Materiais
3.5.1.1 Tubos das estacas – ferro fundido dúctil
O ferro fundido na forma de ferro fundido cinzento é um material muito frágil com baixa resistência ao impacto. É, no entanto, caracterizado, em particular, pela sua alta resistência a influências mecânicas e químicas. Para melhorar as características desfavoráveis acima referidas, o material de ferro fundido cinzento foi desenvolvido em ferro fundido dúctil por um processo de fabrico melhorado (propriedades do material, tais como resistência à tração e rigidez à flexão foram significativamente melhoradas) (Figura 3-7). O tubo da estaca deve suportar o processo de cravação sem qualquer dano.
3.5.1.2 Betão
A classe de betão mais usual para preenchimento da estaca dúctil deve ser tipo C25/30 e nas EDC injetadas o betão deve ser bombeável durante o processo de cravação (trabalhabilidade entre 2h a 4h). O tamanho máximo de grão para as estacas dúcteis deve ser ≤5 mm para permitir bombeamento adequado (as bombas de betão têm um crivo que ajuda a eliminar os grãos maiores de forma a evitar entupimentos e consequente paragem dos trabalhos). A Tabela 5 apresenta um resumo das características mencionadas.
Antes do início dos trabalhos, devem ser realizados os testes de ensaio ao betão para verificar a adequação da mistura de betão ou argamassa. O objetivo é verificar que a composição de mistura, feita dos componentes pretendidos (por exemplo, agregados, cimento, aditivos) cumprirá os requisitos mencionados e as especificações adicionais (por exemplo, capacidade de trabalho e classe de resistência à compressão).
Figura 3-7 - Transformação do ferro fundido cinzento para o férreo fundido dúctil com grafite esferoidal.(Fonte: Handbook BAUER, 2008).
34
Tabela 5 Resumo das características do betão usado classe tipo C25/30.
Nota: Consistência de acordo com a (NP EN 12350 P. 5., 2009), Slump de acordo com a (NP EN 12350 P. 2., 2009) e cimento de acordo com a EN197 - (Qualidade I. P., 2011)
Equipamentos
3.5.2.1 Equipamentos: Escavadora hidráulica ou máquina de estacas adaptada
Os equipamentos usados neste processo podem ser uma escavadora hidráulica ou em alternativa, uma máquina de estacas com um adaptador para o porte do martelo hidráulico (figuras 3-8 e 3-9).
Figura 3-8 - Escavadora com martelo
hidráulico - Dimensões
.
(Handbook BAUER,2008)
Figura 3-9 - Máquina de estacas do tipo BAUER MBG12 com martelo instalado.
O comprimento total da estaca dúctil de Ø 118 mm com a haste é de 6,7 m, como se pode ver na Figura 3-8 Em certas obras, por não existir esse comprimento disponível sendo necessário escavar cerca de 1,0 m no local da estaca para aumentar a distância livre entre a estaca dúctil e a parte inferior do martelo hidráulico e assim pode-se instalar a estaca dúctil exatamente à cota requerida (Figuras 3-10 e 3-11). M ix Classe Betão (EC2) Diam. Max. grão (mm) Areia (%) Consistência calda fresca (mm) Slump (mm) Racio Cimento (kg/m3) Racio Agua w/c Cimento (EN 197) Teor finos d<0,125 (kg/m3) Aditivo SIKA UWC100 ou similar Retardador presa (2-4 horas) M istura Standard C25/30 ≤ 5 55-60 560-620 190±20 ≥350 ≤0,6 Portland
35
3.5.2.2 Martelo hidráulico, adaptador para cravação e haste de transmissão
Para estacas dúcteis (EDC) 118mm pode usar-se o martelo hidráulico do tipo Altas Copco MB1700 CL (Figura 3-12).
É necessário um adaptador de unidade ou "haste de transmissão" para conduzir a estaca (figuras 3-13 e 3-14). O adaptador foi projetado para estacas dúcteis injetadas e não injetadas. Em cada caso, é possível instalar os dois perfis dúcteis EDC Ø118mm.
Figura 3-12 Martelo hidraúlico (Fonte: Handbook BAUER, 2008).
Figura 3-13 Tipo de adaptador 1
(Handbook BAUER, 2008). Figura 3-14 Tipo adaptador 2 (Handbook BAUER, 2008). Figura 3-10 - Abertura de roços para execução
36
A haste a ser usada para estacas dúcteis não injetadas (Figura 3-15) e injetadas (Figura 3-16) é diferente de acordo com a metodologia.
Figura 3-15 Haste para estacas dúcteis não
injetadas. (Handbook BAUER, 2008). Figura 3-16 Haste para estacas dúcteis injetadas.
