07) Estaca Hélice Continua Monitorada

Estaca Hélice Contínuas


Execução de Estaca Raiz


 

ETAPAS DE EXECUÇÃO DE ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA MONITORADA

 


1) Introdução:


A estaca “Hélice Contínua Monitorada” é uma estaca moldada no solo, executada introduzindo-se no terreno, por rotação, um trado helicoidal contínuo, e concretada bombeando-se concreto plástico através da haste central do trado, simultaneamente à sua retirada.

O processo é monitorado através de sensores instalados na perfuratriz, ligados a computador instalado na cabine do operador.




1.1) DEFINIÇÃO:


Trata-se de estacas moldadas in-loco, para servirem como fundações profundas, escavadas por trado mecânico contínuo, servindo como escoramento provisório do próprio furo Junto ao eixo do trado encontra-se a tubulação, que é utilizada para introdução do concreto dentro da escavação simultânea e gradativamente à retirada do trado.


As estacas em questão devem ter diâmetro variando entre 25 cm e 100 cm.
 

Vista do Trado Perfurando a estaca


  ◦Trado contínuo: Peça metálica constituída por uma hélice espiral desenvolvida em torno de uma haste central vazada, estando acoplada à mesa rotativa do equipamento de perfuração.

  ◦Torque: Valor máximo do momento torsor disponível na mesa rotativa.

  ◦Arranque: Valor máximo da força que o equipamento dispõe para o arrancamento do trado contínuo.

  ◦Instrumento de medida: Sistema eletrônico instalado na cabine, e à vista do operador, acoplado aos sensores instalados na máquina perfuratriz, dotado de mostrador com tela onde aparecem os dados relevantes do processo de execução da estaca.

   ◦Elemento de memória: Dispositivo, a ser introduzido no “drive” do computador, que permite arquivar todos os dados referentes à execução das estacas para posterior processamento em computador, fornecendo as folhas de controle das estacas.

   ◦Centralizador: Peça acoplada à extremidade inferior da torre, e alinhada com a mesa rotativa, de modo a garantir a axialidade do trado durante a etapa de perfuração.


   ◦Boletim de controle da execução: Documento preenchido, conforme modelo indicado no anexo, para todas as estacas, registrando no mínimo os seguintes dados de execução:

a)Nome da obra e local;

b)Data de execução da estaca, incluindo horário de início e de conclusão;

c)Número da estaca;

d)Diâmetro da estaca;

e)Comprimento introduzido do trado;

f)Comprimento concretado;

g)Volume de concreto gasto na estaca;

h)Observações pertinentes;

i)Nome e assinatura do executor; e dependendo de acordo contratual o cliente do projetista da fundação.



 
◦Folha de controle das estacas: Documento obtido a partir do elemento de memória, contendo as seguintes informações:

a)Velocidade de avanço do trado ao longo da perfuração;

b)Velocidade de rotação do trado ao longo da perfuração;

c)Torção aplicada ao trado, durante e ao longo da perfuração;

d)Velocidade de subida do trado durante a concretagem;

e)Pressão de injeção do concreto durante a concretagem



3) Equipamentos, acessórios e ferramentas :



◦Listagem :

a)Máquina perfuratriz;


Os requisitos são:

a)Torre metálica, com altura mínima compatível com a profundidade prevista da estaca, dotada de duas guias nas extremidades, sendo que a guia inferior pode ser substituída pelo limpador de trado;
b)Motor com potência compatível com os torques indicados na Tabela 1;
c)Mesa rotativa com torque determinado em função do diâmetro e profundidade da estaca, conforme indicado na Tabela 1;
d)Guincho compatível com o diâmetro e profundidade da estaca.




Perfuratriz R-622

b)Trado contínuo;


Deve ser retilíneo, apresentar diâmetro constante, e comprimento mínimo igual ao da estaca, admitindo-se prolongamento único metálico liso de até 8,00 metros, dependendo do terreno.

