119) ESTACAS CRAVADAS

1. INTRODUÇÃO

2. TIPOS DE ESTACAS CRAVADAS

3. VANTAGENS E DESVANTAGENS

4. ESTACAS EM MADEIRA

5. ESTACAS METÁLICAS

6. ESTACAS PRÉ-FABRICADAS EM CONCRETO

7. PROCESSO DE EXECUÇÃO

8. CONTROLO DE QUALIDADE NO FABRICO

9. CONTROLO DE QUALIDADE NA EXECUÇÃO

ESTACAS CRAVADAS POR PRENSAGENS


1. INTRODUÇÃO


Fundações da construção civil 

As fundações da construção civil são essenciais no processo de construção de uma edificação, que começa pela sondagem do terreno onde ela será erguida. A sondagem do terreno identifica as camadas do solo e sua resistência, informações fundamentais para que as fundações sejam realizadas adequadamente. 

Entretanto,a finalidade das fundações é transmitir as cargas de uma edificação para uma camada resistente do solo. As fundações podem ser de vários tipos, a escolha da mais adequada é função das cargas de edificação e da profundidade da camada resistente do solo. 

 

Fundações rasas:

Tecnicamente, as fundações rasas, diretas ou superficiais são aquelas em que a profundidade de escavação é inferior a 3 metros, sendo mais empregadas em casos de cargas leves, como residências, ou no caso de solo firme. O baldrame é o tipo mais comum de fundação dentre as fundações rasas. Constitui-se de uma viga, que pode ser de alvenaria, de concreto simples ou concreto armado construída diretamente no solo, dentro de uma pequena vala. Outro tipo de fundação rasa é a sapata, que pode ser do tipo isolada, associada ou alavancada. O bloco é outro tipo de fundação rasa, parecido com a sapata só que não possui armadura. O radier é uma outra fundação, podemos dizer que ele é a mais rasa de todos, pois se trata de uma "laje" que fica diretamente no chão, muito usada em casas de pequeno porte.

Fundações profundas:

As fundações mais profundas são mais utilizadas em casos de edifícios altos em que os esforços do vento se tornam consideráveis, e/ou nos casos em que o solo só atinge a resistência desejada em grandes profundidades. Os tipos mais comuns são as estacas escavadas e as estacas cravadas. As estacas cravadas, conforme o material de que são constituídas, podem ser: de madeira, metálicas, concreto armado ou pré moldadas.

 

Estacas cravadas podem ser utilizadas em :

 

1.1) Fundações indiretas (profundas)

1.2) Pré-fabricadas

1.3) Alternativa às estacas moldadas

 

As estacas cravadas são um processo que tem sido pouco utilizado nos dias atuais devido à :

Com a evolução das técnicas de cravação, esta se conseguindo :

 

 

2. TIPOS DE ESTACAS CRAVADAS

 

CLASSIFICAÇÃO DAS ESTACAS :

 

a) Quanto ao tipo de fundação

Fundações superficiais ou diretas .................................. D/B < 4

(sapatas ou ensoleiramentos)

 

 Fundações semi-profundas ou semi-diretas ................... 4 ≤ D/B < 10

(pegões ou poços)

 

(Nota: D = profundidade e B = largura ou diâmetro)

 

b) Quanto ao processo de execução

 

1. Cravadas

 

2. Moldadas

 

2.1 Executadas sem tubo moldador

 

2.1.1 Trado contínuo

2.1.2 Trado curto

2.1.3 Lamas bentoníticas

 

2.2 Executadas com tubo moldador

 

2.2.1 Recuperável

2.2.2 Perdido

 

c) Quanto ao comportamento e modo de funcionamento: 

- ponta

- atrito lateral 

- ponta e atrito lateral

 

(função dos estratos de solo que a estaca atravessa)

 

c.1) Estacas de ponta:

 

    Mobilização de resistência na ponta da estaca, por compressão do solo;

 

    Terrenos atravessados pelo fuste da estaca de qualidade medíocre e terreno onde a estaca se apoia, resistente e espesso

 

c.2) Estacas flutuantes:

 

      Mobilização de resistência ao longo do fuste, por atrito ou adesão lateral;

 

      Resistência do terreno no apoio muito pequena relativamente ao terreno atravessado pelo fuste da estaca (camada resistente a uma profundidade demasiado elevada); assentamentos não desprezáveis

 

c.3) Estacas mistas: 

 

      Mobilização de resistência ao longo do fuste e na ponta da estaca;

 

      Conjugação das duas situações anteriores 

 

• Fundação rígida de 1ª ordem - funcionamento de ponta.

