Estaca é um elemento construtivo utilizado para fundação de obras, que permite a transferência de cargas para um estrato resistente do solo, quando está em uma profundidade tal que inviabiliza técnica ou economicamente uma fundação mais convencional utilizando sapatas "Footing (fundação)") ou lajes.
Tem a forma de uma coluna "Coluna (arquitetura)") colocada verticalmente no interior do solo sobre a qual repousa o elemento que transmite as cargas (pilar, capeamento, laje...) e que transmite a carga ao solo por fricção do fuste com o solo, apoiando a ponta em camadas mais resistentes ou por ambos os métodos ao mesmo tempo.
Tipos de pilhas
Primeiras pilhas
É o tipo de estaca mais antigo, geralmente feito de madeira, e foi inventado para fazer fundações em áreas com solo úmido, lençóis freáticos altos ou áreas alagadas. Eram feitos de madeira, troncos simplesmente desprovidos de casca, e sua capacidade de suporte era destacada quer pelo alcance de uma camada de solo suficientemente resistente, quer pelo atrito da estaca com o solo. Um exemplo bem conhecido é a cidade de Tenochtitlan, parte da atual Cidade do México, construída no leito do Lago Texcoco.
Estacas de substituição
O nome é aplicado quando o método construtivo consiste em fazer um furo no solo que, uma vez finalizado, será reforçado por dentro e posteriormente preenchido com concreto.
Às vezes, o material sobre o qual está sendo assentado é um solo friccional (como areia, materiais grossos e lodo, que podem ser considerados materiais friccionais por possuírem uma estrutura coesiva tão frágil, qualquer movimento como o produzido pela broca ou ferramenta durante a perfuração ou a simples presença de água no solo, entre outros, faz com que essa coesão se rompa e o material funcione como solo friccional); É por isso que os colapsos ocorrem dentro das paredes da perfuração. Este fenômeno é chamado de “queda” e, portanto, vários métodos são utilizados para evitar que isso ocorra.
Pela forma como é realizada a concretagem, distinguem-se basicamente dois tipos de estacas: estacas de extração e estacas de deslocamento. Uma estaca de extração é feita extraindo o solo, enquanto a estaca de deslocamento é feita compactando-o. Em ambos os casos, são utilizadas diferentes técnicas para manter a estabilidade das paredes de escavação.
Cais de fundação
Introdução
Em geral
Estaca é um elemento construtivo utilizado para fundação de obras, que permite a transferência de cargas para um estrato resistente do solo, quando está em uma profundidade tal que inviabiliza técnica ou economicamente uma fundação mais convencional utilizando sapatas "Footing (fundação)") ou lajes.
Tem a forma de uma coluna "Coluna (arquitetura)") colocada verticalmente no interior do solo sobre a qual repousa o elemento que transmite as cargas (pilar, capeamento, laje...) e que transmite a carga ao solo por fricção do fuste com o solo, apoiando a ponta em camadas mais resistentes ou por ambos os métodos ao mesmo tempo.
Tipos de pilhas
Primeiras pilhas
É o tipo de estaca mais antigo, geralmente feito de madeira, e foi inventado para fazer fundações em áreas com solo úmido, lençóis freáticos altos ou áreas alagadas. Eram feitos de madeira, troncos simplesmente desprovidos de casca, e sua capacidade de suporte era destacada quer pelo alcance de uma camada de solo suficientemente resistente, quer pelo atrito da estaca com o solo. Um exemplo bem conhecido é a cidade de Tenochtitlan, parte da atual Cidade do México, construída no leito do Lago Texcoco.
Estacas de substituição
O nome é aplicado quando o método construtivo consiste em fazer um furo no solo que, uma vez finalizado, será reforçado por dentro e posteriormente preenchido com concreto.
Às vezes, o material sobre o qual está sendo assentado é um solo friccional (como areia, materiais grossos e lodo, que podem ser considerados materiais friccionais por possuírem uma estrutura coesiva tão frágil, qualquer movimento como o produzido pela broca ou ferramenta durante a perfuração ou a simples presença de água no solo, entre outros, faz com que essa coesão se rompa e o material funcione como solo friccional); É por isso que os colapsos ocorrem dentro das paredes da perfuração. Este fenômeno é chamado de “queda” e, portanto, vários métodos são utilizados para evitar que isso ocorra.
