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Urbano Alonso Consultoria e Projetos Ltda.
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Figura 6 ] Contaminação do fuste de uma estaca não con...
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Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução
OBS.1: Quando a diferença entre a Cota do Terreno e a...
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Figura 10 ] Tipos de roletes
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Figura 15 ] Detalhe típico para emenda das estacasFig...
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equipamentos
Os equipamentos que executam estacas hélice contínua
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a) Compressão
A carga admissível estrutural à compressão das estacas hélice ...
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b) Tração
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c) Cargas Transversais
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Previsão da Capacidade
de Carga
Considerações gerais
As cargas admissíveis estruturais apresentadas nas Tabelas 1 e 2, ...
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Estacas Hélice Contínua ) Previsão da Capacidade de Carga
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  1. 1. Hélice Contínua Monitorada
  2. 2. 2 Consultoria e Coordenação Técnica Urbano Alonso Consultoria e Projetos Ltda. Equipe Técnica Gustavo Alexandre de Moura Gavião Marcio Abreu de Freitas Renato Paiva de Oliveira Denis Pereira de Andrade Colaboração Heitor Manrubia Marcelo Viviani Pinto da Silva Roberto Carlos Nahas Gustavo Roberto Ganzerli Nahas Projeto gráfico Neopix Design Última atualização Junho/2012
  3. 3. 3 As estacas hélice contínua já são executadas entre nós des- de 1987, com ampla utilização e divulgação no segmento da construção civil, desde 1993, sendo hoje uma solução alternativa em praticamente todas as obras que utilizam es- tacas com comprimento de até 34 m, pois podem ser utili- zadas em qualquer tipo de solo. Face à sua rapidez executi- va, preço competitivo e baixo nível de barulho e vibrações, em alguns casos é também uma solução alternativa para as fundações em sapatas e em tubulões a céu aberto. Durante esse período foram realizadas inúmeras provas de carga estáticas que atestaram a capacidade de carga des- sas estacas dimensionadas com base em métodos semi- -empíricos de amplo conhecimento em nosso meio geo- técnico. O resultado dessas provas de carga fazem parte de um banco de dados que veio sendo publicado pelo engo Urbano R. Alonso desde 1996 (Revista SOLOS e RO- CHAS, vol 19, no 3 e vol 21 no 1; SEFE IV, vol 2; SEFE V, vol 2; SEFE VI vol 1; XII COBRAMSEG vol 3 e XIII COBRAM- SEG vol 2) e trabalhos individuais de outros autores. Entretanto, como todo tipo de estaca, esta também neces- sita, durante sua execução, de vários cuidados que nem sempre estão muito claros para aqueles que a utilizam. Por ser uma estaca que tem todas as fases de execução moni- toradas por instrumento eletrônico (acoplado a sensores) instalado na cabine e à frente do operador, muitos pen- sam que esse monitoramento corresponde ao controle da estaca. Na realidade, o controle pressupõe uma interpre- tação desses registros, no instante da execução, (quando é possível tomar decisões), e não a posteriori, quando a estaca já está executada. É um assunto que ainda não foi plenamente resolvido. Outro esclarecimento a ser feito é que, ao contrário do que afirmam alguns dos que comercializam este tipo de estaca, o equipamento não mede o torque, mas sim a pressão de injeção do óleo na bomba acoplada à mesa de giro do trado. Embora o torque seja diretamente proporcional à pressão de injeção, esta relação é diferente de máquina para máquina e numa mesma máquina em função da mar- cha em que o motor estiver. Embora no passado tenham ocorrido vários problemas na concretagem deste tipo de estaca, hoje esses problemas já foram bem equacionados tendo-se, inclusive, um traço que as concreteira denominam “concreto para hélice con- tínua” constituído