3.5.2.3 Ponteira para estacas dúcteis injetadas ou de atrito
As ponteiras de betão (Figuras 3-17a, 3-17b e 3-17c) estão disponíveis em 3 diâmetros diferentes:
Ø200 mm para o tubo Ø118 mm.
Ø250 mm para o tubo Ø170 mm; dependendo das condições do solo, esta ponteira de injeção pode ser, excecionalmente, usada para os tubos Ø118 mm.
Figura 3-17a - Ponteira para EDC injetadas. (Fonte: Handbook BAUER, 2008)
Figura 3-17b – Ponteira para EDC injetadas. (Neste formato de ponteira não foi necessário fazer o corte no tubo para a saída do betão, uma vez que a saída se dava pelas laterais da ponteira.)
37
Figura 3-17c - Ponteiras para injeção. (Construída em estaleiro a partir de ponteiras de ancoragens).
3.5.2.4 Bomba de betão e mangueiras
A bomba de betão em forma de bomba de pistão deve ser usada para os métodos de instalação de estacas dúcteis (EDC) injetadas e não injetadas. No primeiro caso, a bomba está presente em obra todo o tempo porque está a bombear o betão pelo interior da estaca. No caso das EDC não injectas, a bomba de betão só é necessária para o preenchimento interior das mesmas. As bombas de betão recomendadas são as que têm taxa de entrega máxima varia entre 20-25m³ / h com uma pressão máxima de 70 a 80 bar (Figura 3-18 – bomba usada em obra do tipo Putzmeister).
Figura 3-18 Bomba de betão tipo Putzmeister
.
Instalação de estacas não injetadas (ou de ponta)
A primeira secção de estaca dúctil (secção guia) é erguida e encaixada na ponta martelo e colocada em cima da ponteira (Figura 3-19 - meio). Em seguida, o adaptador de acionamento do martelo hidráulico é inserido na ponta cónica do tubo (Figura 3-19 - lado direito).
38
Figura 3-19 Lado esquerdo Sequência da instalação de uma estaca dúctil não injetada (ou de ponta) com a ponteira. (Fonte: prospeto EDC BAUER) Meio - Ponteira EDC não injetada ou por
ponta. (Fonte: prospeto EDC BAUER) c) Lado direito - Encaixe entre a haste de transmissão e o tubo da EDC.
A estaca dúctil é alinhada verticalmente e posteriormente cravada uma curta distância do solo. O tubo é cravado no terreno até o seu comprimento total. Durante a cravação deve verificar-se a verticalidade estaca (Figura 3-19 – lado esquerdo).
Este processo é repetido até que a estaca dúctil tenha atingido a sua profundidade final (nega) ou um critério definido (Figura 3-20a e 3-20b). Qualquer excesso de comprimento é cortado no nível de corte de estaca dúctil (EDC) requerido. A EDC resultante do corte, pode ser utilizada (se tiver comprimento igual ou superior a 1m).
Figura 3-20a e 3-20b Verificação do critério de nega – Estaca dúctil cravada por ponta. (Fonte: BAUER, 2019)
39
A resistência à cravação das estacas dúcteis no solo é medida e registada (Figura 3-20) como penetração em metros por segundo (m / seg.) e utilizada como critério para a capacidade de carga das camadas de solo penetradas.
O típico critério de nega para as estacas dúcteis não injetadas é de penetração <10 mm em 20 Segundos ou poderá ser necessário reduzir o critério para as EDC não injetadas pelas condições do solo existente ou de projeto.
Na Figura 3-21 pode ver-se uma folha de registo das EDC. Esta folha era preenchida pelo Empreiteiro que está a executar o trabalho para ser assinada pelo Cliente. Este registo é uma parte diária que serviu de registo de produção para a realização do auto de medição mensal.