Os tipos de estacas in situ estão incluídos nas Normas de Tecnologia de Construção.[1].
Geralmente como estacas rasas trabalhando por ponta, apoiadas em rocha ou camadas duras (estrato firme) do terreno, após cruzar camadas moles. Também como pilotagem trabalhando por eixo e ponta em terrenos granulares médios ou soltos, ou em terrenos com alternância de camadas coerentes e granulares de alguma consistência.
Este tipo de estaca é executado escavando o terreno e utilizando uma manga (tubo metálico como cofragem), que evita o desabamento da escavação. Concluída a concretagem e à medida que a estaca é concretada, a manga é retirada gradativamente, podendo ser reutilizada novamente.
Geralmente como estacas rasas, trabalhando a partir da ponta, apoiadas em rocha. Também como pilotagem trabalhando por eixo em terreno coerente e de consistência firme, praticamente homogêneo.
É executado utilizando o mesmo sistema da extração in situ com tubulação recuperável, com a diferença de que a camisa metálica não é extraída, mas permanece permanentemente fixada à estaca.
Geralmente como estacas trabalhando por ponta apoiada em rocha ou camadas duras de terreno e sempre que camadas de terreno fino incoerente são atravessadas na presença de água, ou há fluxo de água e em alguns casos com camadas de terreno macio e coerente; quando existem camadas agressivas ao concreto fresco. A camisa será utilizada para proteger uma seção das estacas exposta à ação de um solo agressivo, concreto fresco ou fluxo de água. O comprimento do tubo que constitui a camisa será tal que, suspenso na boca da perfuração, fique dois diâmetros abaixo da camada perigosa.
Trata-se de uma estaca de extração, em que a estabilidade da escavação é confiada à ação das lamas tixotrópicas.
Geralmente como pilotagem trabalhando a partir da ponta, apoiada em rocha ou camadas duras de terreno. Ao passar por camadas moles que permanecem livres de descolamentos por efeito de lama.
Geralmente como pilotagem trabalhando a partir da ponta, apoiada por uma camada de terreno duro e coerente. Também como pilotagem trabalhando por fuste em terreno coerente de consistência firme praticamente homogênea ou terreno coerente de consistência média em que não ocorram descolamentos das paredes.
Geralmente como pilotagem trabalhando a partir da ponta, apoiada em rocha ou camadas duras de terreno. Também como pilotagem trabalhando por eixo e ponta em terrenos de compactação ou consistência média, ou em terrenos com alternância de camadas coerentes e granulares de alguma consistência.
São estacas por deslocamento da terra por meio de trado contínuo. Posteriormente, a concretagem é realizada por bombeamento através do tubo central existente no interior do sem-fim.
Este sistema é apropriado para solos moles e instáveis e com presença de água. A armadura é introduzida depois de perfurada e concretada a estaca, o que cria a desvantagem de que, devido à densidade do concreto, o comprimento da armadura não ultrapassa 7,00-9,00 m.
estacas cravadas
Consiste na introdução no solo de elementos pré-fabricados de concreto ou perfis metálicos por meio de empilhadeiras.
Esses elementos são colocados verticalmente na superfície do solo e posteriormente “cravados” no chão por meio de golpes de “martelo”. Isso faz com que o elemento desça, penetrando no solo, tarefa que continua até que a profundidade do estrato resistente seja atingida e a “rejeição” do solo ocorra no caso de uma estaca que trabalha a partir da “ponta”, ou atinge a profundidade de projeto, no caso de uma estaca que funciona a partir do “fuste” (estaca flutuante).
estacas pré-fabricadas
As estacas pré-moldadas pertencem à categoria de fundações profundas, também são conhecidas pelo nome de estacas pré-moldadas; Podem ser construídos em concreto armado comum ou concreto protendido.
