003) FUNDAÇÃO MECANIZADA COM WIRTH

OBJETIVO:
 
 Nos casos onde é necessário o embutimento das estacas escavadas em solos resistentes à ferramenta de escavação, ou em rocha, ou nas obras viárias onde tradicionalmente são utilizadas soluções em tubulões pneumáticos como pontes,  viadutos e Portos, quando se torna inviável a execução de fundações manuais ou com auxílio de tubulões a ar comprimido devido a elevação da pressão de trabalho superior a 2 kg/cm2 será utilizado equipamentos especiais que permitem utilizar perfuratrizes de grande diâmetro sem a utilização da mão de obra direta, confinada no poço de perfuração, sem oferecer risco de vida ao trabalhador.

Perfuração com flutuante e lamina d´água

Perfuração Mecanizada com Wirth em lâmina d´água


Tubulão mecanizado com Wirth em Terra

 Perfuração Mecanizada com Wirth em terra

 

Perfuração Mecânicazada

 A perfuração é executada, no trecho em solo, com as técnicas usuais da estaca escavada, com uso de lama estabilizante e caçamba como ferramenta de escavação, até encontrar solo resistente ou o topo rochoso. A caçamba é então substituída por um trado especial com holles bit´s que, graças ao tipo de haste provida de um sistema especial de autobloqueio dos elementos telescópicos,consegue transferir todo o torque da perfuratriz hidráulica à sua extremidade, possibilitando a perfuração em camadas de solos resistentes ou rochas brandas, permitindo com que a cisrculação do material escavado retorne no interior da haste de perfuração.

O material resultante da escavação é quase totalmente retirado prensado entre as lâminas do trado, enquanto o restante, depositado no fundo da perfuração, é retirado pelo sistema de "air lift". Esse processo elimina todos os resíduos do fundo da perfuração, permitindo um contato melhor entre o concreto e a rocha.





CIRCULAÇÃO REVERSA

Vídeo do YouTube


Para conhecimento, há no mercado internacional o emprego de Circulação Reversa e Roller Bits (sistema Wirth) para perfuração de estacas em rocha de até 8 metros de diâmetro, perfuração esta passível de ser realizada em rochas de quaisquer resistência.


 São perfuratrizes offshore na configuração Standard para até 2,5 metros de diâmetro podendo serem configuradas para até 3 metros de diâmetro, visto que a potência (535 HP), torque e pressão das unidades hidráulicas para os 3 metros de diâmetro.


 Registramos que o sistema Wirth alcança diâmetros de perfuração em rocha muito superiores a soluções alternativas (martelo de fundo Down the hole de grande diâmetro ou martelos múltiplos), isto ocorre porque o sistema Wirth demanda por volume/ pressão de ar comprimido bem inferior as empregadas nas soluções alternativas.


 Para informação, uma perfuração trivial em rocha com 1,8 metros de diâmetro a 60 metros de profundidade demanda por um volume de ar comprimido de cerca de 700 Pcm x 10 Bar e de 950 Pcm x 10 Bar para uma perfuração de 2,5m de diâmetro a 60m de profundidade, ou seja, utiliza-se compressores muito fáceis de serem encontrados no mercado.


Execução da 3a Ponte Lago Paranoá - Brasília - DF

CASO DE OBRA : PERÍODO DO SERVIÇO (SET / 97  até JUN / 98):

FUNDAÇÃO DO PORTO DO PECÉM 
 

CLIENTE : Construtora Andrade Gutierrez S.A. - SETECO :

 
Cargo ocupado  -  Engenheiro de produção das obras de fundação do Porto do Pecém na cidade de São Gonsalo do Amarante - CE, executando serviços de cravação de estacas pré-moldadas pré-tendidas de Ø 0,80 m e perfuração de pino com utilização de Wirth para engastamento na rocha sã quando necessário.