Figura 3-21 Boletim de registo do tempo de cravação, comprimento da EDC. (Fonte: BAUER, 2018)
Site: Date: Supervisor: Pile n.º: Pile n.º: Pile n.º:
Depth (m) Driving Time (min) Driving Time (min) Depth (m) Driving Time (min) Driving Time (min) Depth (m) Driving Time (min) Driving Time (min)
0-1 0-1 0-1 1-2 1-2 1-2 2-3 2-3 2-3 3-4 3-4 3-4 4-5 4-5 4-5 5-6 5-6 5-6 6-7 6-7 6-7 7-8 7-8 7-8 8-9 8-9 8-9 9-10 9-10 9-10 10-11 10-11 10-11 11-12 11-12 11-12 12-13 12-13 12-13 13-14 13-14 13-14 14-15 14-15 14-15
Type of pile (g)/(ng): BDP118x7,5 Type of pile (g)/(ng): BDP118x7,5 Type of pile (g)/(ng): BDP118x7,5 Kind of driving: Shoe Kind of driving: Shoe Kind of driving: Shoe Elevation of plug: Elevation of plug: Elevation of plug: Refusal depth: Refusal depth: Refusal depth: Fool-grouting: Fool-grouting: Fool-grouting: Remarks: Remarks: Remarks: Concrete grade: Concrete grade: Concrete grade: Piling Ring: Piling Ring: Piling Ring: Hammer: Hammer: Hammer: Rig Operator: Rig Operator: Rig Operator: Length to plataform level: Length to plataform level: Length to plataform level:
Starter pile piece length Starter pile piece length Starter pile piece length
Contractor: Client: Date:
40
Instalação de estacas dúcteis injetadas (ou por atrito)
O processo de instalação das estacas dúcteis injetadas é o mesmo descrito para as estacas não injetadas. No entanto, as ponteiras de cravação utilizadas têm um diâmetro maior do que o diâmetro do tubo das estacas dúcteis. O adaptador de acionamento do martelo hidráulico usado para estacas dúcteis injetadas é modificado para que o betão possa ser bombeado através do tubo vazio (Figura 3-22).
Durante a cravação, a ponteira de cravação sobredimensionada cria um anel entre o eixo da estaca dúctil e o solo circundante, que é constantemente e simultaneamente preenchido com betão. Como resultado, as estacas dúcteis injetadas são cercadas por um manto contínuo de betão (Figura 3-22c).
Figura 3-22 Corte da ponta da EDC. 3-24b Ponteira de cravação. 3-24 Instalação para de uma estaca dúctil cravada injetada (ou por atrito) (Fonte: Hanbook BAUER, 2008).
Para a saída do betão ou argamassa, corta-se uma cunha no tubo da estaca dúctil no final da secção guia (Figura 3-22a), aproximadamente 5.0 - 8.0 cm de largura e 10.0 cm de comprimento ou, de forma a evitar possíveis danos na ponta do tubo, pode cortar-se uma abertura triangular ou em forma de losango entre 30,0 - 50,0 cm acima do fundo do tubo.
Usando uma bomba de betão, o betão é então bombeado através da mangueira de betão ou argamassa e aciona o adaptador no eixo oco da estaca dúctil. A partir daí, é transportado para a ponteira de injeção e passa pelo orifício de betão ou argamassa previamente cortado acima da ponteira no ângulo entre o eixo da estaca e o solo. Como resultado, o anel e os espaços de poros no solo circundante são preenchidos com betão (Figura 3-23). Durante este processo, é imperativo
41
garantir que a velocidade de cravação não exceda a velocidade com que o betão possa ser bombeado para dentro do anel.
Figura 3-23 Ilustração da saída do betão e formação do anel circundante à EDC. (Fonte:
Handbook BAUER, 2008)
A quantidade de betão para as estacas dúcteis injetadas, considerando um sobre consumo de betão de cerca de 10%, para uma EDC tipo 118 x 7.5 mm com ponteira 200 mm, cerca de betão - 35 ltr / m);
Critério de paragem
As estacas dúcteis são cravadas no solo, com forças muito maiores, do que aqueles que provavelmente serão impostos pelas cargas da estrutura. A velocidade de batimento de cerca de 500 a 600 batidas por minuto e pressões de operação de 160 bar a 200 bar, dependendo do tipo e tamanho dos martelos hidráulicos, o impacto dinâmico força uma faixa entre 2.600 kN e 3.100 kN. Nas Tabelas 6 e 7 é possível verificar a taxa de cravação para os diferentes valores de SPT, DPH e DPM, para solos coesivos e não coesivos.
Os valores de atrito permitidos, listados nas Tabela 6 e Tabela 7, já incluem um coeficiente de segurança de η = 2,0 comummente aplicado para a determinação da capacidade de carga externa e são utilizados em particular para avaliar a capacidade de carga externa de estacas dúcteis.
