dos blocos; - executada com ferramenta mecânica “clam-shell”. 12
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Estacas Raiz A estaca raiz Ø uma estaca concretada “in loco”, com diâmetro acabado variando de 80 a 410 mm e que apresenta elevada tens“o de trabalho ao longo do fuste que Ø constituído de argamassa de areia e cimento e Ø inteiramente armado ao longo de todo seu comprimento. A aplicaç“o inicial das estacas raiz foi ligada ao reforço de antigas fundações de edificações de pequeno porte, as quais o acesso era restrito a equipamentos de grande porte. A utilizaç“o de equipamentos de pequeno porte e movidos a eletricidade favorecia o funcionamento em locais fechados, evitando barulho e fumaça de motores a explos“o. As perfuratrizes atingiam grandes profundidades, flexibilizando o dimensionamento de cargas de trabalho, determinadas muito mais pela capacidade estrutural da seç“o do que pela condiç“o de suporte do subsolo. Essas vantagens fizeram com que este tipo de estaca se desenvolvesse mundialmente. Passou a ser utilizada tambØm como soluç“o de contenç“o de encostas, devido à possibilidade de executÆ -la inclinada com orientações tridimensionais formando um reticulado espacial. A concepç“o Ø aquela de uma estrutura de gravidade interna no terreno, fazendo com que o volume de solo atravessado pelas estacas, convenientemente espaçadas, trabalhasse como um maciço rígido resistindo à traç“o, atravØs de armaç“o do fuste da estaca. Atualmente, o aumento dos diâmetros das estacas tipo raiz bem como do porte dos equipamentos que a executam, tornaram essa estaca uma soluç“o vel viÆpara fundações de edifícios. O processo executivo de uma estaca tipo raiz Ø composto basicamente de quatro fases consecutivas; perfuraç“o, instalaç“o da armadura, preenchimento com argamassa e remoç“o do revestimento e aplicaç“o de golpes de ar comprimido. A Figura abaixo ilustra todo o processo executivo das estacas tipo raiz. (Moura et al, 2009 -UNIFOR)
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Estacas Injetada A Norma de Fundações NBR 6122/96 define estaca injetada como sendo aquela na qual atravØs de injeç“o sob press“o de produtos aglutinantes, normalmente calda de cimento, procurase aumentar a resistŒ ncia de atrito laterais, de ponta ou ambas. A injeç“o deve ser feita de maneira a garantir que a estaca tenha a carga admissível prevista no projeto e pode ser aplicada em um ou mais gios. estÆ SeqüŒ ncia Executiva: A execuç“o de uma estaca injetada moldada no solo compreende as seguintes fases: • Escavaç“o do furo; • Colocaç“o da armadura; • Moldagem do fuste.
Estacas Strauss A sua execuç“o Ø muito simples, n“o requerendo aparelhagem especial alØm de um pil“o. S“o utilizados processos comuns de escavaç“o (semelhança com as sondagens), em que começa-se por apoiar sobre o solo (observado o ponto de marcaç“o do eixo do bloco da fundaç“o – centro do pilar) o tubo metÆ lico da “strauss”. Em sequŒ ncia processa a escavaç“o por dentro deste tubo – retirada do solo com auxílio de uma sonda que cai no solo e faz com que o solo entre dentro deste tubo de auxílio à escavaç“o, sendo este retirado do furo com solo a ser removido para nova operaç“o de retirada de solo e assim por diante. Este processo faz com que se “enterre” um tubo de diâmetro igual ao da estaca. Atingida a profundidade prefixada, enche-se o tubo com cerca de 75 cm de concreto, que vai sendo apiloado à medida que se retira o tubo. Esta operaç“o se repete atØ o concreto atingir a cota desejada. Embora bastante simples a sua execuç“o, devem-se tomar cuidados especiais, sobretudo quando se trabalha abaixo do lençol d’Æ gua dentro do molde. Isto se consegue observando-se constantemente as posições relativas do molde e do concreto de enchimento. Mais simples do que estas estacas escavadas s“o as estaca broca. 14
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Estacas moldadas no local tipo Strauss (MR Sondagens e Estacas, 2009) As estacas do tipo strauss s“o moldadas “in loco”, com processo relativamente simples e eficaz. A perfuraç“o Ø executada com o auxílio de uma sonda, denominada “piteira” , com a utilizaç“o parcial ou total de revestimento recuperÆ vel e posterior concretagem da fundaç“o no local
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As principais características das Estacas Strauss s“o: ·
Reduzida trepidaç“o e, conseqüentemente, pouca vibraç“o nas edificações vizinhas à obra.