O diâmetro interno da haste central deve ser de no mínimo 100 mm para estacas com diâmetro máximo de 700 mm, e 125 mm para estacas com maior diâmetro.


A espessura da parede da haste central deve ser compatível com o tipo de aço, com o qual é confeccionada, devendo atender ao momento torsor indicado na Tabela 1.



 Trados de diâmetros variados de alto torque

c)Bomba de injeção de concreto;


Pode ser do tipo estacionária ou móvel, deve ser dotada de dois cilindros com capacidade de bombeamento mínimo de 20 m³/h para estacas com diâmetro máximo de 50 cm, e 40 m³/h para diâmetros maiores.

Em ambos os casos a pressão aplicada pela bomba sobre o concreto deve ser superior a 6 MPa.



Concreto bombeável



Caminhão com lança e bomba de injeção de concreto




Bomba de Injeção Schwing


d)Mangueiras de acoplagem à bomba de injeção;

Devem ser flexíveis, com diâmetro interno igual ou maior do que o diâmetro interno da haste, como também resistentes à pressão aplicada pelo concreto.



e)Instrumento de medida (computador);


Deve-se, de preferência, utilizar equipamentos desenvolvidos para o controle deste tipo de estacas, e que possam ser acionados pela bateria da máquina perfuratriz.

Deve ser dotado de tela onde seja possível visualizar todas as etapas da execução das estacas.



computador acoplado ao trado;
Taracord


f)Elemento de memória (disquete);

Deve ser compatível com o instrumento de medição, e permitir, de maneira direta ou indireta, o transporte de seus arquivos para um computador, de modo a possibilitar a impressão das folhas de controle das estacas.



g)Sensores (de profundidade, de velocidade de rotação, de torque, de inclinação da torre, de pressão do concreto);


Por serem, juntamente com o computador, os elementos de controle da execução, devem ser calibrados em períodos regulares, não superiores a um ano; sendo proibido executar estacas com funcionamento irregular ou faltante de qualquer um destes. Admite-se, todavia, mediante autorização do engenheiro da obra, e com conhecimento do cliente, o término de alguma estaca durante falha dos sensores durante a execução.



h)Centralizador do trado;




i)Pá carregadeira, serve de e
quipamento de guindar para apoio ao içamento da armadura e aplicação da mesma ;
poderá ser utilizado soquete tipo pilão ou equipamento vibratório para auxílio da compressão da descida da armadura em casos de trecho armado de comprimento maior do que 8 m.


Escavadeira Hidráulica empurrando a gaiola montada



Compressão da armadura no interior da estaca



j) ferramentas de apoio


- Geralmente utilizado concreto bombeável, com fck ≥ 25 MPa e slump test ≥ 22 + 2 cm e fator água/cimento entre 0,53 e 0,56, com consumo mínimo de cimento de 350 a 450 kg/m3;
 
 
Concreto Usinado acoplado a bomba de injeção
 
slump test ≥ 22 + 2 cm
 
- o tempo de pega do cimento deve ser superior a 3 horas. O agregado máximo a utilizar é o pedrisco, não se permitindo o emprego de pó de pedra;
 
 
Aço montado em gaiola em seçõs de 6,00 m
 
- aço estrutural tipo CA-50 ou CA-25, conforme especificado no projeto.

 

 

 
4) Processo Executivo :

 


A execução da estaca passa pelas seguintes etapas:


1.Instalação do equipamento aprumado na posição da estaca

Locação das estacas em campo;
2.Conferência dos dados da bomba de injeção (vazão do concreto) e programação do computador

3.Introdução do trado por rotação no sentido horário, até a cota de projeto



Executar as estacas com às profundidades previstas no projeto.

4.Elevação do trado o mínimo necessário (10 a 15 cm) para a abertura da tampa



Retirada do trado, sem rotacionar, igual a sacar a rolha de uma garrafa de vinho.