As estacas convencionais de concreto armado são utilizadas para trabalhar em compressão; Os de concreto protendido funcionam bem na tração, sendo utilizados para estacas pranchas e quando devem ser submersos na água. Essas estacas são cravadas no solo por meio de golpes de martelo ou de pá metálica equipada para cravar a estaca.
Sua seção geralmente é quadrada e suas dimensões são normalmente 30 × 30 cm ou 45 × 45 cm. Também são construídos com seções hexagonais em casos especiais. São compostos por dois reforços: um longitudinal com separação de 5 cm ao longo de um metro de comprimento. A ponta é reforçada com uma peça metálica especial para facilitar a condução.
Estacas excêntricas
As estacas excêntricas são aquelas que se situam fora dos eixos dos pilares e as que podem ser contratadas em edifícios urbanos de estrutura reticular, oferecendo vantagens substanciais sobre as tradicionais instaladas a céu aberto antes da implantação do edifício, moldadas no local ou pré-fabricadas cravadas com golpes de martelo e coincidentes com os eixos, o que, por outras palavras, significa que as estacas excêntricas podem ser instaladas após o início da construção do edifício. Quando já tem algum peso, é utilizado como lastro livre para dar a reação de acionamento ao equipamento hidráulico, que é compacto, silencioso, sem vibrações, limpo e com maior capacidade que aquela dada com golpes de martelo.
As substanciais vantagens financeiras a favor do proprietário e de engenharia a favor dos técnicos participantes, pela simples alteração da localização das estacas, são as seguintes:
Microestacas
As principais diferenças entre uma estaca de concreto in loco convencional e uma microestaca estão no processo de execução e no tamanho do elemento. As microestacas são geralmente metálicas com diâmetro não superior a 350 mm. Sua vantagem em relação às estacas convencionais é que os equipamentos necessários para sua execução são muito mais leves e permitem acesso a locais onde as máquinas necessárias para fazer estacas não conseguiriam chegar. Além disso, as microestacas são concretadas com um processo de injeção de concreto através de um tubo que vai do topo até a base da microestaca, e uma estaca pode ser concretada com processos mais simples como a introdução do concreto pelo topo e, por efeito da gravidade, descendo até o fundo. Isto é conseguido porque o diâmetro da estaca é maior e há menos chance de o concreto ficar entupido.
Princípio de funcionamento
As estacas transmitem as cargas que recebem da estrutura para o solo através de uma combinação de atrito lateral (resistência do eixo) e resistência à penetração (resistência à ponta). Ambos dependem das características da estaca e do terreno, e a combinação ideal é o objeto do projeto. Para uma estaca circular, concretada in loco e apoiada cuja ponta inferior está sobre um estrato de resistência apreciável, a carga de subsidência é dada por:.
Onde:.
De referir que, como em todos os trabalhos relacionados com a engenharia geotécnica, existe um certo grau de incerteza na capacidade final de uma estaca. É por isso que boa parte da investigação que se desenvolve nesta área tem a ver com métodos que permitem o controlo de qualidade das estacas a baixo custo antes da aplicação das cargas. O método mais óbvio, porém mais caro, é fazer um teste de carga. Como métodos alternativos podemos citar: ensaios de ressonância, prensa hidráulica Osterberg, ensaios de análise de ondas, ensaios sísmicos.
Em muitos casos, as teorias que permitem estimar a resistência do eixo e a resistência da ponta são empíricas. Ou seja, são o resultado de uma análise estatística do comportamento de determinadas estacas em determinadas condições do terreno. Portanto, é de extrema importância conhecer a origem e as condições em que determinadas fórmulas de cálculo são válidas.
Precauções de construção
Colocação de concreto in loco
Deve ser especificada a distância mínima entre o bate-estacas e a colocação do concreto. Foram realizados testes que mostram que as vibrações do bate-estacas não têm efeitos adversos no concreto fresco, e o critério de estaca aberta entre as operações de perfuração e vazamento é considerado satisfatório.