Emprego de Tecnologia de obras portuárias com utilização do cantitravel para execução do Porto do Pecém

O cantitravel é um equipamento destinado a execução de obras portuárias que partem da praia rumo ao mar. Trata-se de uma espécie de plataforma metálica que trabalha em balanço apoiada em uma viga principal e com cerca de 20 m de estrutura em balanço, equipada com guindaste que serve de contrapeso e também para mobilidade das vigas auxiliares muito utilizados em obras marítimas. O conjunto permite que seja feita a cravação dos pilares de sustentação da estrutura a ser construída, sejam cravados/escavados sem a necessidade de apoio de flutuantes ou embarcações sem o contato com o terreno.

No Porto do Pecem, a tecnologia do cantitravel foi usada para a construção da ponte de acesso do Porto para a região dos Piers sendo que o cantitravel partiu da terra e uma plataforma off-shore foi deslocada ao mar para construção dos Piers. Nessa obra, o equipamento foi empregado principalmente para reduzir o impacto ambiental e facilitar o acesso ao mar devido a dificuldade de trabalho embarcado devido as fortes ondas presentes na maioria dos dias dos meses na região da praia do Pecém. As pistas de acesso serão executadas no canteiro e na sequencia aplicadas a estrutura do porto que é pre-moldada.

Se o viaduto do trecho leste fosse construído por sistema convencional, seria gasto um prazo muito maior e a dificuldade para execução das fundações embarcadas seria muito difícil face a regime das mares ter comprimento de ondas muito grandes o que se tornaria impossível o estaiamento das embarcações, somente a partir das fundações serem executadas e que os blocos e os pilares e a estrutura poderiam ser construídos. Com a tecnologia adotada, essas intervenções são dispensadas e os pilares do viaduto são cravados diretamente no solo, atuando como estacas.

Serão utilizadas estacas de concreto circulares de 80 cm pré-moldadas de concreto protendidas e execução de blocos pré-moldados.

Veja como funciona o principio do cantitravel :

Daniel Beneventi

1 Instalação:


O cantitravel é instalado sobre quatro estacas (mesa), sobre as quais é montada a plataforma do equipamento que vai comportar o sistema com os demais equipamentos de apoio - como a grua e o bate-estaca, sendo que parte desta plataforma, cerca de 20,00 m de extensão esta em balanço.




LAY-OUT DO CANTITRAVELER
ESTACAS PRÉ-MOLDADAS

2 Vigas, pilares e segmentos do tabuleiro:


As vigas e os pilares (estacas) que serão utilizados para a execução do porto são pré-fabricados. São fabricados no canteiro de obras que fica logo atras do porto que sera executado na região da praia o que facilita o deslocamento das estruturas pré-moldadas. O sistema cantitravel não interfere na tipologia desses elementos nem na quantidade de concreto consumido, isso cabe ao projeto executivo da obra. No caso do porto do Pecém, serão adotados vãos de 20,00 m de extensão. As estacas terão entre 18 e 35 m de comprimento.

3 Cravação:


As estacas de concreto pré-moldadas circulares de diâmetro 80 cm serão cravados com auxílio de guindaste com capacidade de carga de 130 t que fica apoiado no cantitravel funcionando inclusive de lastro para contra peso ao balanço da viga, que içara a estaca na parte traseira da ponte e posicionara a mesma num gabarito que fica na treliça em balanço para facilidade da locação topográfica das estacas. Apos içada a estaca a mesma e colocada a frente cerca de 20,00 m no gabarito, onde será descida no gabarito tendo pelo  menos dois apoios na estaca, a estaca ficara apoioada na superficie do chão e a parte superior nos dois apoios do gabarito. Em seguida o guindaste ira apanhar o martelo de cravação a explosão Delmag D - 32 ou o martelo de cravação Juntan Hidráulico e posicionar na cabeça da estaca para início da cravação da estaca, por meio de um bate-estaca operado a partir do cantitravel. Quando novas estacas são cravadas no solo, a estrutura do cantitravel é transferida adiante, o equipamento de guindar apanha as vigas metálicas traseiras e as posiciona na parte dianteira sem que seja necessário acessar o solo ou o mar. Em uma demonstração na obra do porto do Pecém, uma estaca de 25 m de altura foi cravada em aproximadamente 35 minutos.