por: 1. Fator água cimento ≤ 0,6 e pedra 0 (dimensão máxima característica 12,5 mm); 2. Consumo mínimo de cimento 400 kg/m3 (não é reco- mendado o uso de cimento ARI); 3. % de argamassa em massa ≥ 55% (massa do cimento + massa dos agregados miúdos)*100/massa dos agregados graúdos); 4. Permitido o uso de agregados miúdos artificiais confor- me a NBR 7211; Embora esse concreto assim confeccionado confira uma resistência característica mínima de fck = 20 MPa (200 kgf/ cm2 ), para efeito de dimensionamento estrutural esse valor não pode ser aumentado devido ao fato de que esses re- sultados são obtidos em corpos de prova moldados e cura- dos por ação humana. Já a cura do concreto na estaca é feita dentro do solo, portanto sem qualquer ação humana sobre a mesma. Além destas características do concreto, há também a necessidade de se usarem bombas de injeção adequadas (capacidade de bombeamento mínima de 20 m3 /h para estacas com diâmetro máximo de 50 cm e 40 m3 /h para diâmetros superiores). Introdução
  4. 4. 4 A estaca hélice contínua (continuous flight auger - CFA) é uma estaca de concreto moldada in loco, executada mediante a introdução no terreno, por rotação, de um trado helicoidal circundante a uma haste tubular (Figura 1) e injeção de concreto, pela própria haste tubular, simultaneamente com sua retirada, sem rotação (Figura 1). Após a concretagem é introduzida a armadura (Figura 1). Para evitar que durante a introdução do trado haja entrada de solo ou água na haste tubular, existe, em sua face inferior, uma tampa metálica provisória, que é expulsa no início da concretagem. Essa tampa é presa por uma corrente ao trado de tal sorte que a mesma não é perdida. Alcançada a profundidade desejada inicia-se a fase da concretagem (após a limpeza de rede, conforme será exposto adiante) por bombeamento de concreto pelo interior da haste tubular. Sob a pressão do concreto, a tampa provisória é expulsa e o trado passa a ser retirado, sem rotação, mantendo-se o concreto injetado sempre sob pressão positiva, da ordem de 0,5 a 1,0 kgf/cm2 (0,5 a 1,0 bar). Esta pressão positiva visa garantir a continuidade do fuste da estaca. Para tanto devem ser observados dois aspectos executivos: o primeiro é certificar-se que a ponta do trado, na fase de introdução, tenha atingido um solo que permita a formação da “bucha” para garantir que o concreto injetado se mantenha abaixo da ponta do trado e não suba pela interface solo-trado. O segundo é controlar a velocidade de subida do trado de modo a sempre ter um sobre-consumo de concreto (relação entre volume injetado e o teórico superior a 1). B 250 B 250 B 250 Solo Solo Solo . Método Executivo e Cuidados na Execução Figura 1 ] Fase de execução das estacas hélice contínua 1 - Posicionamento e in- trodução do trado até a profundidade necessária. 2 - Injeção do concreto pela haste central do trado com retirada contí- nua do mesmo, mantendo-se pressão positiva até o final da concretagem 3 - Instalação da armadura imediata- mente após o término da concretagem 4- Estaca acabada
  5. 5. 5 Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução A medida que o trado vai sendo retirado, um limpador mecânico remove o solo confinado entre a hélice do trado, e uma escavadeira remove esse solo para fora da área do estaqueamento. Uma vista geral dos equipamentos (exceto a pá carregadeira) envolvidos neste processo é mostrado na Figura 2. Figura 2: Vista geral da execução de uma estaca hélice contínua As fases de introdução do trado e concretagem ocorrem de maneira contínua e ininterrupta de tal sorte que as paredes onde se formará a estaca estarão sempre suportadas; acima da ponta do trado, pelo solo que se encontra entre a hélice da hélice do trado e abaixo desta cota, pelo concreto que está sendo bombeado. Todas as fases da execução são registradas em instrumento eletrônico que fica na cabine e à frente do operador acoplado a sensores instalados em pontos estratégicos que permitem visualizar e registrar as fases relevantes do processo executivo (Figura 3) gerando uma ficha conforme se