A camisa, casca, tubo ou cano deve ser inspecionado imediatamente antes do enchimento com concreto e deve estar livre de materiais estranhos e conter no máximo dez centímetros de água, a menos que o método tremie de colocação de concreto seja usado. O concreto deve ser despejado em cada furo ou revestimento sem interrupção. Caso seja necessário interromper o processo de concretagem por um intervalo de tempo tal que o concreto endureça, devem ser colocados segmentos de aço na área concretada superior da estaca. Quando o vazamento for interrompido, todas as rebarbas devem ser removidas e a superfície do concreto deve ser lavada com uma argamassa fluida.
Concretagem com método tremie
O método tremie, de enchimento de fluxo reverso, é utilizado para despejar concreto através da água, quando o furo fica inundado. O concreto é carregado por moega ou bombeado, continuamente, para uma tubulação chamada tremie, deslizando para o fundo e deslocando água e impurezas para a superfície. O fundo do tremie deve ser fechado com uma válvula para evitar que o concreto entre em contato com a água. O tremie atinge o fundo do buraco antes do concreto ser derramado. A princípio deve-se levantá-lo alguns centímetros para iniciar o escoamento do concreto e garantir um bom contato entre o concreto e o fundo do furo.
Como o tremie é alto durante a concretagem, deve-se mantê-lo dentro do volume do concreto, evitando contato com água. Antes de remover completamente o tremie, deve-se despejar concreto suficiente para deslocar toda a água e o concreto diluído.
Para esvaziar a água do tremie você pode usar uma bola de borracha ou uma rolha de cortiça.
Testes de integridade para estacas
Além dos métodos diretos (inspeção visual e levantamento geotécnico), existem diversas técnicas indiretas para detectar possíveis anomalias em fundações profundas (principalmente estacas e módulos de casca).
Reparação de pilha
Em alguns casos, ocorrem problemas nas estacas devido à corrosão ou causas estruturais. Às vezes podem ser reparados por revestimento, utilizando fôrmas em formato de estaca, mas com diâmetro maior. No espaço restante podem ser instaladas hastes para reforçar a estrutura e posteriormente despejar a argamassa “Argamassa (construção)”). No caso de reparos subaquáticos, existem argamassas especiais de alta densidade que não se desintegram.
Pela forma como é realizada a concretagem, distinguem-se basicamente dois tipos de estacas: estacas de extração e estacas de deslocamento. Uma estaca de extração é feita extraindo o solo, enquanto a estaca de deslocamento é feita compactando-o. Em ambos os casos, são utilizadas diferentes técnicas para manter a estabilidade das paredes de escavação.
Os tipos de estacas in situ estão incluídos nas Normas de Tecnologia de Construção.[1].
Geralmente como estacas rasas trabalhando por ponta, apoiadas em rocha ou camadas duras (estrato firme) do terreno, após cruzar camadas moles. Também como pilotagem trabalhando por eixo e ponta em terrenos granulares médios ou soltos, ou em terrenos com alternância de camadas coerentes e granulares de alguma consistência.
Este tipo de estaca é executado escavando o terreno e utilizando uma manga (tubo metálico como cofragem), que evita o desabamento da escavação. Concluída a concretagem e à medida que a estaca é concretada, a manga é retirada gradativamente, podendo ser reutilizada novamente.
Geralmente como estacas rasas, trabalhando a partir da ponta, apoiadas em rocha. Também como pilotagem trabalhando por eixo em terreno coerente e de consistência firme, praticamente homogêneo.
É executado utilizando o mesmo sistema da extração in situ com tubulação recuperável, com a diferença de que a camisa metálica não é extraída, mas permanece permanentemente fixada à estaca.
Geralmente como estacas trabalhando por ponta apoiada em rocha ou camadas duras de terreno e sempre que camadas de terreno fino incoerente são atravessadas na presença de água, ou há fluxo de água e em alguns casos com camadas de terreno macio e coerente; quando existem camadas agressivas ao concreto fresco. A camisa será utilizada para proteger uma seção das estacas exposta à ação de um solo agressivo, concreto fresco ou fluxo de água. O comprimento do tubo que constitui a camisa será tal que, suspenso na boca da perfuração, fique dois diâmetros abaixo da camada perigosa.
Trata-se de uma estaca de extração, em que a estabilidade da escavação é confiada à ação das lamas tixotrópicas.
