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 BETÃO

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 :

• Emissão de ruído
• Mais oneroso
• Emissão de vibração

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

• Redução de ruído
• Diminuição de custos
• Redução de vibração

2. TIPOS DE ESTACAS CRAVADAS

CLASSIFICAÇÃO DAS ESTACAS :

a) Quanto ao tipo de fundação

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

(sapatas ou ensoleiramentos)

(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 :

• madeira
• metálicas
• betão armado
• mistas

(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 :

• circular

• quadrada

• hexagonal

• octogonal

• tubular

• H

• I

• composta

• Estacas trilho
• etc.

g) Quanto à posição:

- estacas verticais;

- estacas inclinadas.

- 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:

• rapidez de execução;
• limpeza da obra;
• podem ser cravadas até à nega prevista;
• o terreno na ponta fica compactado e em contacto com esta;
• estáveis em terrenos sem auto-sustentação (argilas moles, lodos);
• possibilidade de serem recravadas quando sujeitas a levantamento do solo;
• possibilidade de inspecionar a estaca antes da cravação;
• controlo da qualidade na execução da estaca;
• resistência a ataques químicos;
• o nível freático não afeta processo construtivo;
• possibilidade de cravar grandes comprimentos;
• possibilidade de execução através da água em estruturas marítimas;
• podem ser instaladas a uma cota superior à do terreno;
• podem aumentar a compacidade relativa da camada granular da fundação;
• técnica de cravação e equipamento pouco dependentes das condições “in situ”.

3.2) Desvantagens das estacas cravadas:

• mais onerosas;
• dificuldade na variação e ajuste do comprimento;
• poderem ser danificadas por excessiva energia de cravação;
• inadequadas em solos contendo elementos ou blocos duros;
• espaço em estaleiro antes da cravação;
• não poderem ser cravadas com grande diâmetro ou em condições de limitação do pé-direito;
• provocam ruído e vibrações e deformação do terreno;
• perturbação do terreno que pode levar a reconsolidação e desenvolvimento de
• atrito negativo nas estacas;
• subida (expulsão) de estacas anteriormente cravadas, quando a penetração da
• ponteira destas estacas, na camada de apoio, não foi suficiente para mobilizar a
• necessária resistência às forças de levantamento;
• levantamento e perturbação do terreno envolvente pode causar dificuldades e
• ter repercussões nas estruturas vizinhas.

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:

• Peças esbeltas;
• Muito resistentes;
• Aço laminado (I, H, tubos, etc.) ou soldado;
• Troços normalmente com comprimentos de 12 m;
• Emendas de troços por soldadura, com utilização de talas soldadas e talas aparafusadas;
• Utilizados essencialmente como elementos de estruturas de contenção.

Vantagens:

• Pouca perturbação do terreno (excepto secções tubulares com ponta obturada);
• fácil cravação em quase todos os tipos de terrenos;
• prazos de entrega reduzidos (perfis de secção comercial);
• facilidade de transporte e manuseamento;
• facilidade em executar emendas e cortes;
• possibilidade de comprimentos diferenciados;
• possibilidade de acoplagem de várias estacas;
• elevada resistência à compressão, flexão e corte;
• elevado controlo de qualidade;
• profundidades de cravação elevadas.

Desvantagens:

• Encurvadura;
• ruído na cravação por percussão;
• vibração;
• reduzida resistência de ponta;

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

• custo;
• corrosão;

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:

• estacas em concreto armado ou pré-esforçado;
• executadas em fábrica, sendo depois transportadas para o estaleiro;
• elevado consumo de cimento (460 a 550 kg/m3 de betão) e baixas relações a/c;
• betões de alta resistência (tipicamente, acima de B45, sendo normal B60);
• em fábrica, processo de compactação do betão por vibração (em geral) ou por centrifugação (estacas circulares vazadas);
• dimensões das estacas de secção quadrada - de 200 mm a 400 mm.

VANTAGENS:

• permitem comprimentos totais na ordem dos 50 m;
• armazenamento feito em fábrica, sendo expedidas de acordo com as necessidades da obra;
• possibilidade de controlo da qualidade na fase de fabrico, incluindo a colocação de armaduras e respectivos recobrimentos;
• elevada resistência a ataques químicos - durabilidade em geral;
• capacidades de carga desde 200 kN a 1500 kN;
• boa resistência tanto à compressão como à flexão (devido à armadura longitudinal);
• boa resistência ao corte (devido à armadura transversal, geralmente helicoidal);
• solução apropriada quando importantes camadas de solos de fraca consistências e sobrepõem aos estratos escolhidos para fundação.