·
Possibilidade de execuç“o da estaca com o comprimento projetado, permitindo cotas de arrasamento abaixo da superfície do terreno.
·
Facilidade de locomoç“o dentro da obra.
·
Permite conferir durante a percuss“o, por meio de retirada de amostras do solo, a sondagem realizada.
·
Permite verificar, durante a perfuraç“o, a presença de corpos estranhos no solo, matacões e outros, possibilitando a mudança de locaç“o antes da concretagem. 15
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Capacidade de executar estacas próximas às divisas do terreno, diminuindo assim, a excentricidade nos blocos. Execuç“o de estacas com capacidade de 20 ton, 30 ton e 40 ton.
Dimensionamento A determinaç“o das seções, as localizações e profundidades ser“o fornecidas pelo calculista das fundações, com seu dimensionamento de acordo com a NBR 6118 – “Projeto e Execuç“o de Obras de Concreto Armado” e NBR 6122 – “Projeto e Execuç“o de Fundações “. Perfuraç“o Após a locaç“o dos pontos das estacas, atravØs de gabarito indicando seus eixos, inicia-se a perfuraç“o, com a piteira posicionada dentro do primeiro tubo de revestimento ( extremidade inferior dentada ) e com golpes sucessivos, a piteira retirarÆ o solo do interior, abaixo do tubo, que se introduzirÆ aos poucos no terreno, por efeito de seu peso próprio. Quando o tubo estiver totalmente cravado, serÆ rosqueado um novo tubo em sua extremidade superior livre e reiniciado o trabalho da piteira. Este procedimentorepetido serÆ atØ que se atinja a profundidade prevista para a perfuraç“o ou as condições de suporte previstas para o terreno. Concretagem Ao atingir a profundidade desejada e procedida a limpeza do tubo, serÆ lançado o primeiro volume de concreto no interior do tubo e apiloado com o auxílio de um pil“olico, metÆ visando a formaç“o de um “bulbo”na base da estaca. Igual volume de concreto serÆ novamente lançado e procedido novo apiloamento, iniciando-se a remoç“o dos tubos de revestimento, com auxílio de um guincho mecânico. Esta operaç“o se repetirÆatØ que o concreto atinja a cota desejada, comxima a mÆ precauç“o, a fim de impedir sua descontinuidade, completando assim, eventuais espaços vazios e preenchendo as deformações no subsolo. Armadura Antes da concretagem dos œ ltimos dois metros da estaca, ou a critØrio do calculista das fundações, serÆ colocada uma armadura, onde as barras dever“o emergir fora da cota de arrasamento da estaca, conforme detalhe do projeto de fundações.
Estacas HØlice Contínua A estaca hØlice contínua Ø uma estaca de concreto moldada "in loco", executada por meio de trado contínuo e injeç“o de concreto atravØs da haste central do trado simultaneamente a sua retirada do terreno. (Site Engenharia, 2009) Metodologia executiva – Perfuraç“o A perfuraç“o consiste em fazer a hØlice penetrar no terreno por meio de torque apropriado para vencer a sua resistŒ ncia. A haste de perfuraç“o Ø composta por uma hØlice espiral solidarizada a um tubo central, equipada com dentes na extremidade inferior que possibilitam a sua penetraç“o no terreno. A metodologia de perfuraç“o permite a sua execuç“o em terrenos coesivos e arenosos, na presença ou n“o do lençol freÆ tico e atravessa camadas de solos resistentes com índices de STP‘s acima de 50 dependendo do tipo de equipamento utilizado. A velocidade de perfuraç“o produz em mØdia 250m por dia dependendo do diâmetro da hØlice, da profundidade e da resistŒ ncia do terreno.