5.Concretagem por bombeamento através da haste central do trado, simultaneamente à sua retirada a velocidade controlada, mantendo-se sempre a pressão positiva

6.Remoção da terra remanescente sobre a estaca

7.Colocação da armadura

As armaduras somente podem ser colocadas após a retirada do trado, tornando difícil a introdução dessas dentro do concreto, portanto são restritas aos metros superiores das estacas.


 Colocação manual da armadura com apoio de equipamento de guinda


5) Concreto (NBR 6122)


O concreto a ser utilizado deve atender às seguintes recomendações:
◦Consumo de cimento mínimo 400 kg / m³
◦Abatimento (slump) 22 ± 3 cm
◦Fator água / cimento ≤ 0,6
◦Agregados: areia e pedrisco
◦Percentual de argamassa em massa ≥ 55%
◦Fck ≥ 20 MPa aos 28 dias


6) Armadura

É constituída por um mínimo de 04 (quatro) ferros longitudinais e estribos helicoidais com passo de 20 cm, ponteados com solda para enrijecimento da mesma.


A ponta da armadura é afunilada, conforme mostrado na Figura 2, e devem ser utilizados roletes plásticos para garantir o recobrimento.

Devido à dificuldade para a colocação, o comprimento máximo da armadura é de 12,0 (doze) metros.

Estacas submetidas apenas a esforços de compressão devem receber na parte superior a armadura mínima.

De acordo com a NBR 6122:2010, o percentual de aço longitudinal deve ser maior ou igual a 0,5% (meio por cento) da seção de concreto, e comprimento 4,0 (quatro) metros.

7) Diâmetros usuais / Cargas Admissíveis

No Brasil há maior disponibilidade de equipamentos que executam estacas com diâmetros até 90 cm.

Excepcionalmente encontram-se equipamentos que executam até 140 cm.

No quadro seguinte são apresentados os diâmetros mais executados e respectivas cargas admissíveis.

Diâmetro (cm) - Carga Q (tf)
30              35
35              48
40              62
50             100
60             140
70             190
80              250
90              315


8)  Vantagens, Desvantagens e/ou Limitações

      Vantagens

–  Ausência de vibrações e ruídos que possam incomodar a vizinhança durante a execução
–  Custo unitário inferior ao das demais estacas (exceto trado e Strauss)
–  Atendem economicamente a obras com cargas muito leves a muito pesadas
–  Elevada produtividade (da ordem de até 7.000 metros / mês)

Desvantagens e/ou Limitações

Limitada a comprimentos de 30 (trinta) metros
Não exequíveis com inclinação
Comprimento da armadura máximo de 12,0 (doze) metros
Dificuldades para serem executadas através de terrenos com matacões

9) Problemas Executivos

◦Entupimento da tubulação causado por concreto inadequado (produtividade)

◦Dificuldade para a colocação da armadura causada também por emprego de concreto inadequado (produtividade e qualidade)

◦Embuchamento do trado em solos argilosos em geral insaturados, o que pode impedir o avanço do trado até a cota de projeto (qualidade).



Falha de concretagem na estaca hélice

As cabeças das estacas, caso seja necessário, devem ser cortadas com ponteiros até que se atinja a cota de arrasamento prevista, não sendo admitida qualquer outra ferramenta para tal serviço.
 
Após a execução da estaca, a cabeça deve ser aparelhada para a permitir a adequada ligação ao bloco de coroamento, ou às vigas.
 Para tanto, devem ser tomadas as seguintes medidas:

a) o corte do concreto deve ser efetuado com ponteiros afiados, trabalhando horizontalmente com pequena inclinação para cima;
 
Necessidade de Regularização das estacas após escavação
 
 
ponteiros afiados
 
b) o corte do concreto deve ser feito em camadas de pequena espessura iniciando da borda em direção ao centro da estaca;

c) as cabeças das estacas devem ficar normais aos seus próprios eixos.