Cravação das Estacas com Martelo Hidráulico Junthan

4 Movimentação:

Com o novo conjunto de estacas cravadas à frente do cantitravel - sobre as quais o sistema vai se movimentar para se apoiar, são executadas as vigas na parte de trás para finalizar um trecho da obra. O cantitravel mantém guias com roldanas para orientar a instalação das estacas e se movimenta sobre vigas-trilhos. Uma das dificuldades da movimentação é o acompanhamento da topografia do terreno.



ESTACA DE 25,00 m SENDO ERGUIDA COM AUXÍLIO DE GUINDASTE NO CANTITRAVEL

5 Pistas

Os segmentos do tabuleiro da Ponte Portuária são montados, alinhados, sobre as vigas já executadas. Sobre esses segmentos pré-fabricados de concreto é executada a estrutura necessária para a pavimentação




  

   

 

CRAVAÇÃO DE ESTACAS UTILIZANDO MARTELO EXPLOSÃO DELMAG D - 62
 
    
 

VISTA DOS SERVIÇOS EXECUTADOS NO CANTITRAVELER

AVANÇO DA PRAIA PARA O PIER - 01 E 02
 

 

 

  DETALHE DA PERFURAÇÃO NO INTERIOR DA ESTACA COM PERFURATRIZ WIRTH PARA CONFECÇÃO
 DO PINO INTERNO ESCAVADO EM ROCHA
 
 
DETALHE DA PERFURAÇÃO COM AUXÍLIO DE ÁGUA PARA LIMPEZA DO INTERIOR DA PERFURAÇÃO EM ROCHA E DA ESTACA  
 
    
 
DESCIDA DA GAIOLA

 

COLOCAÇÃO DA ARMAÇÃO DO PINO ESCAVADO EM ROCHA E A ESTACA
 
  

CONCRETAGEM DO PINO E DO FUSTE INTERNO DA ESTACA COM AUXÍLIO DE TREMONHA ATÉ O TOPO DA ESTACA PARA GARANTIR TOTAL PREENCHIMENTO

 

 

PRINCIPAIS SERVIÇOS EXECUTADOS NA PLATAFORMA PIATÃ : 
 
 
DESENBARQUE DA ESTACA NO CAIS EM MARRECAS PARA SEREM TRANSPORTADAS POR REBOCADORES OU DIRETAMENTE ACONDICIONADAS EM BATELÃO

 

TRANSPORTE EM MARRECAS



TRANSPORTE EM BATELÃO

 
VISTA GERAL DA PLATAFORMA OFF-SHORE PIATÃ

 
PRINCIPAIS SERVIÇOS EXECUTADOS NA PLATAFORMA PIATÃ :
 
 
 

 EMBARQUE DE PESSOAS


  
 
REBOCADOR E BATELÃO

 



GABARITO DA PLATAFORMA PARA LOCAÇÃO, POSICIONAMENTO E EXECUÇÃO DAS ESTACAS DE 30,00 m DE COMPRIMENTO.



 
     
GABARITO
 
ESTACAS POSICIONADAS NO GABARITO DE LOCAÇÃO

 
 
 
 
 
UTILIZAÇÃO DE GPS - GLOBAL  POSICION SEARCH
PARA LOCAÇÃO DAS ESTACAS

 

                      

 

CRAVAÇÃO COM MARTELO DELMAG
            
 
 
 
PERFURAÇÃO INTERNA DO PINO COM TRICONE DE ASAS COM WIDEA



Possíveis problemas na perfuração com tricones



"Perda de Circulação" ou "Ausência de Retorno" é a perda do fluido de perfuração (ou pasta de cimento) para os espaços porosos, fraturas ou cavernas da formação, durante as operações de perfuração ou completação.

Prisão de coluna de perfuração por diferencial de pressão, desmoronamento, embuchamento ou inchamento de argila.


Desgaste de brocas tri-cônicas.




Objeto indesejável (ferramenta, seção da coluna de perfuração, cones de broca, cabos) preso ou caído no poço que impede a sequência da perfuração.