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Concretagem Alcançada a profundidade desejada, o concreto Ø bombeado atravØs do tubo central, preenchendo simultaneamente a cavidade deixada pela hØlice que Ø extraída do terreno sem girar ou girando lentamente no mesmo sentido da perfuraç“o. O concreto normalmente utilizado apresenta resistŒ ncia característica fck de 18 Mpa, Ø 3 bombeÆ vel e composto de areia, pedriscos ou brita 1 e consumo de cimento de 350 a 450 , Kg/m sendo facultativa a utilizaç“o de aditivos. O abatimento ou "Slump" Ø mantido entre 200 e 240mm. Normalmente Ø utilizada bomba de concreto ligada ao equipamento de perfuraç“o atravØs de mangueira flexível. O preenchimento da estaca com concreto Ø normalmente executado atØ a superfície de trabalho sendo possível o seu arrastamento abaixo da superfície do terreno guardadas as precauções quanto a estabilidade do furo no trecho n“o concretado e a colocaç“o da armaç“o. Colocaç“o da armaç“o O mØtodo de execuç“o da estaca hØlice contínua exige a colocaç“o da armaç“o após a sua concretagem. A armaç“o, em forma de gaiola, Ø introduzida na estaca por gravidade ou com o auxílio de um pil“o de pequena carga ou vibrador. As estacas submetidas a esforços de compress“o levam uma armaç“o no topo, em geral de 2 a 5,5m de comprimento. No caso de estacas submetidas a esforços transversais ou de traç“o, somente serÆ possível para comprimentos de armações de no mÆ ximo 16m, m funç“o do mØtodo construtivo. No caso de armações longas, as "gaiolas" devem ser constituídas de barras grossas e estribo espiral soldado na armaç“o longitudinal para evitar a sua deformaç“o durante a introduç“o no fuste da estaca. 17
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Equipamentos O equipamento empregado para cravar a hØlice no terreno Ø constituido de um guindaste de esteiras, sendo nele montada a torre vertical de altura apropriada à profundidade da estaca, equipada com guias por onde corre a mesa de rotaç“o de acionamento hidrÆ ulico. Os equipamentos disponíveis permitem executar estacas de noximo mÆ 25m de profundidade e inclinaç“o de atØ 1:4 (H:V) Controle executivo Para controlar a press“o de bombeamento do concreto, utiliza-se um instrumento medidor digital, que informa todos os dados de execuç“o da estaca, tais como: inclinaç“o da haste, profundidade da perfuraç“o, torque e velocidade de rotaç“o da hØlice, press“o de injeç“o, perdas e consumo de concreto. Os parâmetros indicados no mostrador digital s“o registrados e fornecidos a um microcomputador para aplicaç“o de software que imprime o relatório da estaca com as informações obtidas no campo. Em centros urbanos, próximo a estruturas existentes, escolas, hospitais e edifícios históricos, por n“o produzir distœ rbios ou vibrações e de n“o causar descompress“o do terreno. Em obras industriais e conjuntos habitacionais onde, em geral, um hÆ grande nœmero de estacas sem vibrações de diâmetros pela produtividade alcançada. Como uma estrutura de contenç“o, associada ou n“o a tirantes protendidos, próximo à estruturas existentes, desde que os esforços transversais sejam compatíveis com os comprimentos de armaç“o permitidos.
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Tubulões Trata-se de fundaç“o profunda, porem destaca-se que estas fundações apresentam características de transmiss“o de carga ao sub-solo diferentes das diversas “estacas” existentes na Engenharia de Fundações Estas fundações, abordadas adiante, transmitem carga para o sub-solo atravØs do contato da base com o solo de apoio, semelhante a uma fundaç“o direta (como um bloco ou sapata). Tubul“o à CØu Aberto As fundações em tubul“o a cØu aberto s“o indicadas basicamente para obras que apresentem cargas elevadas,reas Æ com dificuldades de uso de tØcnicas de fundaç“o mais mecanizadas e regiões afastadas dos grandes centros urbanos devido à dificuldade de acesso. Esse tipo de fundaç“o Ø recomendado para solos de elevada “rigidez” (boancia). resistŒ Isso se justifica devido ao fato da escavaç“o ser normalmente manual, dependente de um “poceiro”, um ajudante e um sarilho (equipamento – figura abaixo). Mesmo com a utilizaç“o de equipamentos de perfuraç“o mecânica a presença de um operÆrio Ø necessÆ ria, pois o alargamento da base deve ser feito manualmente.