 

É dimensionada quando a estaca não tem capacidade de receber atrito lateral, sendo dimensionada apenas considerando a ponta da estada para receber a carga direta sobre a estaca. É uma forma bem conservadora de se admitir a ponta numa região geralmente onde o SPT é impenetrável.

Nota: As estacas cravadas são geralmente dimensionadas como estacas de ponta pelo fato de o processo de cravação fazer geralmente diminuir drasticamente a resistência lateral mobilizável. Esta noção não é encarada de modo consensual por projetistas e fabricantes.

 

• Fundações rígidas de 2ª ordem - funcionamento de ponta e atrito lateral.

 

O calculista admite que uma parcela da carga e absorvida pela resistência do atrito lateral ao longo da estaca e também considera a resistência de ponta da estaca.

• Fundações flutuantes - atrito lateral

 

Quando o terreno não tem resistência de ponta, o calculista considera o atrito lateral da estaca.

d) Quanto à perturbação do solo:

 

Relativamente a estacas cravadas, tem-se:

 

d.1) Com grande perturbação (sem extração de solo):

 

d.1.1)  pré-fabricadas maciças (concreto e madeira)

 

d.1.2)  pré-fabricadas tubulares (metálicas) com ponta obturada durante a cravação;

 

d.2) Com pequena perturbação (sem extração de solo):

 

d.2.1) pré-fabricadas tubulares (metálicas) sem ponta obturada durante a cravação;

 

d.2.2) perfis metálicos (I, H);

 

Nota: Em geral, as estacas moldadas não causam perturbação no solo (única excepção: utilização de tubo moldador obturado na ponta)

 

e) Quanto ao tipo de material as estacas podem ser :

 

     (a)                          (b)                          (c)                       (d)

Estacas mistas - exemplos

 

Soluções de estacas mistas:

(a) concreto armado e madeira;

(b) concreto armado e perfil metálico em aço;

(c) concreto armado com ponta metálica;

(d) concreto armado (seção vazada) e concreto armado no interior do fuste concretada após a cravação

exemplos de estacas mistas

Soluções de estacas mistas:


concreto armado e madeira


f) Quanto à geometria da seção :



g) Quanto à posição:

 

- estacas verticais;

- estacas inclinadas.

Estacas verticais em grupo

 

h) Quanto à disposição:

- estacas isoladas;

- estacas em grupo.

 

Estacas inclinadas em grupo

 

Fatores na escolha:

 

- Características da estrutura e valores das cargas a suportar

- Qualidade e durabilidade necessárias (importância da obra)

- Tipo de solos atravessados (coerência, blocos rochosos)

- Existência de água no terreno (nível freático, percolação,

“dentro de água”)

- Profundidade de um estrato resistente

- Zona de implantação (meio urbano, meio rural,…)

- Possibilidade de transporte e manuseamento das estacas

- Tipo e estado de degradação das estruturas adjacentes

- Tipo de equipamento disponível

- Número de estacas a executar

- Custo

3. VANTAGENS E DESVANTAGENS:

3.1) Vantagens das estacas cravadas:


3.2) Desvantagens das estacas cravadas:

 

4. ESTACAS DE MADEIRA:

Estacas de Eucalipto tratado 

Fundações dos edifícios antigos de Portugal

Edifícios antigos

Fundações de pontes antigas

 

Generalidades:

 

Processo mais antigo e simples de fundações indiretas;

 

Baixa Pombalina assente sobre estacas cravadas de madeira;

 

Utilização atual reduzida : má qualidade do material;

              : incremento das cargas nas estruturas;

 

Comprimentos dos troços - troncos de árvores (dificilmente > 12 m);

 

Posicionamento do tronco influencia a capacidade de carga da estaca:

 

resistência lateral => estaca cravada com a parte mais grossa para cima;

resistência de ponta => estaca cravada com a parte mais grossa para baixo;

 

Boa durabilidade e resistência ao choque;

Durabilidade influenciada pelo nível freático e umidade (fungos, insectos xilófagos - térmitas e carunchos -, moluscos, crustáceos);

Tratamentos: produtos oleosos (creosote), sais à base de zinco, mercúrio e cobre (tóxicos e dissolvem-se com o tempo).