As estacas devem penetrar no bloco de coroamento em pelo menos 10 cm, salvo especificação de projeto.

Certificar que as seções transversais são as indicadas no projeto e às especificações dos materiais.

O dimensionamento das estacas deve ser efetuado em atendimento às normas NBR 6122(1) e NBR 6118(2).

O concreto, altamente plástico, deve ser colocado sob pressão e através de monitoramento específico pode-se definir seu volume e pressão de colocação. A medida que o concreto é introduzido sob pressão no furo, o trado vai sendo erguido gradativamente de forma a garantir a não ocorrência de solo na massa de concreto. Este monitoramento, controlado por computador e posicionado na plataforma de operação do trado, torna possível estabelecer o diâmetro específico da estaca concretada metro a metro.

Em condições normais o diâmetro efetivo da estaca é de ordem de 15% a 20% superior ao do furo, acarretando aos volumes adicionais em torno de 20% a 30%, relativamente ao previsto no projeto.

O comprimento limite das estacas atualmente é de 27 (vinte e sete) metros, compatível com a extensão do trado mecânico em hélice contínua.
 
 
CONTROLE TECNOLÓGICO

Controle  dos Materiais

Concreto

O controle das características do concreto deve abranger:

a) slump-test conforme NBR NM 67(3), de cada caminhão betoneira que chegar à obra,imediatamente antes do lançamento; o material deve ser liberado para lançamento desde que o abatimento esteja compreendido dentro da variação especificada na dosagem do concreto no projeto;

b) moldagem de 4 corpos-de-prova de todo o caminhão betoneira, conforme NBR5738(4);

c) determinação das resistências à compressão simples, conforme NBR 5739(5), aos 7 e 28 dias de cura.

Na moldagem dos corpos-de-prova, para a determinação da resistência à compressão simples, cada amostra é constituída por dois corpos-de-prova moldados na mesma amassada, no mesmo ato, para cada idade de rompimento. Os corpos-de-prova devem estar correlaciona dos com as estacas e o caminhão betoneira.

Toma-se a resistência da amostra, na idade de rompimento, o maior dos dois valores obtidos no ensaio de resistência à compressão simples.

 

Controle de Execução

Para efeito de controle e execução das estacas hélice, os boletins deveram conter :

a) número, a localização da estaca e data de execução;

b) dimensões da estaca;

c) cota do terreno no local da execução;

d) nível d’água;

e) características dos equipamentos de execução;

f) duração de qualquer interrupção na execução e hora em que ela ocorreu;

g) cota final da ponta da estaca;

h) cota da cabeça da estaca, antes do arrasamento;

i) comprimento do pedaço cortado da estaca, após o arrasamento na cota de projeto;

j) desaprumo e desvio de locação;

k) anormalidade de execução;

l) comprimento real da estaca, abaixo do arrasamento.


Emissão do boletim de execução de cada estaca, contendo datas, volumes parciais, pressão, profundidades e outros que deve-se encontrar na memória do computador acoplado ao trado mecânico.
Controle do volume teórico e do volume real aplicado em cada estaca para em caso de pane no sistema da memória do computador, haver possibilidade de avaliar a estaca hélice executada.

 
Ao final da obra deve ser emitido relatório com todos os dados e observações processadas, estaca por estaca.
Em caso de dúvidas sobre uma estaca, a fiscalização poderá exigir a comprovação de seu comportamento. Se essa comprovação não for julgada suficiente e, dependendo da natureza da dúvida, a estaca deve ser substituída, ou após seu comportamento comprovado por prova de carga.

 Em obras com grande número de estacas, devem ser feitas provas de carga estática em, no mínimo, em 1% das estacas. As provas de carga devem ter início juntamente com o início da execução das primeiras estacas de forma a permitir as providências cabíveis em tempo hábil.

Deve ser constante a comparação dos comprimentos encontrados na obra com os previstos em projeto.

