Dimensionamento e comparativo entre estacas Franki, hélice contínua e Strauss: estudo de caso

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

DOUGLAS DALTON GEHLEN

DIMENSIONAMENTO E COMPARATIVO ENTRE ESTACAS

FRANKI, HÉLICE CONTÍNUA E STRAUSS:

ESTUDO DE CASO.

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

PATO BRANCO 2016

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DOUGLAS DALTON GEHLEN

DIMENSIONAMENTO E COMPARATIVO ENTRE ESTACAS

FRANKI, HÉLICE CONTÍNUA E STRAUSS:

ESTUDO DE CASO.

Trabalho de conclusão de curso apresentado como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Pato Branco.

Orientador: Prof. Msc. Jairo Trombetta. Co-orientadora: Profa_{. Dr}a_{. Elizângela} Marcelo Siliprandi.

PATO BRANCO 2016

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AGRADECIMENTOS

Agradeço ao meu falecido pai Ivanir Antônio Gehlen, por ter me ensinado a correr atrás dos meus objetivos, a acreditar na minha capacidade e a ter me ensinado a ser uma pessoa de princípios.

Agradeço a minha mãe Thania Maria Caminski Gehlen e a minha irmã Juliana Cristina Gehlen, por terem acreditado e lutado comigo, nesse difícil trajeto.

Aos amigos Juliano da Silva Loff, Emanuel Rogério Padia e Tatiane Braz, por terem acreditado e ajudado, cada um de sua maneira, a concretizar este sonho.

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“Não creio que haja uma emoção, mais intensa para um inventor do que ver suas criações funcionando. Essa emoção faz você esquecer de comer, de dormir,

de tudo. ” Nikola Tesla

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RESUMO

Fundações são estruturas responsáveis por receber as cargas da superestrutura e transmiti-las ao solo. O objetivo desse trabalho é dimensionar e comparar fundações em estacas tipo Franki, Hélice Contínua e Strauss, para um edifício localizado na cidade de Pato Branco-PR, indicando ao final, a solução mais viável técnica e economicamente. O trabalho realizou pesquisa bibliográfica sobre fundações, sondagens e solos, dimensionou geometricamente as estacas, promoveu o dimensionamento dos blocos através de software, e elaborou o orçamento para as diversas soluções. Ao final, foi realizado o comparativo analisando custos, cronogramas executivos, processos construtivos, e mobilização de equipamentos. Verificou-se, através do comparativo realizado que, para as condições deste projeto, as estacas tipo Franki são a opção mais viável técnica e economicamente. Através do trabalho realizado, foi possível estabelecer um roteiro de cálculo para fundações profundas, bem como determinar a melhor alternativa para o edifício em estudo.

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ABSTRACT

Foundations are structures responsible for receiving the loads of the superstructure and transmitting them to the ground. The objective of this work is to size and compare foundations in Franki, Continuous Propeller and Strauss stakes for a building located in the city of Pato Branco, PR, indicating in the end the most technically and economically viable solution. The work carried out a bibliographical research on foundations, borings and soils, dimensioned the stakes geometrically, promoted the sizing of the blocks through software, and elaborated the budget for the different solutions. At the end, the comparative study was performed analyzing costs, executive schedules, construction processes, and equipment mobilization. It was verified, through the comparative realized that, for the conditions of this project, the cuttings type Franki are the most viable option technically and economically. Through the work carried out, it was possible to establish a calculation route for deep foundations, as well as to determine the best alternative for the building under study.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Ilustração do ensaio SPT ... 14

Figura 2 – Sondagem SPT e a trado ... 14

Figura 3 – Fundações: (a) superficial; (b) profunda ... 20

Figura 4 – Processo construtivo estaca Franki tipo standard ... 23

Figura 5 – Execução de estaca Franki ... 23

Figura 6 – Equipamento para execução de Hélice Contínua ... 28

Figura 7 – Execução de estaca Hélice Contínua ... 29

Figura 8 – Folha de controle de execução de estaca Hélice Contínua ... 32

Figura 9 – Fluxograma das etapas da pesquisa... 52

Figura 10 – Edifício Aliane Tonial ... 53

Figura 11 – Construções vizinhas ao edifício em execução ... 54

Figura 12 – Sobreposição de blocos sobre estacas Strauss. ... 68

Figura 13 – Comparativo de custo entre os itens e total por tipo de estaca ... 77

Figura 14 – Cronograma blocos sobre estacas Franki ... 78

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Dimensões e peso mínimo dos pilões ... 24

Tabela 2 – Energia mínima de cravação ... 25

Tabela 3 – Volume das bases e energias mínimas ... 25

Tabela 4 – Abatimento de concreto para estaca Hélice Contínua ... 31

Tabela 5 – Diâmetro das estacas Strauss ... 34

Tabela 6 – Coeficientes que dependem do tipo de estaca ... 38

Tabela 7 – Coeficientes que dependem do tipo de solo ... 40

Tabela 8 – Escavação manual de vala – unidade m³ ... 41

Tabela 9 – Fôrma de madeira para fundação – unidade m² ... 42

Tabela 10 – Armadura CA-50 6,3 mm à 12,5 mm – unidade: kg ... 42

Tabela 13 – Concreto estrutural C20 – unidade: m³ ... 43

Tabela 14 – Lançamento e adensamento de concreto – unidade: m³ ... 43

Tabela 15 – Estaca Franki 45 cm de diâmetro – unidade: m ... 45

Tabela 18 – Estaca Hélice Contínua 40 cm de diâmetro – unidade: m ... 46

Tabela 21 – Transporte de solo caminhão basculante – unidade: m³ ... 47

Tabela 22 – Estaca Strauss 32 cm de diâmetro – unidade: m ... 48

Tabela 25 – Diâmetros utilizados para o dimensionamento ... 55

Tabela 26 – Resultados estaca Franki diâmetro = 45 cm, furo SP1 ... 59

Tabela 27 – Resistência admissível das estacas (tf) ... 59

Tabela 28 – Estacas adotadas ... 59

Tabela 29 – Blocos sobre estacas Franki ... 62

Tabela 30 – Quantidade de estacas Franki ... 62

Tabela 31 – Blocos sobre estacas Hélice Contínua ... 64

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Tabela 33 – Blocos sobre estacas Strauss ... 66

Tabela 34 – Quantidade de estacas Strauss ... 66

Tabela 35 – Quantidade total de estacas ... 67

Tabela 36 – Quantitativo total de materiais para execução dos blocos ... 68

Tabela 37 – Materiais ... 69

Tabela 38 – Mão-de-obra com encargos ... 69

Tabela 39 – Equipamentos... 70

Tabela 40 – Execução de estacas Franki ... 70

Tabela 41 – Execução de estacas Hélice Contínua ... 70

Tabela 42 – Escavação manual de vala – unidade m³ ... 70

Tabela 43 – Fôrma de madeira para fundação – unidade m² ... 70

Tabela 47 – Concreto estrutural C20 – unidade: m³ ... 71

Tabela 48 – Lançamento e adensamento de concreto – unidade: m³ ... 72

Tabela 54 – Transporte de solo caminhão basculante – unidade: m³ ... 74

Tabela 55 – Orçamento estacas Franki ... 74

Tabela 56 – Orçamento estacas Hélice Contínua ... 75

Tabela 57 – Custos totais ... 76

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SUMÁRIO 1INTRODUÇÃO ... 6 1.1 OBJETIVOS ... 7 1.1.1 Objetivo Geral ... 7 1.1.2 Objetivos Específicos ... 7 1.2 JUSTIFICATIVA ... 8 2REFERENCIAL TEÓRICO ... 9