Geralmente como pilotagem trabalhando a partir da ponta, apoiada em rocha ou camadas duras de terreno. Ao passar por camadas moles que permanecem livres de descolamentos por efeito de lama.
Geralmente como pilotagem trabalhando a partir da ponta, apoiada por uma camada de terreno duro e coerente. Também como pilotagem trabalhando por fuste em terreno coerente de consistência firme praticamente homogênea ou terreno coerente de consistência média em que não ocorram descolamentos das paredes.
Geralmente como pilotagem trabalhando a partir da ponta, apoiada em rocha ou camadas duras de terreno. Também como pilotagem trabalhando por eixo e ponta em terrenos de compactação ou consistência média, ou em terrenos com alternância de camadas coerentes e granulares de alguma consistência.
São estacas por deslocamento da terra por meio de trado contínuo. Posteriormente, a concretagem é realizada por bombeamento através do tubo central existente no interior do sem-fim.
Este sistema é apropriado para solos moles e instáveis e com presença de água. A armadura é introduzida depois de perfurada e concretada a estaca, o que cria a desvantagem de que, devido à densidade do concreto, o comprimento da armadura não ultrapassa 7,00-9,00 m.
estacas cravadas
Consiste na introdução no solo de elementos pré-fabricados de concreto ou perfis metálicos por meio de empilhadeiras.
Esses elementos são colocados verticalmente na superfície do solo e posteriormente “cravados” no chão por meio de golpes de “martelo”. Isso faz com que o elemento desça, penetrando no solo, tarefa que continua até que a profundidade do estrato resistente seja atingida e a “rejeição” do solo ocorra no caso de uma estaca que trabalha a partir da “ponta”, ou atinge a profundidade de projeto, no caso de uma estaca que funciona a partir do “fuste” (estaca flutuante).
estacas pré-fabricadas
As estacas pré-moldadas pertencem à categoria de fundações profundas, também são conhecidas pelo nome de estacas pré-moldadas; Podem ser construídos em concreto armado comum ou concreto protendido.
As estacas convencionais de concreto armado são utilizadas para trabalhar em compressão; Os de concreto protendido funcionam bem na tração, sendo utilizados para estacas pranchas e quando devem ser submersos na água. Essas estacas são cravadas no solo por meio de golpes de martelo ou de pá metálica equipada para cravar a estaca.
Sua seção geralmente é quadrada e suas dimensões são normalmente 30 × 30 cm ou 45 × 45 cm. Também são construídos com seções hexagonais em casos especiais. São compostos por dois reforços: um longitudinal com separação de 5 cm ao longo de um metro de comprimento. A ponta é reforçada com uma peça metálica especial para facilitar a condução.
Estacas excêntricas
As estacas excêntricas são aquelas que se situam fora dos eixos dos pilares e as que podem ser contratadas em edifícios urbanos de estrutura reticular, oferecendo vantagens substanciais sobre as tradicionais instaladas a céu aberto antes da implantação do edifício, moldadas no local ou pré-fabricadas cravadas com golpes de martelo e coincidentes com os eixos, o que, por outras palavras, significa que as estacas excêntricas podem ser instaladas após o início da construção do edifício. Quando já tem algum peso, é utilizado como lastro livre para dar a reação de acionamento ao equipamento hidráulico, que é compacto, silencioso, sem vibrações, limpo e com maior capacidade que aquela dada com golpes de martelo.
As substanciais vantagens financeiras a favor do proprietário e de engenharia a favor dos técnicos participantes, pela simples alteração da localização das estacas, são as seguintes:
Microestacas
As principais diferenças entre uma estaca de concreto in loco convencional e uma microestaca estão no processo de execução e no tamanho do elemento. As microestacas são geralmente metálicas com diâmetro não superior a 350 mm. Sua vantagem em relação às estacas convencionais é que os equipamentos necessários para sua execução são muito mais leves e permitem acesso a locais onde as máquinas necessárias para fazer estacas não conseguiriam chegar. Além disso, as microestacas são concretadas com um processo de injeção de concreto através de um tubo que vai do topo até a base da microestaca, e uma estaca pode ser concretada com processos mais simples como a introdução do concreto pelo topo e, por efeito da gravidade, descendo até o fundo. Isto é conseguido porque o diâmetro da estaca é maior e há menos chance de o concreto ficar entupido.