mostra na Figura 4. Cabe ressaltar que o perfil da estaca mostrado nesses boletins não é necessariamente o real visto que o objetivo principal do mesmo é dar uma ideia da seção média, caso a mesma fosse circular. Isto porque, seu desenho (feito pelo programa interno do computador) resulta da divisão do volume que vai sendo injetado pela altura concretada, daí porque sempre resulta uma superfície cilíndrica e simétrica em relação ao eixo da estaca. Ora, essa superfície só será cilíndrica se o solo aplicar tensão radial constante durante a concretagem, o que nem sempre ocorre, conforme se mostra na Figura 5, onde se escavaram estacas para análise do fuste. É por esta razão que algumas empresas não registram esta figura. É importante lembrar que por ser a concretagem feita sob pressão, e tendo o concreto abatimento alto, não se pode exe- cutar uma estaca próxima a outra recentemente concluída, principalmente em solos pouco resistentes, pois pode haver ruptura do mesmo entre as estacas. Como regra geral orientativa, recomenda-se que só se execute uma estaca quando todas, num raio mínimo de 5 diâme- tros, já tenham sido concretadas há pelo menos 12 horas. Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução Figura 2 ] Vista geral da execução de uma estaca hélice contínua A B C A - Equipamento de hélice contínua B - Bomba de concretagem C - Caminhão betoneira
  6. 6. 6 Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução É claro que esta recomendação orientativa é conservadora, pois se aplica a qualquer solo brasileiro e em particular aos solos moles. Por esta razão, tanto esta distância quanto este prazo entre duas concretagens próximas podem ser reduzi- dos no caso de terrenos que apresentem resistência compatível com as pressões a ele aplicadas pelo concreto. A pressão máxima ocorrerá durante a concretagem devido à pressão do concreto fresco (“fluido” com peso específico γ≈ 2,2 tf/ m3 ) decorre da coluna de concreto dentro da haste do trado (descontado a resistência por adesão entre o concreto e a haste de concretagem) e da pressão de injeção do concreto. Após a concretagem essa pressão será bem menor, pois só é devida à coluna de concreto da estaca. A decisão quanto à distância mínima e tempo entre duas concretagens próximas são feitos inicialmente analisando-se o solo onde se executarão as estacas e estimando a resistência ao cisalhamento do mesmo. A seguir devem-se fazer ensaios no campo, executando-se estacas experimentais (geralmente que não façam parte do estaqueamento) e decorrido o tem- po de cura do concreto se faça uma inspeção de fuste escavando-se o solo à volta das estacas e vendo a qualidade dessa concretagem, analogamente ao que se mostra na Figura 5. 1 - Profundidade 2 - Cabo de Aço Sensor de profundidade 3 - Pressão de Concreto 4 - Volume de Concreto 5 - Momento de torção 6 - Rotação 7 - Inclinação 8 - Cabo Umbilical 9 - Caixa de conexão 10 - Caixa de conexão 1 2 7 8 9 10 3 4 5 6 + Figura 3 ] Disposição dos sensores na perfuratriz
  7. 7. 7 Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução W1 Diametro: 700 mm Passo: Inclinação X/Y: Profundidade: Superconsumo: Volume: 12740 L 31 % 25.27 m -0.1°/-0.1° 8 cm ConcretagemPerfuraçãoEstaca Data de início: 20/03/12 Data de término: Hora de início: Hora de término: Duração: 00:17:40 08:16:00 07:50:00 20/03/12 Data de início: 20/03/12 Data de término: Hora de início: Hora de término: Duração: 00:24:39 08:51:00 08:16:00 20/03/12 GEOFIX FUNDAÇÕES VA - Velocidade de Avanço VR - Velocidade de Rotação MT - Momento de Torção PC - Pressão do Concreto VS - Velocidade de Subida E123 Compugeo - www.compugeo.com.br ARG_ESTALEIRO3Contrato: Responsavel Resp. Cliente VA m/h VR rpm MT bar PC bar VS m/h Figura 4 ] Ficha de controle da estaca