2.1 O MATERIAL SOLO NA CONSTRUÇÃO CIVIL ... 9

2.1.1 Histórico... ... 9

2.1.2 Características ... 10

2.2 INVESTIGAÇÕES GEOLÓGICAS E GEOTÉCNICAS ... 11

2.2.1 Sondagens.. ... 12

2.2.1.1 Standard Penetration Test ... 13

2.2.2 Programação de Sondagens ... 17

2.3 FUNDAÇÕES ... 19

2.3.1 Fundações Superficiais ... 20

2.3.2 Fundações Profundas ... 21

2.3.2.1 Estaca Franki ... 21

2.3.2.2 Estaca Hélice Contínua ... 27

2.3.2.3 Estaca Strauss ... 33

2.3.3 Capacidade de Carga Axial de Estacas ... 36

2.3.3.1 Métodos Semi-empíricos ... 37

2.3.3.2 Aoki e Velloso ... 38

2.4 ORÇAMENTO ... 40

2.4.1 Blocos sobre Estacas ... 41

2.4.1.1 Escavação ... 41 2.4.1.2 Fôrmas...41 2.4.1.3 Armaduras ... 42 2.4.1.4 Concreto... ... 43 2.4.1.5Lançamento de Concreto ... 43 2.4.2Estacas... ... 44 2.4.2.1Franki...44 2.4.2.2 Hélice Contínua ... 46

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2.4.2.3Strauss... 48

3METODOLOGIA ... 50

3.1 ETAPAS DO TRABALHO ... 50

4ESTUDO DE CASO ... 53

4.1 DESCRIÇÃO DO EDIFÍCIO ... 53

4.2 ANÁLISE DE LAUDO DE SONDAGEM ... 54

4.3 DIMENSIONAMENTO DAS ETACAS ... 55

4.3.1 Diâmetros Adotados ... 55

4.3.2 Capacidade de Carga Axial ... 55

4.4 ESTAQUEAMENTO E DIMENSIONAMENTO DE BLOCOS ... 60

4.4.1.1 Estacas Franki ... 61

4.4.1.2 Estacas Hélice Contínua ... 63

4.4.1.3 Estacas Strauss ... 65

4.5 ORÇAMENTO ... 69

4.6.1 Estacas Franki ... 74

4.6.2 Estaca Hélice Contínua ... 74

5ANÁLISE DE RESULTADOS E CONCLUSÃO ... 76

5.1 COMPARATIVO ... 76

5.2 CONCLUSÃO E CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 79

6REFERÊNCIAS ... 82

7APÊNDICES ... 84

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1 INTRODUÇÃO

O aumento da urbanização trouxe consigo necessidades nas mais diversas áreas como transporte, saneamento e aumento na demanda de edificações residenciais. Estruturas cada vez maiores passaram a fazer parte do cotidiano. Nesse contexto, a engenharia civil passou a desempenhar um papel cada vez mais decisivo. Novos materiais, novas técnicas, exigências do consumidor, limitações demográficas e ambientais são apenas alguns dos aspectos que definem os parâmetros de concepção de uma estrutura.

Desde o seu surgimento o homem vem utilizando o solo como material de suporte para suas fundações e, por consequência de suas construções. (OLIVEIRA FILHO, 1985).

A engenharia de fundações formou seus conceitos com base em sínteses de uma vasta e multimilenar experiência construtiva. Ligada a cultura do homem desde a pré-história esse saber empírico foi acumulando-se, e o fato de existirem, ainda hoje, construções datadas de vários séculos, comprova-nos, sem sombra de dúvidas, o valor e a importância dessa experiência acumulada (HACHICH, 1998).

A necessidade de apoiar as construções em terreno sólido já era observada por várias civilizações da história antiga. Os egípcios apoiaram a pirâmide de Quéops (2600 a.C.), em terreno previamente nivelado, recobrindo com blocos de calcário para resistir a uma carga de aproximadamente sete milhões de toneladas, sendo que até hoje suas fundações não apresentam sinais de recalque. Os babilônios usaram fundações em sapatas de alvenaria de blocos monolíticos, suficientemente rígidos e capazes de absorver as deformações, comprovando que a civilização já tinha conhecimentos sobre recalques diferenciais. Os romanos variaram seus programas de fundações, usavam desde blocos ciclópicos até estacas cravadas de madeira em terrenos pouco resistentes. Os maias aplicaram com êxito, as fundações em radier, que nada mais eram que camadas de pedras de até sessenta centímetros de espessura, assentadas na superfície do terreno previamente nivelado. (OLIVEIRA FILHO, 1985).

Diferentemente das demais áreas que a engenharia de estruturas atua, o ramo das fundações tem o grande desafio de trabalhar com o solo, material natural

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com características complexas as quais podem variar drasticamente de ponto a ponto. Logo, faz-se necessário que o engenheiro possua conhecimentos de cálculo estrutural e geotecnia, a mecânica dos solos e a mecânica das rochas. Munido de tais conhecimentos, o engenheiro está apto a recolher e interpretar os dados necessários ao projeto, dados esses referentes a topografia da área, ao subsolo e suas propriedades, à superestrutura a ser apoiada bem como das estruturas de construções vizinhas. (VELLOSO; LOPES, 2004).

O presente trabalho envolve as seguintes etapas: levantamento de dados necessários ao projeto de fundações e sua análise a partir de laudo de sondagem; dimensionamento geométrico de três soluções de fundações profundas em estacas tipo Franki, Hélice Contínua e Strauss para o caso em estudo, utilizando-se de normativa vigente e modelos de dimensionamento que à atendam; dimensionamento dos blocos sobre estacas para cada uma das soluções através de software de cálculo estrutural que atenda a normativa vigente; comparativo técnico e financeiro entre as três alternativas propostas buscando adotar a melhor solução para o problema.

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 Objetivo Geral

Dimensionar e comparar fundações profundas em estacas do tipo Franki, Hélice Contínua e Strauss: Estudo de caso edifício Aliane Tonial, localizado no município de Pato Branco-PR.

1.1.2 Objetivos Específicos

 Realizar revisão bibliográfica sobre fundações profundas, sondagens e solos, bem como estudo da normativa vigente;

 Analisar e interpretar laudo de sondagem;

 Dimensionar geometricamente fundações profundas em estacas Franki, Hélice Contínua e Strauss;

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 Realizar o orçamento de cada uma das alternativas;

 Comparar as alternativas buscando escolher a solução mais viável técnica e economicamente para o caso em estudo.

1.2 JUSTIFICATIVA

Fundações são elementos estruturais que tem como objetivo transmitir as cargas da superestrutura para o solo onde ela se apoia (AZEREDO, 1977).

Diante de situações de implantação cada vez mais complexas e empreendimentos nos mais diversos tipos de terreno, a engenharia de fundações passou a necessitar de tratamento cada vez mais técnico e preciso, apresentando soluções que muitas vezes definem a viabilidade do empreendimento (VELLOSO; LOPES, 2004).

Perante tal cenário, o presente trabalho pretende dimensionar e comparar fundações profundas em estacas tipo Franki, Hélice Contínua e Strauss para o edifício residencial Aliane Tonial, localizado no município de Pato Branco-PR. Este projeto poderá servir de comparativo a profissionais da área, apresentando ao final, a solução mais viável para o caso em estudo, o que pode ser entendido como a originalidade deste trabalho, uma vez que para um mesmo projeto serão sugeridas três soluções diferentes de fundações, atendendo a NBR 6122 (ABNT, 2010) e NBR 6118 (ABNT, 2014).

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2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 O MATERIAL SOLO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

Ao se projetar estruturas de fundações, é preciso ter em mente que a solução apresentada precisa contemplar as cargas aplicadas pela superestrutura e a resposta do solo a estas solicitações. Porém, os solos diferem muito entre si gerando reações muito variáveis (HACHICH, 1998).

2.1.1 Histórico

Ao longo da história, muitos pesquisadores contribuíram para o conhecimento sobre o comportamento dos solos, sendo os trabalhos mais marcantes os desenvolvidos por Coulomb (1773), Rankine (1856) e Darcy (1856). Porém, após inúmeros insucessos em obras de engenharia civil ao fim do século XIX, como o rompimento do Canal do Panamá e de grandes taludes em estradas e canais em construção na Europa e nos Estados Unidos, ficou constatado a necessidade de se rever os procedimentos de cálculo. Diferentemente dos demais materiais utilizados na construção civil como o concreto e o aço, não se pode aplicar leis teóricas aos solos, o comportamento reológico de maciços terrosos não pode ser expresso por um simples módulo de elasticidade ou tensões de escoamento e resistência (HACHICH, 1998).