Algumas ferramentas e recursos existentes para pesca de objetos indesejáveis perdidos durante acidente com perfuração


Mudanças de direção do poço em função de fatores naturais e mecânicos.


Tais mudanças podem ser desejadas ou não, de maneira que pode se utilizar equipamentos que as proporcionam, como demonstram estas ilustrações. 




  

 
MONTAGEM DAS VIGAS PRÉ-MOLDADAS
 
 
ARRASAMENTO DAS ESTACAS
 
 
DETALHE DA EXECUÇÃO DAS ESTACAS
ESTACA RAIZ EMBUTIDA DENTRO DA ESTACA CRAVADA
 

 

DIRETORIA DA ANDRADE GUTIERREZ NO PORTO DO PECÉM

 

SISTEMA DE PERFURAÇÃO POR CIRCULAÇÃO REVERSA

ENG. VICENTE GARAMBONI E ENG. MARIO JUNIOR

PORTO DO PECÉM

 

FUNDAÇÕES : PORTO DO PECÉM



1 - INTRODUÇÃO


1.1 - A análise das sondagens disponíveis e relacionadas com áreas de interesse para as fundações do Porto do Pecém mostra a possibilidade de cravação das estacas pré - moldadas em parte significativa da obra.


Nos apoios onde a cravação é possível teremos casos de cravação simples, somente com o recurso de martelos e casos onde a cravação requererá procedimentos auxiliares que permitam a continuidade da cravação, até que seja obtida a mobilização do terreno para conferir às estacas a necessária capacidade de carga de projeto e atendimento ao condicionante de suporte lateral .


Nos apoios onde a cravação das estacas for apenas parcialmente possível, as estacas deverão ser complementadas por estacas do tipo raíz (pinos) .


Durante o processamento da cravação das estacas ocorrem diferentes graus de resistência contrapondo-se a penetração das estacas no terreno .


A conformação de buchas no interior das estacas cria elevada resistência de ponta, conquanto sua remoção, pode permitir a continuidade da cravação, possibilitando a obtenção do confinamento lateral e a mobilização da carga conforme projeto.

Na execução do apoio do eixo sete pode-se comprovar que após a limpeza do interior das estacas e a pré - perfuração à frente das facas, estas puderam penetrar de 2 a 3 metros mais.


A resistência de ponta em estaca com bucha formada pode ser determinada da seguinte forma:


Qponta =   x  Nq  x  Pef  x  Aest


Qponta = Resistência a penetração da estaca na ponta ;

 = 3 para profundidades maiores do que 10 diâmetros ( 8,00 m) ;

Nq = Fator de capacidade em função do ângulo de atrito ;

Pef = Pressão vertical efetiva no solo ;

Aest  = Área transversal da estaca (     x Dext2 )

                                                    4



Para uma estaca com a bucha removida podemos ter :


                       1                                                 

Qponta    ------  x  N  x  Esp par x A par 

                       2                                                  



Qponta = Resistência à penetração da estaca na ponta ;



N  =  Fator de capacidade em função do ângulo de atrito ; 


Esp par = Espessura da parede da estaca ;



                                                              

A par = área transversal da estaca =  ------ x  ( Dext 2 - Dint 2 )

                                                             4


                       1

Qponta    -------  x  N  x  0,15 x  0,3 

                       2



1.2 - Outro grupo de apoios depararão com afloramentos de rocha ou capas de solo pouco espessas sobrejacentes à mesma. Nesses casos onde a rocha esta na superfície ou perto dela, serão necessários pré-furos para instalação da estaca pré - moldada e a sua fixação com argamassa no interior do pré - furo, e da própria estaca .


Dependendo do grau de alteração da rocha os pré - furos poderão ter profundidades mínimas ( dois diâmetros ) para rocha pouco alterada a sã ou, profundidades maiores quando tratar-se de material de maior grau de alteração.


Quando os pré furos forem em material pouco alterado e portanto o embutimento da estaca pré - moldada for mínimo, haverá necessidade de complementar a estaca com pino (estaca raíz) .