 

 Aceitação da Estaca

A estaca é aceita desde que:

a) sua excentricidade, em relação ao projeto, seja de até 10% do diâmetro do circulo que a inscreva;

b) o desaprumo seja no máximo de 1% de inclinação, do comprimento total;

Valores diferentes dos estabelecidos devem ser informados à projetista para verificação das novas condições.

c) existem variações de aceitação, dependendo do projeto;

 

PROCEDIMENTOS DE SEGURANÇA E CONTROLE AMBIENTAL

Os procedimentos de controle ambiental referem-se à proteção de corpos d’água, da vegetação lindeira e da segurança viária. A seguir são apresentados os cuidados e providências para proteção do meio ambiente que devem ser observadas no decorrer da execução de estacas hélices continuas.

Durante a execução devem ser conduzidos os seguintes procedimentos:

a) deve ser implantada a sinalização de alerta e de segurança de acordo com as normas pertinentes aos serviços;

b) deve ser proibido o tráfego dos equipamentos fora do corpo da estrada para evitar da nos desnecessários à vegetação e interferências na drenagem natural;

c) caso haja necessidade de estradas de serviço fora da faixa de domínio, deve-se proceder à liberação ambiental de acordo com a legislação vigente;

d) as áreas destinadas ao estacionamento e manutenção dos veículos devem ser devidamente sinalizadas, localizadas e operadas de forma que os resíduos de lubrificantes, ou combustíveis não sejam carreados para os cursos d’água. As áreas devem ser recuperadas ao final das atividades;

e) todos os resíduos de materiais utilizados devem ser recolhidos e dada a destinação apropriada;

f) todos os resíduos de lubrificantes, ou combustíveis utilizados pelos equipamentos, seja na manutenção, ou na operação dos equipamentos, devem ser recolhidos em recipientes adequados e dada a destinação apropriada;

g) deve-se providenciar a execução de barreiras de proteção, tipo leiras de solo, quando as obras estiverem próximas a cursos d’água ou mesmo sistema de drenagem que descarregue em cursos d’água, para evitar o carreamento de solo ou queda, de blocos ou fragmentos de rocha em corpos d´água próximos à rodovia;

h) não devem ser executadas barragens, ou desvios de curso d’água que alterem em definitivo os leitos dos rios;

i) não pode ser efetuado o lançamento de refugo de materiais utilizados nas áreas lindeiras, no leito dos rios e córregos e em qualquer outro lugar que possam causar prejuízos ambientais;

j) as áreas afetadas pela execução das obras devem ser recuperadas mediante a limpeza adequada do local do canteiro de obras e a efetiva recomposição ambiental;

k) é obrigatório o uso de EPI, equipamentos de proteção individual, pelos funcionários.

 

CRITÉRIOS DE MEDIÇÃO E PAGAMENTO

Geralmente as estacas, executadas e recebidas na forma descrita, devem ser medidas por metro linear, entre as cotas da ponta e a do seu arrasamento, para engastamento no bloco de coroamento.

Os blocos de coroamento excluem-se destes, pois devem ser medidos e pagos a parte das estacas.

 

ITENS PARA MEDIÇÃO E UNIDADES USUAIS

 

1) Taxa de mobilização de equipamentos para estaca hélice mobilização de equipe(s) e equipa mento(s) até o local de execução da obra ..........................................un

2) Estaca hélice D=25 cm ..................................................................................m

3) Estaca hélice D=30 cm ..................................................................................m

4) Estaca hélice D=35 cm...................................................................................m

5) Estaca hélice D=40 cm...................................................................................m

6) Estaca hélice D=50 cm...................................................................................m

7) Estaca hélice D=60 cm...................................................................................m

8)  Estaca hélice D=70 cm..................................................................................m

9)  Estaca hélice D=80 cm..................................................................................m

10)Estaca hélice D=90 cm..................................................................................m

11)Estaca hélice D=100 cm ...............................................................................m

 

BIBLIOGRAFIA

1 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122. Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 1996.