  8. 8. 8 Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução O processo executivo acima descrito impõe que a armadura só possa ser instalada após a concretagem da estaca (Figura 1C). Para isso, a concretagem tem que ser trazida até o nível do terreno, mesmo que o arrasamento seja profundo. A não observância deste procedimento pode comprometer a integridade da estaca, pois após a retirada do trado e antes de se instalar a armadura, cairá terra sobre o concreto ainda fresco. Durante a introdução da armadura essa terra “embuchará” nos estribos e será empurrada pelos mesmos criando uma “rolha” de solo dentro do corpo da estaca, conforme se mostra na Figura 6. Embora haja uma tendência em não se armar as estacas comprimida (resquícios da antiga NBR 6122), nas estacas hélice contí- nua, mesmo com tensão de compressão no concreto baixa, há necessidade de armar as mesmas. Isto porque, como já informa- mos acima, nesse tipo de estaca sempre se leva a concretagem até o nível do terreno mesmo que o arrasamento seja profundo. Caso não se arme a estaca, ao se proceder a escavação para a o corte e preparo da cabeça da mesma, geralmente utilizan- do-se escavadeiras mecânicas, estas “batem” na estaca durante a operação, por mais cuidadoso que seja o operador (Figura 7). A armadura terá, então, a função de absorver os esforços decorrentes dessas batidas. A armadura mínima a adotar está indicada na Tabela 1. Esta armadura é válida para comprimentos de até 6 metros. Comprimentos superiores necessitam de uma avaliação de diâmetro das barras longitudinais dos estribos e do enrijecimento da armadura. Esta armadura, quando tiver comprimento de até 6 metros, será instalada manualmente, conforme se mostra na Figura 8 ou auxiliada pela escava- deira de apoio. Para armaduras maiores, e dependendo da trabalhabilidade do concreto, poderá ser necessário a utilização de um guindaste para instalá-la. No caso de estacas submetidas à tração ou a cargas horizontais a armadura deverá ser dimensionada para esses esforços. Lembra-se, entretanto, que as mesmas deverão ter ferragem longitudinal e estribos com diâmetros mínimos que garantam o seu “enrijecimento” para permitir sua instalação após a concretagem. Figura 5 ] Estacas hélice escavadas para exame de fuste em solo não homogêneo
  9. 9. 9 Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução Figura 6 ] Contaminação do fuste de uma estaca não concretada até o NT Nível do terreno Contaminação por embuchamento Parada da concretagem Figura 7 ] Necessidade de armar as estacas (garantia de integridade)
  10. 10. 10 Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução OBS.1: Quando a diferença entre a Cota do Terreno e a Cota de Arrasamento for maior que o arranque de projeto, prever complemento de todas as barras longitudinais até alcançar a Cota do Terreno (N1). OBS.2: É viável a colocação de armaduras de comprimentos superiores a 6 metros, desde que sejam estudados dois itens: o detalhe das armaduras e as características de trabalhabilidade do concreto. Tabela 1 ] Armadura mínima para as estacas hélice contínua Figura 8 ] Instalação da armadura Figura 9 ] Detalhe típico da armadura e quantidade e posição de roletes Ø Estaca N1 - Longitudinal N2 - Estribos Quant. Ø Bitola Compr. Ø Bitola cm nº mm m mm 25 a 40 4 16,0 até 6,00 m 6,30 50 6 60 8 70 10 80 8 20,0 até 6,00 m 8,00 90 11 100 13 110 16 120 18 130 22 140 16 25,0 até 6,00 m 12,50
  11. 11. 11 Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução Figura 10 ] Tipos de roletes A - Preferível B - Não recomendado Uma prática que não se recomenda é o uso “excessivo” de roletes, pois ao contrário do que ocorre nas estacas esca- vadas com auxílio de fluido estabilizante (onde os roletes realmente “rolam” quando batem nas paredes da escava- ção), nas estacas hélice eles “não rolam”, pois o concreto não deixa. Na realidade eles “empurram” o concreto. O que se recomenda é que se coloquem 4 roletes na mudan- ça da armadura do pé para o corpo e no topo, conforme se mostra na Figura 9. Este procedimento permite garantir a centralização da armadura e não impede que se “balance” a mesma quando da instalação para forçar sua entrada. A folga de 7,5 cm entre a armadura e o diâmetro do trado é para permitir esse “balançamento” o que fica impedido se existirem roletes no corpo da armadura. O pé da armadura deve ser reduzida nos últimos 100 a 150 cm