1.3 - Complementando e em síntese, verifica-se que existirão dois grupos de modalidades básicas de fundação, o grupo de estacas cravadas com suas variações e o grupo de estacas instaladas em pré furos. 

 

2 - ESTACAS CRAVADAS 


2.1 - Cravação (pura e simples) :


2.1.1 - Situações de aplicação :


Todos os locais onde existam camadas de solo que possibilitem a cravação direta sem necessidade de procedimentos auxiliares.

Os condicionantes são de que o terreno tenha parâmetros de resistência que permitam a cravação suficiente para mobilizar a capacidade de carga de projeto, bem como, a observação de valores de ficha definidos em função das características do subsolo. Para estabelecimento do critério de paralisação da cravação será necessário proceder a instrumentação da cravação de algumas estacas em cada frente de trabalho (PDA - Pile Driver Analyser e Cap Wap)  e correlacioná-las com as fórmulas de resistência à cravação e capacidade de carga das estacas ( "Pile driving" fórmulas, associadas a leituras de nega e deformações elásticas).


2.1.2 - Equipamentos :


Martelo diesel, Delmag D - 62, ou similar, Martelo Hidráulico Menck 5-12, ou similar.

 

2.2 - Cravação com auxílio de jato de alta pressão e air lift :


2.2.1 - Situações de Aplicação :


Locais onde a cravação através do terreno pode ser prosseguida desde que se adotem procedimentos auxiliares. Esses casos ocorrerão quando a camada de terreno abaixo da faca for conformada por solo residual compacto ou duro, e ou, rocha muito decomposta. O procedimento auxiliar consistirá na remoção da bucha do interior da estaca, com a consequente redução da resistência à cravação, seguida da retomada da cravação, até a obtenção da ficha e da mobilização do terreno  para atendimento da carga de projeto com suporte vertical e lateral .


2.2.2 - Equipamentos :


Martelo diesel Delmag D-62 ou similar ;

Martelo hidráulico Menck 5-12 ou similar ;

Compressor para air lift ;

Bomba de alta pressão para jato ;

Coluna de jato / air lift .

 

2.3 - Cravação seguida de pré-perfuração do terreno com tricone através do pré moldado e continuidade da cravação até a mobilização da carga de projeto :


2.3.1 - Situações de aplicação :


Locais onde a cravação seja interrompida pela ocorrência de substrato resistente (solo residual compacto / duro ou rocha muito decomposta) e que não admitam a retomada da cravação apenas com o recurso auxiliar do jato com air lift. Nesses casos será requerido procedimento de perfuração e limpeza que permita a continuidade da cravação na forma pretendida.


O prosseguimento da cravação irá provocar a queda de detritos no pré-furo, e poderá, requerer nova descida do tricone para que a cravação atinja a profundidade esperada e mobilize a carga necessária. Ao final da cravação, poderá ser procedido o tamponamento do pé da estaca com concreto, para o caso de ser conveniente contar com o efeito de ponta fechada.


2.3.2 - Equipamentos :


Martelo Hidráulico Menck 5-12 ou similar ;

Compressores para air lift e perfuração com tricone ;

Bomba de alta pressão para jato ;

Coluna para jato / air lift ;

Perfuratriz Wirth ;

Coluna de perfuração Wirth com air lift ;

Tricone para solo e rocha decomposta .

2.4 - Cravação da estaca até a profundidade facultada pelo solo, escavação da bucha e execução de estaca raíz .


2.4.1 - Situações de Aplicação :

Locais onde o terreno situado abaixo do trecho cravado não permite a continuidade da cravação, sob risco de quebra da estaca pré-moldada. Nesses casos tem-se a ocorrência de rocha alterada a sã abaixo da faca e a estaca pré moldada deve ser complementada por estaca do tipo raíz.

Esse caso aplica-se onde a alternativa anterior (2.3), não pode ser empregada com sucesso. 


