“ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA: ASPECTOS DE

PROJETO, EXECUÇÃO E CONTROLE”

Prof. Alexandre Duarte Gusmão (Eng. Civil, D.Sc.) Universidade de Pernambuco

Centro Federal de Educação Tecnológica de PE Gusmão Engenheiros Associados Ltda

APRESENTAÇÃO

• Introdução • Aspectos de Execução • Aspectos de Controle • Aspectos de Projeto • Casos de Obras na Cidade do Recife • Conclusões

1) INTRODUÇÃO

Demandas Atuais:

• Vibrações e Ruídos: problemas em áreas urbanas.

• Camadas Intermediárias Resistentes: comumente encontradas em Recife.

• Edifícios Altos: elevadas cargas verticais e horizontais.

• Produtividade: custos fixos e de mão-de-obra.

Desenvolvimento de Novas Tecnologias:

Estacas Hélice Contínua Monitorada

2) ASPECTOS DE EXECUÇÃO 2.1) Equipamento

• Desenvolvido nos Estados Unidos na Década de 50.

• Características técnicas:

CARACTERÍSTICAS UNIDADE CAPACIDADE Torque kN.m 150 – 250

Diâmetro da Estaca mm 1200 Comprimento m 28

Tração kN 400 – 700

Detalhe Esquemático do Equipamento

• Monitoração Eletrônica (Sistema Taracord):

Sensor de Inclinação: verticalidade em relação aos eixos do plano do terreno. Sensor de Profundidade: comprimento da estaca, velocidade de penetração e extração do trado. Sensor de Torque: capacidade do trado. Sensor de Velocidade de Rotação Sensor de Pressão do Concreto: deve ser sempre positiva. Sensor de Volume de Concreto: sobreconsumo de material.

Detalhe do Taracord

Relatório do Taracord

2.2) Introdução do Trado • Trado helicoidal circundante a uma haste tubular com

tampa metálica provisória.

• Penetração contínua até a profundidade especificada, através de rotação imposta por mesa giratória de alta capacidade.

• Solo é contido entre as hastes do trado.

• A velocidade de rotação do trado deve ser compatível com a sua velocidade de penetração, para se evitar o desconfinamento do solo circundante.

Detalhe do Trado

2.3) Concretagem • Concreto fluido (slump de 22 ± 2 cm).

• Uso de caminhão betoneira e bomba de concreto.

• Preenchimento de toda a haste tubular do trado.

• Levantamento do trado (cerca de 30 cm), para permitir a expulsão da tampa metálica.

• Retirada do trado de forma lenta e contínua, sempre com pressão positiva e sobreconsumo de concreto.

Detalhe da Concretagem da Estaca

2.4) Colocação da Armadura

• A armadura é colocada após a concretagem da estaca.

• Normalmente a armadura tem apenas a função de garantir a integridade da estaca durante o seu arrasamento.

• Normalmente a armadura é colocada manualmente, ou com auxílio de peso (pilão ou pá carregadeira).

• O intervalo entre o final da concretagem e a colocação da armadura deve ser o menor possível.

• Comprimento normal da armadura de até 12 m.

Detalhe da Colocação da Armadura

2.5) Arrasamento das Estacas • Norrmalmente é feito manualmente com ponteiro,

trabalhando com pequena inclinação para cima.

• Pode ser utilizado martelete leve (elétrico), tomando-se os mesmos cuidados quanto à inclinação.

• Se na cota de arrasamento, o concreto não apresentar boa qualidade, o arrasamento deve prosseguir, com posterior concretagem da estaca até a cota de arrasamento.

Detalhe do Arrasamento das Estacas

3) ASPECTOS DE CONTROLE 3.1) Materiais

• Concreto:

Resistência Característica a Compressão (fck): 20 MPa Consumo Mínimo de Cimento: 400 kg/m3 de concreto Slump Test: 22 ± 2 cm Fator Água-Cimento (a/c): 0,55 Agregados: areia e pedrisco

• Armadura:

DIÂMETRO MÍNIMO DA ARMADURA (mm)

DIÂMETRO DA ESTACA

(mm) LONGITUDINAL TRANSVERSAL 250 – 400 12,5 – 16,0 6,3 passo 15 cm 500 – 700 16,0 – 20,0 8,0 passo 20 cm

800 – 1000 20,0 – 22,0 8,0 passo 20 cm

3.2) Controle Durante a Execução da Estaca

• A velocidade de rotação do trado deve ser compatível com a sua velocidade de penetração, para se evitar o desconfinamento do solo circundante.

• A pressão do concreto deve ser sempre positiva em solos resistentes; no caso de solos moles, a pressão pode ser zero ou até mesmo negativa.

• Deve haver sobreconsumo de concreto (10 a 30 %).

• Deve ser deixado um intervalo de pelo menos 12 horas na execução de estacas com distâncias inferiores a 5 vezes o seu diâmetro.

3.3) Controle Após a Execução da Estaca

• Integridade do Fuste:

Escavação com exame visual Sondagens rotativas com extração de testemunhos Ensaio de integridade (PIT – Pile Integrity Tester)

Ensaio de Integridade da Estaca (PIT)

• Capacidade de Carga da Estaca: Prova de carga estática: necessidade de sistema de reação.

Prova de Carga Estática

Prova de carga dinâmica: PDA (Pile Driving Analyser)

Prova de Carga Dinâmica (PDA)

4) ASPECTOS DE PROJETO 4.1) Requisitos Básicos de Projeto

EQUILÍBRIO

ANTES

?