O conhecimento do comportamento do material solo, sendo este de origem natural, disposto de maneira heterogênea e demasiadamente complexo para quaisquer tratamentos teóricos rigorosos, se deveu, principalmente, aos trabalhos de Karl Terzaghi, engenheiro civil com vasta experiência, preparo científico e acurado espírito pesquisador. Seus trabalhos são reconhecidos como o marco inicial da Mecânica dos Solos (HACHICH, 1998).

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2.1.2 Características

Solos são o resultado do intemperismo ou meteorização das rochas, seja por desintegração mecânica ou por decomposição química ou ambas. Suas características são reflexo de sua rocha mãe e dos mecanismos que atuaram na decomposição da mesma. São classificados, de acordo com a sua origem e formação, como:

 Residuais - quando permanecem no local da rocha de origem, observando-se uma gradual transição do solo até a rocha;

 Sedimentares - quando são transportados pela água, ventos e demais agentes transportadores, sendo a textura desses solos função do agente transportador e da distância de transporte;

 Orgânicos - quando formados pela decomposição de matéria orgânica tanto vegetal quanto animal (CAPUTO, 1988).

Em termos mecânicos, o solo é formado por partículas sólidas, água e ar, o que permite que as partículas tenham seu movimento facilitado, pois, mesmo quando existe alguma cimentação entre as mesmas, o grau dessa ligação é muito inferior aos demais materiais como metais e concreto. Logo, é visível que tal movimentação das partículas resulta na complexidade da análise do comportamento deste material, o que o distingue da análise da mecânica dos sólidos deformáveis (HACHICH, 1998).

Em relação à engenharia, os problemas ao se projetar e executar fundações ou obras de terra se resumem em dois tipos fundamentais:

 Deformações do solo quando solicitado;  Ruptura do solo (colapso) (CAPUTO, 1988).

O correto reconhecimento e classificação do material solo é o ponto de partida para projetos de fundações seguros e econômicos (SCHNAID, 2000).

Quanto ao custo, em geral é negligenciável em valor, mas tal reconhecimento é indispensável para a definição do tipo de fundação mais adequado. O insucesso na escolha do tipo de fundação pode gerar desde pequenos transtornos e custos elevadíssimos de recuperação da estrutura até o colapso da mesma (CAPUTO, 1988).

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2.2 INVESTIGAÇÕES GEOLÓGICAS E GEOTÉCNICAS

É requisito prévio para o projeto e para a execução de qualquer obra de fundações, a realização de um programa de investigações geotécnicas, pois, ao se falar de solos e rochas, a heterogeneidade é a regra e os casos de homogeneidade, a exceção. Logo, tais estudos se tornam indispensáveis quando visamos praticar a engenharia, ou seja, alcançar a maior estabilidade visando o menor custo possível (CAPUTO, 1988).

De acordo com a NBR 6122, item 4.1, deve-se, através de um reconhecimento inicial, observar alguns aspectos a considerar nos projetos de fundações:

 Feições topográficas e eventuais indícios de instabilidade de taludes;  Indícios da presença de aterros (bota-fora) na área;

 Indícios de contaminação do subsolo por material lançado no local ou decorrente do tipo de ocupação anterior;

 Prática local de projeto e execução de fundações;

 Peculiaridades geológico-geotécnicas na área, como presença de matacões, afloramentos rochosos nas imediações, áreas brejosas, minas d’água, dentre outras (ABNT, 2010).

Ainda, conforme o item 4.2, de acordo com o vulto da obra e suas particularidades, deve ser realizada vistoria geológica de campo por profissional especializado, sendo este reconhecimento contemplado, eventualmente com estudos geológicos adicionais (ABNT, 2010).

Segundo a NBR 6122, item 4.3, independente da edificação, uma investigação geotécnica preliminar deve ser realizada, constituída no mínimo por sondagens a percussão, com SPT, onde será determinada a estratigrafia e a classificação dos solos, posição do nível d’agua assim como a medida do índice de resistência à penetração (NSPT) (ABNT, 2010).

Ainda, o item 4.3 determina que, dependendo dos resultados obtidos nas investigações preliminares, pode ser necessária a realização de investigações complementares, através de sondagens adicionais ou até mesmo realização de outros ensaios de campo e de laboratório. Devem ser feitas, independente de extensão ou investigações preliminares realizadas, investigações adicionais sempre que em

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qualquer etapa da execução da fundação, forem constatadas diferenças entre as condições locais e as levantadas pelas investigações preliminares, buscando assim esclarecer completamente essas divergências (ABNT, 2010).

Segundo a NBR 6122, item 4.4, caso após a realização inicial de sondagens a percussão, ainda existam dúvidas a respeito do material impenetrável a percussão, devem ser realizados ensaios complementares, sendo sondagens adicionais e outros ensaios de campo programados (ABNT, 2010).

2.2.1 Sondagens

A obtenção de informações do substrato estudado, visando determinar suas propriedades de engenharia pode ser realizada tanto através de ensaios laboratoriais assim como por ensaios de campo. Porém, na prática, a predominância e quase que total de ensaios in situ, ficando restrita a investigação laboratorial à alguns casos especiais de solos coesivos (HACHICH, 1998).

Entre os ensaios de campo existentes em todo o mundo, destacam-se:  Standard Penetration Test (SPT);

 Standard Penetration Test complementado com medidas de torque - SPT-T;

 Ensaio de penetração de cone – CPT;

 Ensaio de penetração de cone com medida das pressões neutras, ou piezocone – CPT-U;

 Ensaio de palheta – Vane Test;

 Pressiômetros (de Ménard e auto perfurantes);  Dilatômetro de Marchetti;

 Ensaios de carregamento de placa – provas de carga;

 Ensaios geofísicos, em particular o ensaio de Cross-Hole (HACHICH, 1998).

O Standard Penetration Test (SPT) é sem dúvida o ensaio de campo mais utilizado não apenas no Brasil, mas também na maioria dos países (HACHICH, 1998).

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2.2.1.1 Standard Penetration Test

O SPT constitui-se em uma medida de resistência dinâmica associada a uma sondagem de simples reconhecimento. A cada metro, amostras representativas do solo são coletadas por meio de amostrador-padrão, de diâmetro de 50 mm. O procedimento se resume na cravação do amostrador no fundo de uma escavação, esta que pode ser revestida ou não, através de um peso de 65,0 kg (martelo), caindo de uma altura de 750 mm. O valor NSPT é o número de golpes necessários para fazer o amostrador penetrar 300 mm, após uma cravação inicial de 150 mm (SCHNAID, 2000).

As vantagens do SPT em relação aos demais ensaios de campo estão relacionadas à simplicidade do seu equipamento, o que implica em baixo custo, além da obtenção de um valor numérico que pode ser relacionado a regras empíricas e rotineiras de projeto, especialmente no Brasil (SCHNAID, 2000).

A normatização do ensaio foi realizada em 1958 através da Americam Society for Testing and Materials (ASTM). Porém, o que ocorre é que vários países possuem normas nacionais com características variáveis. Um padrão internacional usado como referência é o International Reference Test Procedure (IRTP / ISSMFE). Na América do Sul a normatização norte-americana ASTM D 1.586-67 é utilizada com frequência, tendo o Brasil normatização própria, a NBR -6.484/2001 (SCHNAID, 2000).

O ensaio se inicia, montando-se sobre o terreno, na posição de cada perfuração, um cavalete, chamado de tripé. Neste, é montado um conjunto de roldanas por onde passa uma corda, geralmente de cisal. Este conjunto de cavalete, roldanas e cisal auxiliará no manuseio do conjunto de hastes e no manuseio do martelo (Figuras 1 e 2) (HACHICH, 1998).

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Figura 1 – Ilustração do ensaio SPT Fonte: Schnaid, 2000.

Figura 2 – Sondagem SPT e a trado Fonte: Fungeo, 2016.

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Inicia-se o furo com o uso de um trado cavadeira, perfurando-se até um metro de profundidade. Recolhe-se e acondiciona-se uma amostra representativa deste solo, a qual é identificada como amostra zero. Em uma das extremidades de uma composição de hastes, acopla-se o amostrador padrão, que posteriormente é posicionado no fundo do furo. Com o auxílio da corda e roldanas, ergue-se o martelo até uma altura de 75 cm acima da composição de hastes e deixa-se o mesmo cair, em queda livre, sobre a composição. Este procedimento é repetido até que o amostrador padrão penetre 45 cm no solo, contando-se o número de golpes necessários para a cravação de cada segmento de 15 cm do total de 45 cm. A soma do número de golpes necessários para a penetração dos últimos 30 cm do amostrador, do total de 45 cm, é designada de NSPT (HACHICH, 1998).