Figura - Perfuraç“o de tubul“o na construç“o do Edifício Érico Veríssimo, em Juiz de Fora – MG, Setembro/2008. (TFC de Marcenes, 2008)
Quando comparados a outros tipos de fundações os tubulões apresentam as seguintes vantagens: - Os custos de mobilizaç“o e de desmobilizaç“o s“o menores que os de bate-estacas e outros equipamentos; - As vibrações e ruídos provenientes do processo construtivo s“o de muito baixa intensidade, praticamente inexistentes; - Pode-se observar e identificar o solo retirado durante a escavaç“o e comparÆ -lo às condições do subsolo previstas no projeto; - O diâmetro e o comprimento do tubul“o podem ser modificados durante a escavaç“o para compensar condições do subsolo diferentes das previstas; - As escavações podem atravessar solos com pedras e matacões, sendo possível penetrar em vÆ rios tipos de materiais, em alguns casos em particulares atØ rocha; - É possível apoiar cada pilar em um œnico fuste, em lugar de apoiar em diversas estaca. 19
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ASPECTOS CONSTRUTIVOS Os tubulões a cØu aberto s“o elementos estruturais de fundaç“o concebidos a partir da concretagem de um poço aberto no terreno, geralmente dotado de uma base alargada. Esse tipo de tubul“o Ø executado acima do nível da guaÆnatural ou rebaixado, ou, em casos especiais, em terrenos saturados onde seja possível bombear gua aÆ sem risco de desmoronamentos. No caso de existir apenas carga vertical, este tipo de tubul“o n“o Ø armado, colocando-se apenas uma ferragem de topo para ligaç“o com o bloco de coroamento ou de capeamento.
O fuste, que Ø a parte da coluna entre o bloco de coroamento e a base, normalmente Ø de seç“o circular, adotando-se 70 cm como diâmetro mínimo (para permitir a entrada e saída de operÆ rios), porØm a projeç“o da base poderÆ ser circular ou em forma de falsa elipse. (ALONSO, 1983).
A figura abaixo ilustra a sua conformaç“o geomØtrica.
Figura - Partes de um tubul“o
Os tubulões a cØu aberto podem ser agrupadossem tipos trŒ(CINTRA et al, 1998): 20
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a)
Sem contenç“o lateral Esses tubulões, tambØm chamados de pocinhos, m tŒ seu fuste aberto por escavaç“o manual, ou mecânica, sendo que a base Ø, em geral, escavada manualmente. N“o utilizam nenhum escoramento lateral e, portanto o fuste e, em especial, a base, somente podem ser executados em solos que apresentem um mínimo de coes“o capaz de garantir a estabilidade da escavaç“o (Figura). Nestes casos o diâmetro final resulta sempre maior do que o previsto em projeto, e o atrito lateral ao longo do fuste Ø reduzido quando comparado com a resistŒ ncia “in situ” no contato solo-solo. Esta reduç“o no atrito lateral depende do alívio de tensões, ao passar de uma situaç“o em repouso para uma condiç“o ativa, e da umidade cedida pelo concreto ao solo circundante, o que depende do fator gua/cimento Æ do concreto empregado.
Figura - Tubul“o sem contenç“o lateral b)
Com contenç“o lateral parcial Essas contenções parciaismtŒ da ordem de 2,0 metros e o solo Ø escorado antes de prosseguir a escavaç“o. Estes revestimentos s“o, em geral, recuperados. Visualmente, assemelhase ao procedimento de contenç“o lateral contínua. c)
Com contenç“o lateral contínua Certos tipos de equipamentos cravam uma camisa metÆ lica, desde a superfície, ao mesmo tempo em que realizam mecanicamente a escavaç“o. Normalmente estes tubulões a cØu aberto s“o executados acima do lençol freÆ tico, pois a escavaç“o manual da base, ou mesmo do fuste, n“o pode ser executada abaixo do nívelgua. da ÆNada impede, entretanto, que se estenda a escavaç“o utilizando-se de rebaixamento do lençol (Figura). A apariç“o de Æ gua durante a escavaç“o n“o Ø um problema, desde que possa ser contida e n“o prejudique a perfuraç“o. "Isto Ø possível desde que gua aÆ seja esgotada com uma bomba submersível dentro do poço, expelindo o líquido do fuste", diz o engenheiro Daniel Rozenbaum, da Fundacta (2004). Rozenbaum explica ainda que nesse tipo de fundaç“o Ø necessÆ rio inspecionar se hÆ presença de gÆ s gerada por matØria orgânica em decomposiç“o e que pode causar atØ a morte do operÆ rio durante a execuç“o. Antes de iniciarem as obras de fundaç“o, o engenheiro projetista e mesmo o responsÆ vel pela construç“o costumam fazer um poço preliminar para inspecionar a situaç“o do solo. O poço de verificaç“o de solo deve ser mantido em mØdia 24 horas para observar a estabilidade que a escavaç“o apresenta. (TATEOKA, 2004).