 

Capacidade de carga:

 

Para solicitações verticais (valores indicativos)

 5) ESTACAS METÁLICAS:

Generalidades:



Vantagens:

 


Desvantagens: 

Encurvatura das estacas metálicas cravadas

Nota: possibilidade em aumentar a área da ponta da estaca, aumentando a resistência.

Nota: Corrosão controlável por:

 

• decapagem e proteção com pinturas (à base de óxido de chumbo);

• sobre-espessura - em geral adota-se 1.5 mm (corrosão de 0.014 mm/ano);

• proteção catódica.

6. ESTACAS PRÉ-FABRICADAS DE CONCRETO:

Generalidades: 


VANTAGENS: 


Desvantagens:

 

                  => comprimentos condicionados;

Cuidados no trasporte e içamento 

Transporte das estacas pré fabricadas de concreto

7. PROCESSO DE EXECUÇÃO:

7.1. Cravação por percussão : Bate-estacas com pilão de queda livre

Bate-estacas com pilão queda livre

Bate estacas com pilão e queda livre em atividade

Cravação de Perfil Metálico com torre guia e martelo HH 7000 - COMPLEXO pORTUÁRIO DO AÇU - RJ

Martelo automático hidráulico de cravação

Martelo hidráulico 

Martelo automático a diesel

Martelo a explosão tipo Delmag

• Pistão levantado pelo cabo do bate estacas e deixado cair, accionando o mecanismo da bomba de combustível:

 

(i) Ao descer, o pistão comprime o ar no interior do cilindro juntamente com o óleo diesel;

(ii) O impacto provoca a ignição do combustível e a explosão é transmitida à estaca pela bigorna;

(iii) O pistão é então impulsionado para cima no momento do impacto.

 

Guias de estacas :

a associar aos martelos hidráulicos, diesel e de queda livre (só guia fixa)

Cravação de estacas no Porto do Pecém - CE

Guia suspensa

Guia fixa

Esquema de guia fixa

7.2. Cravação por vibração:

 

Aplicação: Estacas metálicas (estacas-prancha,cravação de tubo moldador em estacas moldadas).

Martelo de cravação por vibração

Devido às vibrações transmitidas ao solo e a obras próximas, hoje em dia a sua utilização é restrita.

Martelo vibrador

Areias: auxílio de injeção de água (simples ou com bentonita) a alta pressão junto à ponta da estaca.

 

Argilas: pré-escavação com trados para minimizar vibrações e evitar levantamento do terreno.

 

7.3) Cravação por prensagem:

 

Introdução de uma pressão na cabeça da estaca por macacos hidráulicos que reagem contra uma plataforma com sobrecargas ou contra a própria estrutura.

Reforço de fundações

• Sem vibração;

• sem ruído;

• pequeno porte - maior flexibilidade de utilização;

• necessita de se fixar a um maciço ou a uma estrutura existente

NOTA: Solução inicialmente idealizada para reforço de fundações onde não havia pé-direito disponível para instalar o bate-estacas.

 

7.4) Estacas-prancha:

Com este equipamento, o processo de cravação de uma estaca baseia-se na reação contra 3 estacas já cravadas.

Processo de cravação

O processo de remoção é o inverso.

 

Processo de cravação:



Pormenores construtivos:

 

Emendas:

(1) Assemblagem

(2) Talas de junção

(3) Anel metálico

 

7.5) por vibração:

Secções:

tipos de perfis

 

Peças de aço laminado ou soldado:

 

- perfis em I ou H;

- tubos ocos;

- perfis compósitos;

- estacas-prancha;

- trilhos reaproveitados das linhas férreas.

 

Processos de cravação:

 

- percussão;

- vibração;

- prensagem (estacas - prancha).