Após alcançados os 45 cm de penetração do amostrador padrão, retira-se o mesmo do furo e colhe-se uma amostra de solo contida em seu bico. Quando se percebe mudanças do tipo de solo no material do corpo do amostrador, deve-se recolher também a parte que as caracteriza para serem identificadas. Prossegue-se a abertura de mais um metro de furo até se atingir a cota seguinte de 2 metros, porem desta vez utilizando um trado helicoidal. A partir deste ponto, todo o processo descrito anteriormente se repete (HACHICH, 1998).

Existem casos onde a perfuração a trado é impossibilitada pela resistência do solo, natureza do material ou ainda, pela presença de lençol freático. Nestes casos, prossegue-se a perfuração com o auxílio de circulação de água. Tal processo, é realizado utilizando-se uma motobomba, uma caixa-d’água com divisória para decantação, e um trépano de lavagem. A água então é injetada na composição de hastes, que agora não possui em sua extremidade o amostrador padrão, mas sim o trépano. Através de pequenos orifícios nas laterais do trépano, a água é injetada no solo. A pressão da água combinada com movimento de rotação empregados na composição das hastes faz com que o trépano rompa a estrutura do solo, permitindo assim que a perfuração prossiga. O solo desagregado se mistura com a água, que é drenada para a caixa-d’água. A água é novamente injetada no furo. Em suma, cria-se um circuito fechado de circulação com o auxílio de tubos e hastes (HACHICH, 1998).

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De acordo com a NBR 6484, item 6.4.3.2, o ensaio de avanço de perfuração pela circulação de água deve ter duração de 30 min, devendo-se anotar o avanço do trépano a cada período de 10 min (ABNT, 2001).

Em casos de instabilidade do solo nas paredes do furo, a perfuração é feita utilizando-se tubos de revestimento, trabalhando-se internamente a estes (HACHICH, 1998).

De acordo com a NBR 6484, item 6.3.12, a cravação do amostrador padrão é interrompida antes dos 45 cm de cravação (paralisação de sondagem), sempre que uma das seguintes situações ocorrerem:

 Em qualquer um dos três seguimentos de 15 cm, o número de golpes seja superior a 30;

 Um total de 50 golpes tenham sidos necessários para a cravação de todos os 45 cm;

 Não se observar avanço do amostrador padrão em cinco golpes sucessivos do martelo (ABNT, 2001).

Ainda, segundo a NBR 6484, item 6.4.3, nos casos onde o amostrador padrão não mostrar avanços após cinco golpes sucessivos do martelo, deve-se, após a retirada da composição de hastes e amostrador, executar o ensaio de avanço de perfuração com circulação de água (ABNT, 2001).

De acordo com a NBR 6484, item 6.4.1, o processo de perfuração por circulação de água, associado a ensaios penetrométricos, pode ser paralisado (paralisação de sondagem) quando se obtiver uma das seguintes condições:

 Em 3 m sucessivos, se obtiver 30 golpes para a penetração dos 15 cm iniciais do amostrador padrão;

 Em 4 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para a penetração dos 30 cm iniciais do amostrador padrão;

 Em 5 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para a penetração dos 45 cm do amostrador-padrão (ABNT, 2001).

É de grande importância a determinação do nível de água, seja pelo armazenamento de água da chuva ou presença de lençol freático. Durante a perfuração, ao se determinar a ocorrência de água, interrompe-se o trabalho e anota-se a profundidade. Deve-anota-se anota-sempre aguardar a estabilização e anotar a profundidade

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referente a superfície da água. Após terminada a perfuração, retira-se a água do furo com o auxílio de um baldinho (peça de cano de diâmetro de 1”). Aguarda-se o surgimento de água e anota-se novamente a profundidade da lâmina d’água. Sempre que possível, deve-se esgotar a água dos furos de sondagem no final do expediente e medir, na manhã do dia seguinte, a altura da lâmina d’água. Deve-se tomar cuidado especial nos casos onde imaginar-se que poderá existir mais de um lençol freático. Nestes casos reveste-se o furo para isolar o primeiro lençol de água encontrado e prossegue-se a perfuração, a trado, até se encontrar o lençol seguinte (HACHICH, 1998).

As amostras coletadas durante o ensaio in situ são levadas ao laboratório para classificação tátil-visual. Nela são definidas as camadas de solos sedimentares e suas respectivas espessuras ou os horizontes de decomposição de solos residuais. Eventuais dúvidas de classificação de materiais podem ser dirimidas com o auxílio de ensaios de laboratório, como por exemplo, granulometria, Limites de Atterberg, etc (HACHICH, 1998).

Após a classificação tátil-visual, os perfis individuais preliminares de cada sondagem são então obtidos. Com os perfis individuais de cada sondagem, nível d’água e da cota (elevação) do terreno no início da perfuração, desenha-se, o perfil do subsolo de cada sondagem, ou para facilitar a visualização, seções do subsolo abrangendo várias sondagens. O desenho final das sondagens deve mostrar todas as camadas ou horizontes de solo encontrados, bem como as posições dos níveis d’água e o número de golpes NSPT necessários para a cravação dos últimos 30 cm do amostrador e demais informações úteis que forem observadas (HACHICH, 1998).

2.2.2 Programação de Sondagens

A programação das sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios é normatizada pela ABNT NBR 8036. Nela, são fixadas as condições exigíveis na programação das sondagens, bem como o número, a localização e a profundidade das mesmas (ABNT, 1983).

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De acordo com a NBR 8036, item 4.1.1.2, o número de sondagens e sua locação deve fornecer o melhor quadro possível das variações do subsolo, sendo executadas, no mínimo:

 Uma para cada 200 m² de área da projeção em planta do edifício, até 1200 m²;

 Entre 1200 m² até 2400 m², deve-se executar uma sondagem para cada 400 m² que excederem 1200 m²;

 Acima de 2400 m², o número de sondagens deve ser estabelecido de acordo com o plano particular da construção (ABNT, 1983).

Ainda, de acordo com o item 4.1.1.2, o número mínimo de sondagens, em quaisquer circunstâncias, deve ser:

 Dois para área da projeção em planta do edifício até 200 m²;

 Três para área da projeção em planta do edifício de 200 m² até 400 m² (ABNT, 1983).

De acordo com a NBR 8036, item 4.1.1.3, nos casos de estudos de viabilidade ou escolha de local, onde ainda não se conhece a disposição em planta dos edifícios, o número de sondagens a ser executado deve ser realizado de forma que a distância máxima entra as mesmas seja de 100 m, executando no mínimo três sondagens (ABNT, 1983).

Em relação à localização das sondagens, a NBR 8036 estabelece no item 4.1.1.4, as seguintes regras gerais:

 Nas fases de estudos preliminares e planejamento, as sondagens devem ser igualmente distribuídas em toda área;

 Na fase de projeto, podem-se localizar as sondagens de acordo com critérios específicos, levando em conda pormenores estruturais;

 Quando o número de sondagens for superior a três, as mesmas não devem ser distribuídas ao longo de um mesmo alinhamento (ABNT, 1983). Quanto a profundidade das sondagens, a NBR 8036 estabelece no item 4.1.2, que a mesma é função do tipo de edificação e de suas características estruturais, bem como das características geotécnicas e topográficas locais. A exploração deve ser levada até profundidades de que incluam camadas impróprias para o apoio de

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fundações, visando que as mesmas não venham a comprometer a estabilidade, o comportamento estrutural ou funcional do edifício (ABNT, 1983).