Desvantagens:

• Troços limitados a 12 m de comprimento (transporte);
• tempo de cura do betão elevado (excepção: cura acelerada por vapor);
• terrenos com seixo grosso / blocos rochosos;
• terrenos com camadas alternadas de maior e menor resistência (punçoamento);
• condicionadas pelas secções correntes;
• secções não correntes : => tempo de entrega mais elevado;

=> comprimentos condicionados;

• cuidados especiais para o transporte e manuseamento (armadura condicionada pelo transporte e não apenas pelas solicitações de cravação e de serviço da estrutura).

7. PROCESSO DE EXECUÇÃO:

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

Martelo automático hidráulico

Martelo automático a diesel:

• 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)

Guia suspensa

Guia fixa, BSP

7.2. Cravação por vibração:

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

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.

• 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.

O processo de remoção é o inverso.

Processo de cravação:

• Percussão - pilão de queda livre
• Vibração

Pormenores construtivos:

• Reforço da cabeça
• Reforço da ponta

Emendas:

(1) Assemblagem

(2) Talas de junção

(3) Anel metálico

7.5) por vibração:

Secções:

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

Sequência de cravação:

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:

Estacas Metálicas:

Elevação da estaca

ESTACAS CRAVADAS

Cravação da estaca

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:

CHAPA SOLDADA AO TOPO DO PERFIL

ARMADURA SOLDADA À CHAPA

ESTACA (20 CM DENTRO DO MACIÇO)

ENVOLVIDA POR CINTA HELICOIDAL E

ANEL DE CONCRETO COM 50 CM

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

Junta de ligação

Estacas de secção quadrada - Armaduras

Armadura longitudinal e cintas

Ligação das juntas à

armadura longitudinal

Moldes metálicos

Concretagem

Estacas de secção quadrada - Betonagem e Armazenamento:

Estacas concretadas

Armazenamento

Processo de cravação

Estacas de secção quadrada

Transporte

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

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 dos troços

Cavilha

Pormenores das juntas

Prolongadores -

cravação da

cabeça da estaca

em profundidade

9. Desencabeçamento da estaca

Desencabeçador

10. Escavação para execução do maciço de encabeçamento

11. 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:

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 betão;

• dimensão da secção transversal;

• posicionamento da armadura.

• compactação;

• cura.

9. CONTROLO DA QUALIDADE NA EXECUÇÃO:

Controlo in-situ para:

• verticalidade;
• verificação das profundidades atingidas;
• análise da integridade e da continuidade estrutural dos seus elementos;
• aferição da interação estaca - solo;
• detecção da ocorrência de fenômenos de relaxação, etc.

Controlo por intermédio de :

• nível;
• determinação da nega;
• medição do ricochete elástico (repique);
• ensaio de carga estático;
• ensaio de carga dinâmico;
• ensaio sônico.

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.

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).

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Luiz Antonio Naresi Júnior é engenheiro civil com ênfase na área de Saneamento, possui pós-graduação em Engenharia de Segurança do Trabalho, Analista Ambiental pela UFJF (Universidade Federal de Juiz de Fora), e em Engenharia Geotécnica pela UNICID (Universidade Cidade de São Paulo). É especialista em obras de Fundação Profunda, Contenções de Encosta, Obras de Artes Especiais, Projetos de Contenção, Infraestrutura Ferroviária e Rodoviária. Atualmente é sócio da ABMS (Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica),diretor do Clube de Engenharia de Juiz de Fora (MG) desde 2005, participa como voluntario pela ABMS como apoio a defesa civil de Belo Horizonte, consultor, comercial e assessor da diretoria da Empresa Progeo Engenharia Ltda.

LAN CONSULTORIA DE FUNDAÇÕES PESADAS E GEOTECNIA - RPA

Especialista em Fundação Pesada e Geotecnia

LUIZ ANTONIO NARESI JUNIOR

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(32) 3212-9170 / (31) 99230-1333

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