2.4.2 - Equipamentos :

Martelo hidráulico Menck 5-12 ou similar ;

Perfuratriz tipo Wirth ;

Compressores ;

Colunas de air lift ;

Coluna de perfurações para Wirth ;

Brocas Tricônicas ;

Martelo de fundo (down the hole) ;

Revestimento de furo para eventualidades ;

Bit para martelos de fundo ;

Central para preparação de argamassa ;

(cimento, micro sílica, aditivos) ;

Reservatórios para ar e água ;

Bomba para injeção de argamassa ;

Tubulação tremie.


3 - ESTACAS PRÉ - MOLDADAS INSTALADAS EM PRÉ-FUROS


3.1 - Estacas Simplesmente Instaladas em Pré - Furos :

3.1.1 - Situações de aplicação :

Locais onde a ocorrência do capeamento de solo sobre uma camada de rocha alterada a medianamente alterada seja nulo ou insuficiente para que se possa executar a estaca raíz sem comprometimento da qualidade da concretagem por decorrência de eventuais movimentações do pré - moldado.

Nesse caso prevê-se a execução de pré - furo com utilização de camisa metálica auxiliar e emprego de roller bits.

Após a execução dos pré - furos será procedida a remoção da camisa metálica auxiliar, com medidas que impeçam o preenchimento da escavação, seguindo-se a instalação e fixação da estaca no interior do pré-furo, com argamassa . 


3.1.2 - Equipamentos :

Martelos diesel ou hidráulicos para cravação das camisas ;

Perfuratriz Wirth ;

Compressores ;

Camisas Metálicas Ø 1,00 m ;

Coluna de perfuração com air lift ;

Broca tipo roller bit Ø 90 cm ;

Bomba d'água ;

Central para preparação de argamassa ;

(cimento, micro sílica, aditivos) ;

Reservatórios para ar e água ;

Bomba para injeção de argamassa .

Tubulação tremie .

3.2 - Estacas Instaladas em Pré - Furos e Complementadas por Estacas Raíz :


3.2.1 - Situações de aplicação :

Locais de capeamento nulo ou mínimo de solo, sobrejacente a rocha pouco alterada a sã.

Aqui se procurará a execução de pré - furos de pouca profundidade, mínimo de 1,50 m,  para evitar-se a lentidão da perfuração com roller bits em material duro.

Os recursos de pré-furação serão idênticos aos utilizados no caso anterior e a complementação da estaca pré-moldada será por estacas raíz executadas em perfurações procedidas por martelos de fundo. 


3.2.2 - Equipamentos :

Martelos diesel ou hidráulicos, para camisa metálica ;

Martelo de fundo ;

Perfuratriz Wirth ;

Compressores ;

Camisas Metálicas Ø 1,00 m ;

Coluna de perfuração com air lift ;

Broca tipo roller bit Ø 90 cm ;

Bomba d'água.

Central para preparação de argamassa ;

(cimento, micro sílica, aditivos) ;

Reservatórios para ar e água ;

Bomba para injeção de argamassa .

Tubulação tremie .

 

4 - CONCLUSÕES 


4.1 - A obra é particularmente complexa por decorrência da diversidade e heterogeneidade geotécnica local. Por conseqüência haverá necessidade de soluções distintas e empregos de recursos peculiares aos diferentes casos.


Hoje visualizam-se processos e procedimentos que gradualmente poderão ajustar-se com o objetivo de reduzir o número de variantes de execução, buscando-se a padronização dos recursos e limitando-se os processos a uma diversidade de modalidades executivas menor.


Preliminarmente e consoante itens desse relatório podemos prever a aplicação das seguintes modalidades de execução para as fundações da Porto do Pecém :


2.1 - Cravação (pura e simples) ;


2.2 - Cravação com auxílio de Jato de Alta Pressão e Air Lift ;


2.3 - Cravação seguida de pré-perfuração do terreno com tricone através do pré moldado e continuidade da cravação até a mobilização da carga de projeto ;


2.4 - Cravação da estaca até a profundidade facultada pelo solo, escavação da bucha e execução de estaca raíz ;


3.1 - Estacas Simplesmente Instaladas em Pré - Furos ;


3.2 - Estacas Instaladas em Pré - Furos e Complementadas por Estacas Raíz .



 
 
 
 
 
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