Seria ideal que o projetista de fundações participasse do programa de sondagens desde a sua concepção e realizasse seu total acompanhamento. Porém, infelizmente, na realidade do dia a dia da engenharia isso não acontece, e ao profissional responsável pelo projeto são repassadas as informações da superestrutura e um conjunto de sondagens que visam representar o solo onde ela será implantada. Vale salientar aqui a importância da idoneidade e qualidade da empresa executora das sondagens, pois muitas vezes a mesma é contratada pelo proprietário da obra visando menor custo. Logo, o projetista deve estabelecer padrões mínimos de qualidade, além dos que estabelecem as normas, visando obter todas as informações necessárias e confiáveis para o projeto (VELLOSO; LOPES, 2004).

2.3 FUNDAÇÕES

As estruturas de fundações surgem da necessidade natural de se transmitir as cargas de uma estrutura ao solo que a suporta. Seu desempenho é afetado por muitos fatores como aqueles decorrentes do projeto propriamente dito, que envolve o conhecimento de solos por parte do projetista, passando por processos construtivos além de efeitos de acontecimentos pós implantação, incluindo a própria degradação da mesma (MILITITSKY; CONSOLI; SCHNAID, 2008.

Convencionalmente, separamos as fundações em dois grupos (Figura 3):  Fundações superficiais (diretas);

 Fundações profundas (HACHICH, 1998).

Esta separação foi adotada seguindo o critério (arbitrário) de que uma fundação do tipo profunda é aquela em que o mecanismo de ruptura de base não atinge a superfície do terreno. Os mecanismos de ruptura de base atingem valores acima da mesma de até duas vezes a sua menor dimensão. Logo, a NBR 6122 estabeleceu que fundações profundas são aquelas que apresentam a cota de assentamento de suas bases à uma profundidade duas vezes maior que a sua menor dimensão, e a pelo menos três metros de profundidade (HACHICH, 1998).

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Figura 3 – Fundações: (a) superficial; (b) profunda Fonte: Velloso e Lopes, 2004.

2.3.1 Fundações Superficiais

Segundo a NBR 6122, item 3.1, fundações superficiais (rasas ou diretas), são elementos estruturais onde a carga é transferida ao solo pelas tensões distribuídas sob a base da fundação. A profundidade de assentamento da base em relação ao terreno adjacente à fundação é inferior a duas vezes a sua menor dimensão (ABNT, 2010).

Em relação aos tipos de fundações superficiais, a NBR 6122 define:

 Bloco – elemento de fundação de concreto simples, dimensionado para que as tensões de tração do elemento sejam resistidas pelo concreto, sem a necessidade de armadura;

 Sapata – elemento de fundação em concreto armado, dimensionado para que as tensões de tração do elemento sejam absorvidas por armadura;  Sapata corrida – elemento de fundação sujeito a carga distribuída

linearmente, ou ainda, de pilares ao longo de um mesmo alinhamento;  Sapata associada – elemento de fundação comum a mais de um pilar;  Radier – elemento de fundação que abrange parte ou todos os pilares de

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2.3.2 Fundações Profundas

De acordo com a NBR 6122, item 3.7, fundações profundas são elementos estruturais onde a carga é transmitida ao solo pela base (resistência de ponta), por atrito lateral (resistência de fuste) ou pela combinação de ambas. Sua base deve estar assentada a uma profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no mínimo a três metros de profundidade (ABNT, 2010).

Em relação aos tipos de fundações profundas, a NBR 6122 estabelece:  Estaca – elemento de fundação executado por equipamentos e

ferramentas, sem que, em qualquer etapa de sua execução, haja descida de pessoas. Os materiais empregados podem ser aço, madeira, concreto pré-moldado ou moldado in loco, ou por suas combinações;

 Tubulão – elemento de fundação escavado no solo, onde em pelo menos na sua etapa final, há descida de pessoas para o alargamento de sua base ou limpeza do fundo da escavação, sendo que neste tipo de fundação as cargas são transmitidas preponderantemente pela ponta (ABNT, 2010).

2.3.2.1 Estaca Franki

A estaca tipo Franki foi concebida a mais de 85 anos pelo engenheiro Edgar Frankignoul na Bélgica. Dele, partiu-se a ideia de se cravar um tubo no terreno pelo impacto de golpes de um pilão de queda livre numa bucha, de concreto seco ou seixo rolado compactado, colocada dentro da extremidade inferior do tubo (HACHICH, 1998).

A estaca Franki foi muito bem aceita devido a sua qualidade e custo vantajoso, pois, devido a sua base alargada, a estaca final apresenta comprimentos menores de fuste, sendo que a concretagem da mesma ocorre apenas no comprimento necessário (ultrapassando pouco a cota prevista de arrasamento) (VELLOSO; LOPES, 2010).

As etapas do processo original de execução de uma estaca Franki (Figuras 4 e 5), são:

 Cravação do tubo: posiciona-se o tubo verticalmente, ou segundo a inclinação prevista para a estaca, em seguida derrama-se em seu interior

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certa quantidade de areia e brita, que posteriormente é socada de encontro ao solo, por um pilão de uma a quatro toneladas (função do diâmetro da estaca), caindo de vários metros de altura. Através dos golpes impelidos pelo pilão, a mistura de areia e brita forma uma “bucha” estanque, energicamente comprimida contra as paredes do tubo. Em seguida, dá-se início a cravação da composição de tubo mais bucha, onde, através dos golpes do pilão, o tubo penetra no terreno e o comprime fortemente. Graças à bucha, água e o solo são impedidos de penetrar no tubo, resultando numa forma absolutamente estanque.

 Execução da base alargada: após a cravação do tubo, inicia-se a expulsão da bucha e a execução da base alargada. O tubo é ligeiramente levantado e mantido fixo aos cabos do bate-estacas, e por meio de golpes de grande altura do pilão expulsa-se a bucha do tubo. Logo após a expulsão da bucha, introduz-se concreto seco que, sob golpes de pilão, é introduzido no terreno, formando-se a base alargada.

 Colocação da armadura: após a execução da base alargada, coloca-se no tubo a armadura prevista. Esta colocação deve ser feita de maneira que a ferragem fique localizada entre o tubo e o pilão, de forma que este possa trabalhar livremente no interior da armadura.

 Concretagem do fuste: uma vez colocada a armadura, dá-se início a concretagem do fuste, o qual se dá através do apiloamento do concreto (fator água/cimento entre 0,40 a 0,45) de forma paulatina em conjunto com a retirada concomitante do tubo, com cuidado de se deixar uma quantidade mínima de concreto em seu interior, impedindo que a água e o solo penetrem nele (VELLOSO; LOPES, 2010).

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Figura 4 – Processo construtivo estaca Franki tipo standard Fonte: Velloso; Lopes, 2010.

Figura 5 – Execução de estaca Franki

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As estacas tipo Franki são executadas a fim de e obter bitolas finais do fuste de 300 mm, 350 mm, 400 mm, 450 mm, 520 mm, 600 mm e 700 mm (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Conforme apresentado, a estaca Franki é implantada no solo através da cravação do tubo de revestimento. O controle de cravação é feito através do registro da energia mecânica despendida para isso. A energia é obtida pela expressão (1):

𝐸 = 𝑛×𝑃×ℎ (1)

Onde:

E – Energia de cravação (kN x m);

n – Número de golpes para a cravação de 50 cm do tubo; P – Peso do pilão (kN);

h – Altura de queda do pilão (m) (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Na obra obtém-se o diagrama de cravação. Esta ferramenta de controle determina o número de golpes necessários para se cravar 50 cm do tubo para um pilão de peso (P) caindo de uma altura (h) (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Os pilões devem possuir peso e dimensões de acordo com a Tabela 1:

Tabela 1 – Dimensões e peso mínimo dos pilões

∅tubo (cm) Peso mínimo (kN) Diâmetro mínimo (cm)

300 10 180 350 15 220 400 20 250 450 25 280 520 28 310 600 30 380 700 45 450

Fonte: Joppert Junior (2007).

Para se cravar o tubo, o pilão deve ser elevado a alturas entre 5,00 e 7,00 metros, sempre se verificando a integridade da bucha durante a cravação, através de uma marca feita no cabo, (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Conclui-se a cravação quando se obtém a energia mínima em dois trechos consecutivos de 50 cm (JOPPERT JUNIOR, 2007).