Princípio de funcionamento
As estacas transmitem as cargas que recebem da estrutura para o solo através de uma combinação de atrito lateral (resistência do eixo) e resistência à penetração (resistência à ponta). Ambos dependem das características da estaca e do terreno, e a combinação ideal é o objeto do projeto. Para uma estaca circular, concretada in loco e apoiada cuja ponta inferior está sobre um estrato de resistência apreciável, a carga de subsidência é dada por:.
Onde:.
De referir que, como em todos os trabalhos relacionados com a engenharia geotécnica, existe um certo grau de incerteza na capacidade final de uma estaca. É por isso que boa parte da investigação que se desenvolve nesta área tem a ver com métodos que permitem o controlo de qualidade das estacas a baixo custo antes da aplicação das cargas. O método mais óbvio, porém mais caro, é fazer um teste de carga. Como métodos alternativos podemos citar: ensaios de ressonância, prensa hidráulica Osterberg, ensaios de análise de ondas, ensaios sísmicos.
Em muitos casos, as teorias que permitem estimar a resistência do eixo e a resistência da ponta são empíricas. Ou seja, são o resultado de uma análise estatística do comportamento de determinadas estacas em determinadas condições do terreno. Portanto, é de extrema importância conhecer a origem e as condições em que determinadas fórmulas de cálculo são válidas.
Precauções de construção
Colocação de concreto in loco
Deve ser especificada a distância mínima entre o bate-estacas e a colocação do concreto. Foram realizados testes que mostram que as vibrações do bate-estacas não têm efeitos adversos no concreto fresco, e o critério de estaca aberta entre as operações de perfuração e vazamento é considerado satisfatório.
A camisa, casca, tubo ou cano deve ser inspecionado imediatamente antes do enchimento com concreto e deve estar livre de materiais estranhos e conter no máximo dez centímetros de água, a menos que o método tremie de colocação de concreto seja usado. O concreto deve ser despejado em cada furo ou revestimento sem interrupção. Caso seja necessário interromper o processo de concretagem por um intervalo de tempo tal que o concreto endureça, devem ser colocados segmentos de aço na área concretada superior da estaca. Quando o vazamento for interrompido, todas as rebarbas devem ser removidas e a superfície do concreto deve ser lavada com uma argamassa fluida.
Concretagem com método tremie
O método tremie, de enchimento de fluxo reverso, é utilizado para despejar concreto através da água, quando o furo fica inundado. O concreto é carregado por moega ou bombeado, continuamente, para uma tubulação chamada tremie, deslizando para o fundo e deslocando água e impurezas para a superfície. O fundo do tremie deve ser fechado com uma válvula para evitar que o concreto entre em contato com a água. O tremie atinge o fundo do buraco antes do concreto ser derramado. A princípio deve-se levantá-lo alguns centímetros para iniciar o escoamento do concreto e garantir um bom contato entre o concreto e o fundo do furo.
Como o tremie é alto durante a concretagem, deve-se mantê-lo dentro do volume do concreto, evitando contato com água. Antes de remover completamente o tremie, deve-se despejar concreto suficiente para deslocar toda a água e o concreto diluído.
Para esvaziar a água do tremie você pode usar uma bola de borracha ou uma rolha de cortiça.
Testes de integridade para estacas
Além dos métodos diretos (inspeção visual e levantamento geotécnico), existem diversas técnicas indiretas para detectar possíveis anomalias em fundações profundas (principalmente estacas e módulos de casca).
Reparação de pilha
Em alguns casos, ocorrem problemas nas estacas devido à corrosão ou causas estruturais. Às vezes podem ser reparados por revestimento, utilizando fôrmas em formato de estaca, mas com diâmetro maior. No espaço restante podem ser instaladas hastes para reforçar a estrutura e posteriormente despejar a argamassa “Argamassa (construção)”). No caso de reparos subaquáticos, existem argamassas especiais de alta densidade que não se desintegram.