 

por percussão:

Martelo hidráulico

Martelo diesel

Por vibração:

Estacas Cravadas com martelo vibratório

Sequência de cravação:

Sequencia da cravação da estaca metálica

 

1. Eleva-se o primeiro troço da estaca e é colocado dentro de um tubo de proteção;

2. Coloca-se o conjunto, atrás referido, em posição de cravação da estaca;

3. Crava-se a estaca;

4. No fim da cravação do primeiro troço, o segundo troço, já preparado para a soldadura, é elevado e alinhado com o troço já cravado;

5. Executa-se a soldadura de topo;

6. Crava-se outra estaca enquanto a soldadura se processa;

7. Repete-se o processo até se atingir a profundidade desejada;

8. Verifica-se o local de cravação 24 horas depois, para verificar se houve ou não relaxação (levantamento da estaca);

9. Finalmente, apara-se o topo da estaca até ao nível pretendido.

Sequência de cravação de estaca metálica em enrocamento com auxilio de tubulão com camisa metálica cravada em alteração com abertura de poço manual com auxilio de tubulão a ar comprimido e na sequencia concretagem do interior do fuste e retirada da camisa metálica com martelo vibratório. 

 

Estacas Cravadas, Sequencia executiva :

ESTACAS CRAVADAS

Ponta danificada da estaca

Corte da ponta

Ligação da cabeça das estacas por soldadura

(à direita, pormenor da ponteira metálica de um troço

inferior da estaca)

Ligação ao maciço de fundação:

Detalhe de ligação entre estaca metálica e maciço de fundação

(solução da esquerda - difícil garantir regularidade e

planeza da superfície; solução da direita - mais eficiente)

 

7.4 ESTACAS DE CONCRETO (PRÉ-FABRICADAS) :

 

Secções:

 

- quadrada;

- cilíndricas (maciças ou vazadas);

- hexagonal;

- octogonal.

Processo de fabricação de acessórios:

 

Estacas de secção quadrada - Acessórios

Proteção metálica da ponta da estaca circular protendida

Proteção metálica da ponta da estaca

Junta de ligação

Ligação das juntas à armadura longitudinal

Estacas de secção quadrada - Armaduras

Armadura longitudinal e cintas

Moldes metálicos

Moldes metálico e armação aguardando a concretagem

Concretagem

Estacas de secção quadrada - Betonagem e Armazenamento:

Estacas concretadas

Armazenamento

Processo de cravação

Estacas de secção quadrada

Transporte e içamento

içamento correto para estacas de concreto pré moldadas

Armazenamento em obra

Protecção metálica da ponta da estaca

Junta de ligação

Alternativa: anéis metálicos soldados

capacete

cepo

Piquetagem (negativo - local de cravação da estaca)

Verificação da verticalidade (aprumo)

Encaixe da estaca no capacete

Elevação da estaca

Processo de cravação

Estacas de secção circular

Apoio de pórtico para deslocamento da estaca

Transporte com utilização de rodeiros independestes

Armazenamento em obra

Detalhe da forma metálica para concretagem

Proteção metálica da ponta da estaca e Junta de ligação

Cura química ou com água após a concretagem das estacas

capacete

cepo de madeira a ser colocado na cabeça da estaca para receber a pancada do martelo de cravação hidráulico ou a explosão

colocação da estaca em gabarito metálico instalado no cant travel em balanço utilizado nas obras da construção do Porto do Pecém (local de cravação da estaca inclinada)

 Encaixe da estaca no capacete

Transporte e Elevação da estaca

7. Cravação - bate-estacas com pilão de queda livre:

 

Verticalidade da estaca garantida através de guias laterais e verificada com fios de prumo.

NOTA 1: Em areias, a cravação pode ser auxiliada pela injeção de água (simples ou com bentonita) a alta pressão junto à ponta

da estaca (jetting), aplicada através de um tubo no seu interior ou dois tubos exteriores, de modo a desagregar o terreno e reduzir temporariamente o atrito ao longo do fuste.

 

NOTA 2: Em argilas, pode ser necessário pré-escavar o furo das estacas (com trados) para reduzir as vibrações e evitar o levantamento do terreno.