Tabela 6 Taxa de cravação para solos não coesivos. (Adaptado Handbook BAUER, 2008). Taxa de
cravação Densidade NSPT DPH DPM Força de atrito
Seg. / m kN / m² - Muito solto < 4 0 - 2 0 - 4 0 5 - 10 Solto 4 - 10 3 - 5 4 - 11 (40) 10 - 20 Mediamente denso 10 - 30 6 - 15 11 - 26 80 20 - 30 Denso 30 - 50 16 - 30 26 - 44 120 30 - … Muito denso > 50 > 30 > 44 150
42
Tabela 7 Taxa de cravação para solos coesivos. (Adaptado Handbook BAUER, 2008). Taxa de
cravação Consistência NSPT DPH DPM Força de atrito
Seg. / m kN / m²
- Muito suave 0
- Suave 0 - 2 0 - 1 0 - 3 0
5 - 10 Firme 3 - 8 2 - 5 3 - 8 (20)
10 - 15 Rígido 8 - 15 5 - 7 8 - 14 (40)
15 - 30 Muito rígido a duro 16 - 30 8 - 15 14 - 28 70
30 - … Muito duro > 30 > 15 > 28 100
Capacidade de transmissão de cargas – Não injetadas (ou de ponta)
As estacas dúcteis (EDC) são encaminhadas para o solo sem injeção de betão, até uma camada de solo competente ou fundadas no topo de uma formação rochosa ou em um subsolo parecido com rocha (estacas de ponta).
As EDC de ponta podem utilizar completamente a capacidade de carga interna admissível, desde que as cargas de estaca altamente concentradas possam ser absorvidas no nível de formação geológica. Este é geralmente o caso de rocha.
Quando as EDC são incorporadas em formações de solo competentes, é imperativo que a consistência de solos coesivos seja pelo menos firme a rígida (NSPT> 20, correspondendo a uma
velocidade de condução de 15 a 30 seg./m) e a densidade de solos coesivos é pelo menos denso a
muito denso (NSPT> 30, correspondendo a uma taxa de condução de 20 a 30 segundos / m).
Nas formações rochosas ou areias e cascalhos muito densos, a capacidade de carga máxima é alcançada após uma baixa profundidade de penetração. A força é transferida exclusivamente na base da estaca dúctil. Quando a estaca atinge a recusa total durante a cravação, a capacidade de carga externa é pelo menos igual à capacidade de carga interna analítica do tubo da estaca dúctil. Em solos densos a muito densos não coesivos e solos coesos firmes a rígidos, o critério para terminar o processo de condução é uma taxa de penetração de 10 mm / 20 seg (o critério de paragem pode ser adaptado ao projeto).
Particularmente em solos arenosos bem classificados com um tamanho de grão que é adequado para a rugosidade superficial relativa da EDC, este critério para terminar o processo de cravação pode ser menos exigente, pois podem ser alcançados excelentes valores, mesmo com estacas dúcteis não injetadas. Os pressupostos podem ser verificados por testes de carga da estaca, que são os casos apresentados nesta dissertação.
43
Capacidade de transmissão de cargas – Injetadas (ou de atrito)
Ao instalar estacas dúcteis injetadas, é imperativo assegurar que um retorno visível ininterrupto de betão ou argamassa seja mantido no nível da plataforma de trabalho. Para conseguir isso, a taxa de cravação não deve exceder a velocidade a que a bomba de betão pode fornecer o betão. Se o fluxo de betão for interrompido como resultado de uma taxa de cravação excessiva, a continuidade da cobertura de betão ou argamassa em torno da EDC está em risco. Deve manter-se sempre o betão no topo da estaca (Figuras 3.24 e 3.25), caso isso não acontece, deve parar-se a cravação e bombear o betão até o betão está à boca da estaca e só depois continuar a cravação.
Figura 3-24 Posicionamento da estaca dúctil
(esquerda). (Fonte: Handbook BAUER, 2008) Figura 3-25 Cravação inicial da estaca dúctil com o retorno do betão injectado (direita). (Fonte: Handbook BAUER, 2008)
Em solos menos densos, a estaca de ferro fundido dúctil é cercada com um bolbo de betão. A carga de estaca pode ser transferida para o subsolo por meio de atrito. A formação de um corpo de betão ao redor do eixo da estaca dúctil permite que a carga de trabalho da estaca seja aumentada consideravelmente, particularmente em areias e cascalhos, porque em solos de grão grosso, o atrito é consideravelmente maior entre o corpo de betão e o solo do que entre a superfície natural do eixo da estaca com sua mínima rugosidade e o solo predominante. Em sedimentos e argilas, o aumento do atrito pode ser conseguido aumentando o diâmetro da estaca dúctil.
O comprimento da estaca é determinado pelo nível superior da camada de suporte de carga e o comprimento de embutimento estruturalmente requerido na formação do solo de suporte de carga. Tal como acontece com as fundações de estaca de betão, a capacidade de carga máxima
44
admissível expressada em kN é determinada para cada tipo de solo individual e espessura da camada em função dos diferentes valores de atrito.
Em geral, o projeto leva em consideração o atrito e negligencia quase sempre a resistência do ponta. Se o critério para terminar o processo de condução, referido acima, é alcançado antes de atingir a profundidade de projeto analítico, o solo é considerado competente. Como resultado, o processo de cravação pode ser concluído prematuramente.