=>

REQUISITOSDE PROJETO

ESTABILIDADE

DEFORMAÇÕESTOLERÁVEIS

DURABILIDADE

ELEMENTO

TERRENO

DANOSESTÉTICOS

DANOSFUNCIONAIS

DANOSESTRUTURAIS

4.2) Carga Admissível – Elemento Estrutural

• Carga Vertical de Compressão (Velem):

Resistência característica do concreto (fck): 20 MPa Coeficiente de majoração da carga: γf = 1,4 Coeficiente de minoração do concreto: γc = 1,8 Desprezada a contribuição da armadura

MPafckfckAVcf

elemcf

celem 75,685,085,0

=⋅⋅

=∴⋅

⋅⋅=

γγσ

γγ

DIÂMETRO DA ESTACA

(mm)

ÁREA DA SEÇÃO TRANSVERSAL

(cm2)

DISTÂNCIA ENTRE EIXOS

(cm)

CARGA ADMISSÍVEL

(kN) 250 491 65 300 300 707 75 450 350 962 90 600 400 1257 100 800 500 1964 130 1300 600 2827 150 1800 700 3848 175 2400 800 5027 200 3200 900 6362 225 4000 1000 7854 250 5000

• Carga Vertical de Tração (Telem):

Desprezada a contribuição do concreto Resistência característica do aço (fyk): 500 MPa (CA-50) Fator de segurança global igual a 2: NBR-6122/96 Deve ser deduzido 2 mm do diâmetro das barras de aço (efeito da corrosão)

2fykAT s

elem⋅

=

4.3) Carga Admissível – Terreno de Fundação

• Método de Antunes-Cabral (1996)

Baseado em correlações com o ensaio SPT Fator de segurança global igual a 2

Rp

Vrup

1

2

n

...

Rl1

Rl2

Rln

NSPT

PROF.

N1

N2

Nn

Rli NiLiΔ

pLrup RRV +=

( )2

pLrupadm

RRFS

VV

+==

2Lrup

admR

FST

T ==

Resistência por Atrito Lateral (RL):

∑ ⋅Δ⋅=⋅=∴=n

LiiLiLiLiLiL rLUrARRR1

iiLi NBr ⋅= ,1

Onde: B1,i = fator de correlação = f (solo) ⇒ Tabela Ni = média aritmética do NSPT na camada i

Resistência por Ponta (Rp):

ppp rAR ⋅=

MPaNBr pp 42 ≤⋅=

Onde: B2 = fator de correlação = f (solo) ⇒ Tabela Np = valor do NSPT na ponta da estaca

TIPO DE SOLO

B1 (kPa)

B2 (kPa)

Areia 4,0 – 5,0 200 – 250 Silte 2,5 – 3,5 100 – 200

Argila 2,0 – 3,5 100 – 150

Carga admissível de Compressão (Vadm):

Carga admissível de Tração (Tadm):

( ) 2pLadm RRV +≤ Ladm RV ⋅≤ 25,1

2Ladm RT ≤

• Método de Alonso (1996)

Baseado em correlações com o ensaio SPTT Fator de segurança global igual a 2

Rp

Vrup

1

2

n

...

NSPT

PROF.

NRl L

Torque

Tmax

TmaxTmin

pLrup RRV +=

( )2

pLrupadm

RRFS

VV

+==

2Lrup

admR

FST

T ==

Resistência por Atrito Lateral (RL):

LiLiLL rLUrAR ⋅⋅=⋅=

kPamkgfTkParL 200).(53,3)( max ≤⋅=

Onde: Tmax = média aritmética do torque máximo medido no Ensaio SPTT (penetração de 45 cm) ao longo da estaca, tomando-se os valores acima de 56 kgf.m como iguais a 56 kgf.m.

No caso de não ser disponível o torque, pode-se considerar:

kPaNkParL 20024,4)( ≤⋅=

Onde: Tmax = média aritmética do NSPT ao longo da estaca, tomando-se os valores acima de 47 como iguais a 47.

Resistência por Ponta (Rp):

ppp rAR ⋅=

( )2

)2(min

)1(min TTrp

+⋅= β

Onde: Tmin(1) = média aritmética do torque mínimo no trecho

8D (oito vezes o diâmetro) acima da ponta da estaca. Tmin

(2) = média aritmética do torque mínimo no trecho 3D (três vezes o diâmetro) abaixo da ponta da estaca.

β = fator de correlação = f (solo) ⇒ Tabela

No caso de não ser disponível o torque, pode-se considerar:

mkgfNmkgfT SPT .40).(min ≤=

TIPO DE SOLO

β (kPa / kgf.m)

Areia 200 Silte 150

Argila 100

Carga admissível de Compressão (Vadm):

Carga admissível de Tração (Tadm):

( ) 2pLadm RRV +≤ Ladm RV ⋅≤ 25,1

2Ladm RT ≤

CONCLUSÕES

• Inovação tecnológica: ruídos e vibrações; elevada produtividade.

• Execução: sistema de monitoração eletrônica ainda

apresenta uma série de limitações (confiabilidade). • Controle: importância do controle tecnológico do

concreto, e da qualidade do produto acabado (ensaios não destrutivos: PIT e PDA).

• Projeto: importância da sondagem; trabalha

fundamentalmente por atrito lateral (necessidade de grandes comprimentos).

• Limitações: comprimentos de até 24 m; elevado custo

para obras de pequeno porte. • Obras em Recife: resultados satisfatórios; correlações

entre o torque e NSPT no ensaio SPTT.