conforme se mostra nas Figura 9. Quanto ao tipo de rolete devem-se preferir os “finos” (com espessura de 10 mm), representados na Figura 10A aos “largos” (com espessura de 50mm), (Figura 10B). Conforme já se expôs, neste tipo de estaca a concretagem tem que ser trazida até o nível do terreno e, a seguir, instalar a armadura. Em estacas com cota de arrasamento profunda mas executadas em solos estáveis, pode-se, após a instala- ção da armadura, empurrar a mesma com trado do equipa- mento (ver Figura 11C) ou outro procedimento similar até atingir a cota especificada no projeto (limitando a 1.5m) e a seguir remover o concreto excedente (Figura 11D). Na instalação de armaduras longas pode ser necessário o uso de um pilão, pois o peso próprio da armadura pode não ser suficiente para que a mesma seja introduzida. Quando se executam estacas em argilas moles deve-se tomar cuidado para garantir que o topo do trado sempre esteja acima da cota superior da argila mole, saturadas e submersas evitando-se que a prolonga (região sem trado) atinja a mesma e crie um “alívio” (ausência de trado com solo) nessa região. Além disso, durante a concretagem deve-se manter pressão positiva, mesmo que o consumo de concreto se mostre ex- cessivo e comece a subir lateralmente ao trado, devido ao pouco confinamento de solo. Aliviar a pressão do concreto, nessa região impõe uma redução de seção da estaca (Figura 12A) ou compromete a integridade da mesma (Figura 12B). Figura 11 ] Instalação da armadura com arrasamento profundo BA DC
  12. 12. 12 Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução Quando se pretende executar estacas hélice contínua cuja ponta deva penetrar em alteração de rocha, ou até rocha branda, devem-se substituir as “lâminas” cortantes de aço por “roller bits” confeccionados com carboneto de tungstênio (normalmente denominados “ponteiras de wídia”). Outra recomendação executiva importante diz respeito à limpeza da calda da “rede de concretagem” antes de se exe- cutar a primeira estaca. Ao final de um dia de trabalho, o cocho é limpo com aplicação de óleo. Antes de se começar a primeira estaca do dia seguinte a rede precisa ser “lubrificada” para permitir uma fluência do concreto. Para esta lubrificação costuma-se misturar 2 sacos de cimento (de 50 kg) em cerca de 200 l de água (calda de lubrifica- ção) dentro do cocho. Esta calda se misturará com o óleo remanescente da limpeza do dia anterior. Se a estaca for de pequeno diâmetro (inferior a 50 cm), o volume desta calda de lubrificação é significativo, de tal sorte que, se a mesma não for lançada fora, antes de se iniciar a concretagem da primeira estaca, na sua ponta poderá ficar parte desta calda que, é de baixa resistência. Por isso, antes de se iniciar a primeira estaca de cada jornada (ou quando houver uma interrupção na execução do estaque- amento que obrigue a abrir a rede de concretagem), o trado deve ser levantado e a seguir começa-se a lançar a calda e o concreto. Quando toda a calda tiver sido expulsa e se estiver garantido de que toda a rede já está com concreto, interrompe- -se o lançamento da mesma, tampa-se o trado e inicia-se a perfuração da estaca (é o que se chama “limpeza de rede”). A Figura 13 mostra o comportamento de duas estacas de pequeno diâmetro (25 cm e 12 m de comprimento), distantes entre si de 1,40 m, uma executada sem a limpeza e outra com limpeza de rede. A estaca executada com limpeza de rede teve, durante a prova de carga estática, um comportamento normal, enquanto que a outra, onde não houve essa limpeza, sofreu um recalque brusco ao atingir 350 kN (provável esgotamento do atrito lateral) só retomando a carga após um recalque de 40 mm. Uma atividade também importante para o bom desempenho da estaca corresponde ao corte e preparo da cabeça da mesma. Embora este serviço não faça parte da execução, propriamente dita, da estaca e seja realizado, normalmente, quando a equipe de estaqueamento não mais esteja na obra, cabe lembrar ao responsável por este serviço que um pre- paro adequado é de fundamental importância para o bom desempenho da estaca (ver Figura 14).. Figura 12 ] Problemas com alívio de pressão e prolonga em argila mole A B