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A Tabela 2 define as energias mínimas de cravação de acordo com o diâmetro do tubo cravado:

Tabela 2 – Energia mínima de cravação

∅tubo (mm) Energia mínima de cravação (kN x m)

300 1800 350 2300 400 3000 450 4000 520 4500 600 5000 700 6000

As negas das estacas são obtidas pela cravação de 10 golpes do pilão caindo de uma altura fixa de 1,00 metro e um único golpe do pilão caindo de uma altura de 5,00 metros (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Após a cravação deve-se sempre conferir o levantamento das estacas próximas (JOPPERT JUNIOR, 2007).

A base alargada das estacas Franki deve ser executada de modo que se atendam o volume e a energia mínima, obtida através da expressão (1), especificados na Tabela 3:

Tabela 3 – Volume das bases e energias mínimas

Diâmetro da estaca (mm) Base mínima (l) Base Normal (l) Base Usual (l) Base Especial (l) Energia mínima (kN x m) Volume final para energia mínima (l) 300 90 90 180 270 1500 90 350 90 180 270 360 1500 90 400 180 270 360 450 1500 90 450 270 360 450 600 5000 150 520 300 450 600 750 5000 150 600 450 600 750 900 5000 150 700 600 750 900 1050 5000 150

Deve-se sempre verificar a abertura da base através da marca do cabo, vide figura (1), que indica se realmente o volume de concreto lançado para a execução da base foi realmente expulso do tubo para o solo (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Após a execução da base, inicia-se a concretagem do fuste. Nesta fase devem ser observados alguns itens:

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 Encurtamento da Armadura: comprova a verticalidade do fuste e a tendência de expulsão do concreto no fuste durante o apiloamento.

 Marca do cabo: mostra a altura de segurança do concreto dentro do tubo para que não ocorra o estrangulamento do fuste (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Caso algum dos itens acima apresente valores anormais, deve-se interromper a concretagem, refazer a bucha e executar a recravação da estaca como se a mesma fosse nova, com nova base e etc (JOPPERT JUNIOR, 2007).

O processo executivo das estacas Franki promove uma alta capacidade de carga na estaca, assim como um bom controle de qualidade do estaqueamento. Porém, tal processo também é responsável por vibrações excessivas e baixa produtividade (50 metros de estaca/dia) (JOPPERT JUNIOR, 2007).

É importante salientar as características do processo executivo das estacas Franki, que a diferem dos outros tipos de estaca, que contribuem para sua elevada carga de trabalho:

 Cravação com a ponta fechada tornando o tubo estanque, permitindo trabalhar na presença de lençol d’água;

 Base alargada que confere maior resistência de ponta;

 Em solos arenosos o apiloamento da base compacta o mesmo, aumentando a resistência de ponta;

 Em solos argilosos o apiloamento da base expulsa a água da argila, que é absorvida pelo concreto seco da base, reforçando seu entorno;

 O apiloamento do concreto do fuste compacta o solo e aumenta a resistência lateral;

 O comprimento da estaca é facilmente ajustado durante a cravação (HACHICH, 1998).

Devido as vibrações produzidas em seu processo original, denominado tipo Standard, este tipo de estaca veio perdendo espaço nos grandes centros urbanos. Logo, variantes do processo original foram desenvolvidas, sendo elas:

 Franki tubada – aplicada em pontes e obras marinhas, ou seja, quando a estaca apresenta uma parte em água ou ar.

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 Franki mista – trada-se de uma estaca de fuste pré-moldado ancorada na base alargada do processo original.

 Franki com fuste vibrado – variante que apresenta mudanças apenas na etapa da concretagem da estaca, onde após a execução do furo e colocação da armadura, o tubo é preenchido de uma só vez, em toda sua extensão, com concreto plástico; depois de cheio, adapta-se um vibrador ao tubo que é arrancado de forma contínua pelo bate-estacas.

 Franki de martelo automático e fuste vibrado – variante da Franki com fuste vibrado, onde utiliza-se um martelo automático para cravar o tubo com a ponta fechada por uma chapa de aço até a profundidade necessária.  Franki com ponta aberta – trata-se da cravação do tubo aberto com escavação interna até a profundidade desejada, onde o processo original é retomado (VELLOSO; LOPES, 2010).

2.3.2.2 Estaca Hélice Contínua

A estaca Hélice Contínua é uma estaca de concreto moldada in loco, sendo executada através da utilização de trado contínuo para escavação e injeção de concreto, sob pressão controlada, através da haste central do mesmo (Figura 6) (HACHICH, 1998).

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Figura 6 – Equipamento para execução de Hélice Contínua Fonte: Geoservice, Geotecnia e Fundação LTDA – Meksol, 2016.

Desenvolvida nos Estados Unidos e difundida em toda Europa e Japão na década de 1980, a estaca Hélice Contínua foi executada pela primeira vez no Brasil em 1987 com equipamentos aqui desenvolvidos. Tais equipamentos eram montados sob guindastes de esteiras, com torque de 35 kNm e diâmetros de 275 mm, 350 mm, e 425 mm, os quais permitiam a execução de estacas de até 15 metros de profundidade (HACHICH, 1998).

Na década de 1990, o mercado brasileiro foi invadido por máquinas importadas da Europa, principalmente da Itália, desenvolvidas especialmente para a

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execução de estacas Hélice Contínua. Estes equipamentos apresentavam torques de 90 kNm a mais de 200 kNm, assim como diâmetros de hélice de 1000 mm e capacidade de execução de estacas de até 24 metros de profundidade (HACHICH, 1998).

As estacas são executadas nas seguintes etapas (Figura 7):  Perfuração;

 Concretagem;  Armação.

Figura 7 – Execução de estaca Hélice Contínua Fonte: Velloso; Lopes, 2010.

A perfuração consiste na introdução do trado no terreno, através de movimento rotacional transmitido por motores hidráulicos acoplados na extremidade superior do mesmo, até a cota prevista em projeto sem que haja a retirara do trado em nenhum momento (VELLOSO; LOPES, 2010).

O trado é composto por uma hélice espiral que se desenvolve em torno de um tubo central, sendo o tubo tampado para impedir a entrada de solo. Quando introduzido no terreno, o trado promove a desagregação do solo que penetra entre as hastes da hélice (JOPPERT JUNIOR, 2007).

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Após alcançada a profundidade desejada, inicia-se a concretagem. Bombeia-se o concreto de maneira contínua através do tubo central do trado, o qual é retirado concomitantemente sem girar, ou girando lentamente no mesmo sentido da perfuração. A velocidade de extração do trado deve ser tal que a pressão no concreto introduzida no furo seja mantida positiva (acima do valor mínimo desejado). A pressão do concreto deve garantir que todos os espaços vazios deixados pela hélice sejam preenchidos (VELLOSO; LOPES, 2010).

O preenchimento da estaca se dá até a superfície do terreno, pouco acima da cota de arrasamento, sendo que, de acordo com o tipo de solo, pode-se interromper a concretagem e sacar o trado arrasando a estaca um pouco mais abaixo (JOPPERT JUNIOR, 2007).

O concreto utilizado no enchimento das estacas é composto por areia, pedrisco e cimento com consumo entre 380 e 450 kg/m³ e slump de 22 ± 2 cm (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Após de executada a concretagem, deve-se limpar o solo proveniente da escavação que fica depositado no topo da estaca. A remoção deste material geralmente é realizada com o auxílio de escavadeira hidráulica (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Devido ao processo executivo da estaca Hélice Contínua, a armadura é colocada após o término da concretagem. A gaiola de armadura é introduzida manualmente por operários, ou com auxílio de um peso ou ainda, com o uso de um vibrador (VELLOSO; LOPES, 2010).

Estacas submetidas apenas a esforços de compressão levam uma armadura no topo com quatro metros de comprimento abaixo da cota de arrasamento. Nos casos de estacas submetidas a esforços transversais ou de tração, é possível introduzir uma armadura de maior comprimento, sendo que armaduras de 12 até 18 m já foram introduzidas neste tipo de caso (VELLOSO; LOPES, 2010).

A armação deve ser composta por bitolas grossas para facilitar a introdução da armadura ao concreto. Devem ser utilizados roletes de plástico nas laterais da gaiola para garantir o cobrimento mínimo de concreto (JOPPERT JUNIOR, 2007).