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Figura - Tubul“o com contenç“o lateral. Os tubulões tŒ m que ser dimensionados a evitar altura de base superiores a 2,0 metros, e em caso excepcionais, devidamente justificados, admitem-se alturas superiores a esta dimens“o. Tubul“o à Ar Comprimido
As fundações em tubul“o a ar comprimido s“o indicadas, e se justificam, para obras que apresentem cargas elevadas, como Ø o caso de pontes e viadutos, e quando se tem o NA elevado. Assim, Ø utilizado uma “estrutura” fechada para que n“o ocorra a entrada dagua Æ no ambiente de escavaç“o. Para que se mantenha o ambiente da escavaç“o seco fazse com a aplicaç“o de ar comprimido, que “expulsa” – inibe, a entrada da Æ gua no ambiente de trabalho. A figura ilustra a operaç“o.
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Tubulões a Ar Comprimido na Rodovia dos Imigrantes/SP:
RESUMO DAS CARACTERÍSTICAS DAS PRINCIPAIS FUNDAÇÕES Segundo o Fundações - Manual de Estruturas Associaç“o Brasileira de Cimento Portland (ABCP, 2008)
Características das Fundações Profundas consideradas: Produtividade, Capacidade de carga, Profundidade mÆ xima e Vibrações causadas Produtividade
Capacidade de carga
Profundidade mÆ xima
Vibrações causadas
Estacas prØ-fabricadas Concreto
50 m diÆ rios, 25 a 170 tf ocorrendo variações em funç“o das características do solo, profundidade da fundaç“o, condições do terreno e distância entre estacas
Depende do tipo de Apresenta estaca, variando de problemas de 8 a 12 m. Podem barulho e ser vibrações emendadas durante a cravaç“o
MetÆ lica
50 m diÆ rios, 20 a 200 tf ocorrendo variações em funç“o das características do solo, profundidade da fundaç“o, condições do terreno e distância entre estacas
N“o possui limitaç“o de profundidade. A estaca possui aproximadamente 12 m, podendo ser emendadas.
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Apresenta problemas de barulho durante a cravaç“o. Podem ser cravadas sem causar grandes vibrações
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Estacas escavadas Strauss
30m diÆ rios
20 a 100 tf
20 a 25 m
Barretes
Franki
50 m por dia, para 500 a 1250 tf Superior a 50 m uma espessura de 40 cm. AlØm disso, a produtividade varia em funç“o do tipo de solo e condições do terreno 40 m diÆ rios 60 a 400 tf AtØ 36 m
Raiz
30 m diÆ rios
HØlice contínua
150 a 400 m por 25 a 390 tf dia, dependendo da profundidade da estaca, do diâmetro da hØlice, do tipo e resistŒ ncia do terreno e do torque do equipamento
20 a 24m, existindo alguns equipamentos que chegam a 30 m
4,0 m3 de escavaç“o 150 a 1000 tf manual para tubulões atØ 10 m de produndidade 80 m3 de escavaç“o mecânica para tubulões atØ 15 m de profundidade VariÆvel, pois 800 a 1000 tf depende muito do tipo de solo
Limitada pelo Nível de gua
AusŒ ncia de trepidações e vibrações em prØdios vizinhos
34 m abaixo do nível d·Æ gua
AusŒ ncia de trepidações e vibrações em prØdios vizinhos
10 a 180 tf
AusŒ ncia de trepidações e vibrações em prØdios vizinhos
Provoca vibraç“o e ruídos intensos durante a execuç“o AusŒ ncia de vibrações N“o produz distœ rbios, vibrações e descompress“o do terreno
Tubulões Tubul“o a cØu aberto
Tubul“o a ar comprimido
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