 

ESTACAS CRAVADAS

Cravação - bate-estacas com pilão de queda livre

Ligação entre as estacas pré moldadas

junção através de solda, talas ou ligação do tipo macho e fêmea

ligação das estacas com sistema do tipo macho e fêmea (cavilhas)

Pormenores das juntas

Prolongadores - cravação da cabeça da estaca em profundidade

9. Desencabeçamento da estaca

desencabeçador de estacas hidráulico

Desencabeçador

desencabeçador de estacas hidráulico

Necessário desencabeçar as estacas para embutimento da armação contida nelas para engastamento da estaca no bloco ou na viga baldrame

Geralmente com utilização de retro-escavadeira, escoramentos provisórios são necessários para escavações acima de 1,20 escorados para atender a norma ou dependendo da liberação do engenheiro geotécnico em caso de solo de alta resistência a coesão

Bloco enterrado no Complexo Viário de Flores - Foto Naresi 1992

Escavação para execução do maciço de encabeçamento do bloco para incorporar as estacas no bloco de fundação

Demolição de um troço de cerca de 50 cm da cabeça da estaca

Com martelos pneumáticos (altura de amarração das armaduras da estaca no maciço)

 

Armaduras endireitadas após demolição do concreto

Pormenor de maciço de encabeçamento

Disposições construtivas:

→ a altura do maciço de fundação deve garantir que a rigidez deste é muito superior à das estacas, devendo ter-se H > Φ e H > B/2;

→ deve garantir-se o comprimento de amarração das armaduras da estaca na vertical.

8. CONTROLO DE QUALIDADE NA FABRICAÇÃO:

Concretagem de estaca circular protendida

 

O controlo de qualidade no fabrico constitui uma das principais vantagens deste tipo de estacas.

Estacas metálicas - executadas em siderurgias (maior rigor na execução);

Estacas pré-fabricadas em betão - controlo de qualidade incide sobre:

 

• composição do concreto;

• dimensão da secção transversal;

• posicionamento da armadura.

• compactação;

• cura.

 

 9. CONTROLO DA QUALIDADE NA EXECUÇÃO:

 

Controlo in-situ para:

 

Controlo por intermédio de :


Ensaio sônico do eco (stress-wave):

Baseado na teoria de propagação de ondas sônicas de tensão, permitindo avaliar a integridade estrutural das estacas;

• análise das características de propagação de ondas sônicas de tensão originadas na cabeça da própria estaca.

• detecção de descontinuidades ou anomalias na estaca tais como fracturas, alargamentos e estreitamentos localizados, variação da qualidade do betão da estaca, irregularidades no diâmetro no corpo da estaca.

 

• O ensaio menos oneroso;

• um martelo é percutido contra a cabeça da estaca, produzindo uma onda de tensão que se propaga, sendo detectada por um acelerômetro colocado também na cabeça da estaca;

• defeitos (descontinuidades / fracturas) provocam reflexão das ondas, que serão detectadas antes da que corresponde à base da estaca.

 

Ensaio de carga estático:

 

1. Carregar gradualmente a estaca com um peso transmitido à cabeça através de um macaco hidráulico (sem levar geralmente a estaca à rotura), medindo-se os deslocamentos correspondentes;

 

2. A estaca é descarregada também de uma forma gradual;

 

3. A partir dos resultados e nomeadamente da relação carga / deformação, é possível estabelecer correlações com a capacidade de carga da estaca.

 

PROVA DE CARGA ESTÁTICA :

O ensaio é realizado pelo carregamento de uma estaca até duas vezes a carga de trabalho, através de macacos reagindo contra cargueiras ou conjunto de tirantes. No ensaio são registrados as cargas aplicadas x deformações do solo.

-Execução da Prova de Carga Estática sobre uma estaca HÉLICE CONTÍNUA.

- Posicionamento do capitel metálico (cargueira) e tirantes de cordoalha já executados.

- Macaco e cargueira posicionadas. Ensaio em andamento, com deflectometros.

 

Ensaios dinâmicos: (resistência solo - estaca)

 

São ensaios demorados e de elevado custo, sendo utilizados apenas nas obras importantes e num n.º reduzido de estacas.

Medem força e velocidade de propagação da onda de tensão gerada pelo impacto de uma carga gravítica no topo da estaca.

• Detectam localização e extensão de danos;

• permitem obter comportamento do solo e diagrama força - deslocamento do conjunto solo - estaca;

• parâmetros obtidos estão relacionados com a deformabilidade e a resistência do terreno (patente EUA).