2 ____.NBR 6118. Projeto de estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro,2004.

3 ____. NBR NM 67. Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Rio de Janeiro, 1996

4 ____.NBR 5738. Concreto-Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova.Rio de janeiro, 2003.

5 ____.NBR 5739. Concreto - Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de janeiro, 1994.

6 ____.NBR 12655. Concreto de cimento Portland - Preparo, controle e recebimento Procedimento.Rio de janeiro, 2006.

7 Manual de Especificações de Produtos e Procedimentos ABEF, Editora PINI, 2ª edição_____________/ANEXO A

 

ANEXO I - BOLETIM DE CONTROLE DE EXECUÇÃO

 

ANEXO II - CONTROLE DE HÉLICE CONTÍNUA MONITORADA

 

Resumo da metodologia executiva de uma estaca hélice contínua monitorada

As fases de execução da estaca hélice contínua são:

Perfuração, concretagem simultânea à extração da hélice e colocação da armação.

 

Perfuração

A hélice propriamente dita é composta de chapas em espiral que se desenvolvem, como uma hélice, em torno de tubo central. Sua extremidade inferior é composta de garras que  permitem cortar o terreno , e de uma tampa destinada a impedir a entrada de solo no tubo central durante a escavação, e permitir a saída de concreto durante a concretagem.

A perfuração consiste na introdução da hélice no terreno, por meio de movimento rotacional proveniente de motores hidráulicos acoplados na extremidade superior da hélice, até a cota de projeto, sem que em nenhum momento, a hélice seja retirada da perfuração.

Devido a esta principal característica das estacas hélice contínua, a de não permitir alívio do solo durante as etapas de escavação e concretagem, torna-se possível a sua execução tanto em solos coesivos como arenosos, na presença ou não de lençol freático.

 

Concretagem

Alcançada a profundidade desejada o concreto é bombeado através do tubo central. Neste momento a hélice passa a ser  extraída do terreno através do equipamento, sem girar ou girando lentamente no sentido da perfuração. A pressão do concreto (obrigatoriamente positiva) é controlada de forma que este preencha os vazios causados pela extração da hélice, até a superfície do terreno, ou atinja a cota de topo da estaca, se esta for inferior a da superfície.

O concreto normalmente utilizado apresenta resistência característica FCK de 20 Mpa, é bombeável e composto de areia, pedrisco ou brita um. O consumo de cimento de 350 à 450 quilos por metro cúbico, sendo facultativa a utilização de aditivos. O abatimento ou “slump” é mantido entre 200 e 240mm.

Normalmente é utilizada bomba de concreto acoplada ao equipamento de perfuração através de mangueira flexível de 100mm de diâmetro interno.

A velocidade de extração da hélice do terreno deve ser tal que mantenha a pressão de injeção do concreto positiva. O preenchimento da estaca com concreto é normalmente executado até a superficíe de trabalho, sendo possível o seu arrasamento abaixo da superfície do terreno, guardadas as precauções quanto a estabilidade do furo no trecho não concretado e a colocação da armação. A limpeza da hélice pode ser feita manualmente ou por limpador de acionamento hidráulico ou mecânico acoplado ao equipamento.

 

 

Colocação da armação

O método de execução da estaca hélice contínua exige a colocação da armação após a sua concretagem.

A armação, em forma de gaiola, é introduzida na estaca por gravidade ou com auxílio de um pilão de pequena carga, ou de um vibrador.

As estacas submetidas a esforços de compressão levam uma armação no topo, em geral de 2 metros de comprimento. No  caso de estacas submetidas a esforços transversais ou de tração será possível a introdução de armação de maior comprimento já tendo se conseguido a introdução de 17 metros de armação. No caso de armações longas, as gaiolas devem ser constituídas de barras grossas e estribo espiral soldado na armação longitudinal para evitar a sua deformação durante a introdução no fuste da estaca.




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