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Além das providências citadas anteriormente, deve-se ficar atento ao slump do concreto utilizado pois, o mesmo é fator de grande influência na introdução das armaduras (JOPPERT JUNIOR, 2007).

A Tabela 4 apresenta valores de abatimento do concreto a serem seguidos, visando facilitar a introdução da gaiola na estaca.

Tabela 4 – Abatimento de concreto para estaca Hélice Contínua

L - Comprimento da armação (m) Valor mínimo slump (cm)

L < 3,00 20

3,00 < L < 6,00 22

6,00 < L < 9,00 24

9,00 < L < 12,00 26

O controle de execução dessas estacas pode ser monitorado eletronicamente, através de um computador ligado a sensores instalados na máquina. Como resultados da monitoração, são obtidos os seguintes elementos:

 Comprimento das estacas;  Inclinação;

 Torque;

 Velocidade de rotação;

 Velocidade de penetração do trado;  Pressão no concreto;

 Velocidade de extração do trado;

 Volume de concreto (apresentado em geral como perfil da estaca);

 Sobreconsumo de concreto (percentual entre o volume consumido e o calculado com base no diâmetro da estaca) (VELLOSO; LOPES, 2010). A análise e interpretação dos dados apresentados (Figura 8), permite avaliar a qualidade da estaca executada (VELLOSO; LOPES, 2010).

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Figura 8 – Folha de controle de execução de estaca Hélice Contínua Fonte: Velloso; Lopes, 2010.

As principais vantagens das estacas tipo Hélice Contínua são:

 Elevada produtividade, que pode variar de 150 m a 400 m por dia dependendo do diâmetro da estaca, profundidade, tipo de solo e equipamento;

 Adaptabilidade a maioria dos tipos de terreno (exceto na presença de matacões e rochas);

 Processo executivo isento de vibrações e ruídos;

 Não geração de detritos poluídos por lama betonítica reduzindo os problemas ligados a disposição final destes materiais (HACHICH, 1998). Em relação a desvantagens deste tipo de estaca, temos:

 A área de trabalho deve ser plana devido ao porte dos equipamentos de execução;

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 Necessidade de central de concreto nas proximidades devido a alta produtividade;

 Necessidade de pá-carregadeira para auxiliar na limpeza da área de trabalho;

 É necessário um número mínimo de estacas que seja compatível a mobilização dos equipamentos envolvidos;

 Limitações no comprimento da estaca e das armaduras (HACHICH, 1998).

2.3.2.3 Estaca Strauss

A estaca tipo Strauss é uma estaca de concreto moldada in loco que requer um equipamento relativamente simples. A qualidade deste tipo de estaca é reflexo direto da equipe que a executa (VELLOSO; LOPES, 2010).

São executadas com o uso de revestimento metálico recuperável, de ponta aberta, o qual permite a escavação do solo em seu interior com o auxílio de uma sonda, também chamada de piteira (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Os equipamentos utilizados para a execução das estacas tipo Strauss são (figura 4):

 Tripé de madeira ou aço;

 Guincho de 1 tf acoplado a um motor a explosão ou elétrico;

 Sonda de percussão munida de válvula em sua extremidade para a retirada de terra;

 Soquete com peso entre 150 e 300 quilos;

 Tubo de revestimento metálico com elementos de 2,00 a 3,00 metros de comprimento, rosqueáveis entre si;

 Guincho manual para retirada da tubulação;

 Roldanas, cabos e demais ferramentas (JOPPERT JUNIOR, 2007). O diâmetro das tubulações utilizadas para a execução das estacas, bem como o diâmetro final das estacas (nominal), são indicados na Tabela 5:

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Tabela 5 – Diâmetro das estacas Strauss

Diâmetro nominal (cm)

Diâmetro interno da

tubulação (cm) Diâmetro da coroa (cm)

25 20

32 25 24

38 30 30

45 38 35

55 48 43

O processo executivo das estacas tipo Strauss segue as seguintes etapas:  Perfuração;

 Concretagem;

 Armação (JOPPERT JUNIOR, 2007).

A perfuração se inicia posicionando o tripé, buscando centralizar o soquete, preço no cabo de aço, com o piquete de locação da futura estaca. Em seguida, é iniciada a perfuração com o soquete até se atingir a profundidade de 1,00 a 2,00 metros. Este furo inicial servirá de guia para a introdução do primeiro tubo, dentado na extremidade inferior, denominado coroa (vide figura 5). Antes da introdução da coroa, deve-se verificar se ocorreram excentricidades na pré-escavação (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Com a implantação da coroa, substitui-se o soquete pela sonda de percussão, que através de golpes sucessivos e com o auxílio de água, vai retirando o solo do interior da tubulação e abaixo da coroa (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Após a escavação interna da coroa, impele-se golpes de impacto no topo da tubulação de revestimento, a qual é introduzida no solo. Quando esta estiver toda cravada, rosqueia-se um novo segmento de tubulação, dando início novamente ao processo de escavação pelo uso da sonda. O processo se repete até que seja atingida uma camada de solo resistente e/ou que se tenha um comprimento de estaca considerado suficiente para a garantia de carga de trabalho da mesma (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Após o fim da etapa de escavação, executa-se a limpeza da água e lama acumulada na estaca, para então iniciar-se a concretagem (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Inicia-se a concretagem, substituindo a sonda pelo soquete. Lança-se no interior do tubo uma quantidade de concreto suficiente para se ter uma coluna de

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aproximadamente 1,00 metro. Sem puxar a tubulação, apiloa-se o concreto com o objetivo de se melhorar a ponta da estaca com a formação de uma pequena base. Em seguida, executa-se o fuste, onde o concreto é lançado e apiloado de maneira paulatina com a retirada concomitante do revestimento metálico (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Para se garantir a continuidade do fuste da estaca, mantem-se dentro da tubulação, durante o apiloamento, uma coluna de concreto suficiente para que o mesmo ocupe todo o espaço perfurado. O tubo de revestimento deve ser retirado sempre se verificando a marca no cabo, que garante uma altura de segurança de concreto no interior do tubo, impedindo a entrada de material indesejado (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Utiliza-se nas estacas Strauss concreto dosado em obra com consumo mínimo de 350 kg/m³. Sua consistência deve ser plástica, o que garante o preenchimento da perfuração e a retirada do revestimento sem que ocorram descontinuidades no fuste devido a aderência do concreto na parede interna dos tubos (JOPPERT JUNIOR, 2007).

A concretagem é levada até se ultrapassar um pouco a cota de arrasamento da estaca, buscando garantir, até esta cota, que o concreto tenha boa qualidade (VELLOSO; LOPES, 2010).

Quanto à armação, em estacas que trabalham apenas à compressão, implanta-se no topo da estaca barras de pequeno comprimento, que ficam embutidas 50 cm no concreto e 50 cm além do seu arrasamento. A função desta armadura é apenas promover o ligamento das estacas ao bloco de coroamento (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Caso as estacas trabalhem à flexão, o diâmetro da estaca deve ser de no mínimo 32 cm, devendo ser previstas emendas na armadura longitudinal a cada 6,00 metros de estaca, viabilizando assim o içamento da armadura com o tripé (JOPPERT JUNIOR, 2007).

As estacas Strauss não provocam vibrações em seu processo executivo, evitando danos as construções vizinhas, mesmo nos casos em que estas se encontrem em situações precárias (ALONSO, 2010).

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Apresentam grande vantagem pela leveza e simplicidade do equipamento utilizado. Devido a isso, podem ser empregadas em locais confinados, terrenos acidentados e ainda no interior de construções existentes, com pé direito reduzido (JOPPERT JUNIOR, 2007).

A execução deste tipo de estaca requer um grande cuidado quando se trabalha na presença de lençol d’água, sendo desaconselhável o seu uso nestes casos. Caso ao final da perfuração exista água no fundo do furo, que não possa ser retirada pela sonda, deve-se lançar um volume de concreto seco a fim de se obturar o furo. Nestes casos, deve-se desconsiderar a resistência de ponta da estaca (VELLOSO; LOPES, 2010).

2.3.3 Capacidade de Carga Axial de Estacas

A capacidade de carga contra a ruptura, de um elemento de fundação, é aquela que quando aplicada ao mesmo provoca o colapso do solo que lhe fornece o suporte, ou do próprio elemento de fundação. Logo, a capacidade de carga é obtida pelo menor dos dois valores:

 Resistência estrutural do material (ou materiais) que compõe o elemento de fundação;

 Resistência do solo que dá suporte ao elemento (ALONSO, 2010).

Geralmente o solo é o elo mais fraco desse binômio, o que explica por que um mesmo elemento de fundação, quando instalado em diferentes profundidades de um mesmo solo, apresenta diferentes capacidades de carga e, consequentemente, diferentes cargas admissíveis. O mesmo ocorre quando instalamos o mesmo elemento estrutural, de mesmo comprimento e profundidade de assentamento, em solos diferentes. Por essa razão, não se deve prefixar a carga admissível de elementos de fundação, o que é comum em empresas que trabalham com estacas. O que se pode prefixar apenas é a carga máxima das estacas do ponto de vista estrutural, sendo a carga admissível condicionada ao tipo de solo e a profundidade de instalação das mesmas (ALONSO, 2010).

(44)

2.3.3.1 Métodos Semi-empíricos

Pode-se estimar a capacidade de carga de uma estaca através de correlações de ensaios executados em campo tipo SPT e CPT (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Grande parte dos métodos utiliza a equação (2) para o cálculo da resistência total:

𝑅𝑡 = 𝑅𝑝 + 𝑅𝑙 (2)

Onde:

Rt – resistência total (Kg ou tf ou kN); Rl – resistência lateral (Kg ou tf ou kN);

Rp – resistência de ponta (Kg ou tf ou kN) (JOPPERT JUNIOR, 2007). A resistência lateral é calculada conforme a equação (3):

𝑅𝑙 = 𝑟𝑙×𝑈𝑙×𝐿 (3)

Onde:

rl – resistência unitária lateral (kg/cm² ou tf/m² ou kN/m²); Ul – perímetro lateral da estaca (cm ou m);

L – profundidade da estaca (cm ou m) (JOPPERT JUNIOR, 2007). Por fim, a resistência de ponta é calculada através da equação (4):

𝑅𝑝 = 𝑟𝑝×𝐴𝑝 (4)

Onde:

rp – resistência unitária de ponta (kg/cm² ou tf/m² ou kN/m²);

Ap – área da ponta da estaca (cm² ou m²) (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Percebe-se que os métodos visam estimar a resistência unitária lateral e a resistência unitária de ponta, sendo os demais parâmetros, características geométricas da estaca (JOPPERT JUNIOR, 2007).

(45)

2.3.3.2 Aoki e Velloso

Proposto pelos engenheiros Nelson Aoki e Dirceu Velloso, o método estima a resistência unitária lateral e a resistência unitária de ponta através dos resultados do ensaio de CPT, conforme as equações (5) e (6) (JOPPERT JUNIOR, 2007):

𝑟𝑙 = (𝑞𝑐×α) 𝐹2 (5) 𝑟𝑝 = 𝑞𝑐 𝐹1 (6) Onde:

qc – resultado médio da resistência de ponta do cone de ensaio de CPT da camada de solo em análise;

α – fator de correção da resistência de ponta e resistência lateral do cone de ensaio CPT (depende do tipo de solo);

F1 e F2 – coeficientes que dependem do tipo de estaca (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Os valores dos coeficientes F1 e F2 são apresentados na Tabela 6 (JOPPERT JUNIOR, 2007):

Tabela 6 – Coeficientes que dependem do tipo de estaca

Estaca F1 F2

Pré-moldada 1,75 3,50

Escavada 3,00 6,00

Franki 2,50 5,00

Fonte: Aoki e Velloso (19751_{, p. 367-376 apud JOPPERT JUNIOR, 2007, p. 127).}

1_{AOKI, N.; e VELLOSO, D. A. An approximate method to estimate the bearing capacity of piles. In: PAN}

(46)

Em 1970, quando o método foi proposto, foram introduzidas as estacas tipo raiz e ainda não executavam estacas tipo hélice. Em três trabalhos de final de curso na UFRJ (de Rafael Francisco G. Magalhães, em 1994, Gustavo S. Raposo e Marcio Andre D. Salem, em 1999), foram feitas avaliações do método para os novos tipos de estacas. Os valores de F1 = 2,0 e F2 = 4,0 conduziram a bons resultados, ligeiramente conservadores, para as estacas tipo raiz, hélice e ômega (VELLOSO; LOPES, 2010). A resistência lateral será o somatório das resistências de cada parcela de solo, conforme a equação (7) (JOPPERT JUNIOR, 2007):

𝑅𝑙 = ∑𝑖×(𝑟𝑙𝑖×𝑈×𝛥𝐿𝑖) (7)

Quando se utiliza o SPT para o cálculo de Rl e Rp, utiliza-se a equação (8) (JOPPERT JUNIOR, 2007):

𝑞𝑐 = 𝐾×(𝑆𝑃𝑇) (8)

Onde:

SPT – NSPT da camada em análise (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Conforme apresentado acima, o método utiliza-se dos coeficientes K e α que variam de acordo com o solo, seus valores são apresentados na Tabela 7 (JOPPERT JUNIOR, 2007):

(47)

Tabela 7 – Coeficientes que dependem do tipo de solo

Solo K α Areia 1000 1,4 Areia siltosa 800 2,0 Areia silto-argilosa 700 2,4 Areia argilosa 600 3,0 Areia argilo-siltosa 500 2,8 Silte 400 3,0 Silte arenoso 550 2,2

Silte arenoso argiloso 450 2,8

Silte argiloso 230 3,4 Silte argilo-arenoso 250 3,0 Argila 200 6,0 Argila arenosa 350 2,4 Argila areno-siltosa 300 2,8 Argila siltosa 220 4,0 Argila silto-arenosa 330 3,0

Fonte: Aoki e Velloso (19752_{, p. 367-376 apud JOPPERT JUNIOR, 2007, p. 127).}

Após determinarmos a resistência total da estaca, deve-se aplicar o seguinte fator de segurança, conforme a equação (9) (JOPPERT JUNIOR, 2007):

𝑅𝑎𝑑𝑚 = 𝑅𝑡 2,0

(9)

Vale a pena salientar que, o fator de segurança 2,0, mostrado na equação (9) está de acordo com o estabelecido pela NBR 6122, item 6.2.1.2.1.

2.4 ORÇAMENTO

Para se montar um orçamento necessita-se conhecer quais são os coeficientes de produtividade da mão-de-obra, o consumo de materiais e o consumo horário dos equipamentos envolvidos no serviço (TCPO, 2003).

Segundo a Tabela de Composições de Preços para Orçamentos (TCPO):  Composições: são serviços de obra que necessitam de insumos para

serem realizados. São mensurados por unidade de serviço.

2_{AOKI, N.; e VELLOSO, D. A. An approximate method to estimate the bearing capacity of piles. In: PAN}

(48)

 Insumos: são itens como materiais, mão-de-obra e os demais equipamentos necessários para se executar uma composição. Os insumos apresentam uma unidade de medida e um coeficiente de consumo de acordo com a composição que estão inseridos.

2.4.1 Blocos sobre Estacas

A Paraná Edificações, é uma entidade autárquica, vinculada à Secretaria de Estado de Infraestrutura e Logística (SEIL). Tem por finalidade o planejamento, a coordenação e a execução, centrada no desenvolvimento sustentável, de projetos, obras e serviços de engenharia de edificações (PARANÁ EDIFICAÇÕES, 2016).

Para a execução dos blocos são necessários serviços de escavação, fôrmas, armaduras e concreto, cujo composições são apresentadas abaixo.

2.4.1.1 Escavação

Escavação manual de vala em argila até 1,5 m, excluindo esgotamento e escoramento (PARANÁ EDIFICAÇÕES, 2015). A composição adotada é apresentada na Tabela 8.

Tabela 8 – Escavação manual de vala – unidade m³

Insumos Unidade Coeficiente

Servente h 4,800

Fonte: Paraná Edificações (2015).

2.4.1.2 Fôrmas

Fôrma de tábua para concreto em fundação sem reaproveitamento (PARANÁ EDIFICAÇÕES, 2015). A composição adotada é apresentada na Tabela 9.