  13. 13. 13 Estacas Hélice Contínua ) Método Executivo e Cuidados na Execução Figura 15 ] Detalhe típico para emenda das estacasFigura 14 ] Corte e preparo da cabeça da estaca Neste preparo devem-se seguir o preconizado no Anexo F (item F.8) da NBR 6122:2010. Se, ao se atingir a cota de arrasamento o concreto não apresentar qualidade satisfatória, o corte deve ser continuado até se encontrar concreto de boa qualidade, sendo a seguir, emendada a estaca. Se o comprimento a emendar for superior ao diâmetro da estaca, pode-se adotar o detalhe típico da Figura 15. Figura 13 ] Desempenho de estacas: uma com limpeza de rede e outra sem
  14. 14. 14 equipamentos Os equipamentos que executam estacas hélice contínua são classificados em função de seu torque (teórico, já que o mesmo é obtido do catálogo técnico do forne- cedor) e força de arrancamento do trado, sem girar o mesmo. Em função dessas duas grandezas se estipulam os diâmetros e comprimentos máximos que cada equi- pamento pode executar. A Geofix iniciou a execução de estacas hélice contínua com dois tipos de equipamentos: um que apresentava um peso de 35 tf, torque teórico máximo de 9 tf.m e força de arranque de 40 tf e outro que apresentava peso de 65 tf, torque teórico de 21 tf.m e força de arranque de 73 tf. Com esses equipamentos podem-se executar estacas de até 100 cm de diâmetro e 24 m de comprimento. Com a boa aceitação do mercado desse tipo de esta- cas, a Geofix introduziu equipamentos de maior porte mostrados nas Figuras 16 a 18 que permitem executar estacas hélice contínua até 140 cm de diâmetro e 34 m de comprimento. O equipamento mostrado na Figura 18 apresenta peso de 85 tf, torque de 27 tf.m e for- ça de arranque de 88 tf. O equipamento da Figura 17 apresenta peso de 120 tf, torque de 35 tf.m e força de arranque de 120 tf. Figura 16 ] Equipamento B250 Figura 17 ] Equipamento C850 Figura 18 ] Equipamento B300
  15. 15. 15 Carga Estrutural Admissível Característica a) Compressão A carga admissível estrutural à compressão das estacas hélice contínua não armadas (exceto na região da cabeça, pelas razões acima citadas) é obtida analogamente à carga de um pilar com seção nula de aço, ou seja: (1) em que: Ac é a área da seção transversal da estacas fck é resistência característica máxima do concreto permitida pela NBR 6122:2010, ou seja, 20 MPa (200 kgf/cm2 ) γf é o coeficiente de majoração das cargas = 1,8 γc é o coeficiente de minoração da resistência do concreto = 1,4 Com base na expressão (1) elaborou-se a Tabela 2 que fornece as cargas máximas à compressão das estacas hélice con- tínua, não armadas e totalmente enterradas (sem flambagem). Descrição Un. Valores DIÂMETRO (D) cm 25 30 35 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 CARGA ADMISSÍVEL ESTRUTURAL (Pk) tf 30 45 60 80 130 190 255 335 425 525 640 760 895 1035 DISTÂNCIA MÍNIMA ENTRE EIXOS (c) cm 65 75 90 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 DISTÂNCIA EIXO-DIVISA (e) cm 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 ÁREA DE SEÇÃO TRANSVERSAL (Ac) cm² 491 707 962 1.257 1.963 2.827 3.848 5.027 6.362 7.854 9.503 11.310 13.273 15.394 PERÍMETRO (U) cm 79 94 110 126 157 188 220 251 283 314 346 377 408 440 MOMENTO DE INÉRCIA (I) cm4 x104 1,92 3,98 7,37 12,57 30,68 63,62 117,86 201,06 322,06 490,87 718,69 1.017,88 1.401,98 1.885,74 MOMENTO RESISTENTE (W) cm³x103 1,53 2,65 4,21 6,28 12,27 21,21 33,67 50,27 71,57 98,18 130,67 169,65 215,69 269,39 RAIO DE GIRAÇÃO (i) cm 6,2 7,5 8,8 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 22,5 25,0 27,5 30,0 32,5 35,0 Tabela 2 ] Cargas máximas de compressão das estacas hélice contínuas não armadas
  16. 16. 16 Estacas Hélice Contínua ) Carga Estrutural Admissível (Característica) b) Tração As estacas hélice contínua somente poderão resistir à cargas de tração se forem convenientemente armadas, uma vez que a resistência à tração do concreto é desprezada. Para o dimensionamento estrutural da armadura As necessária para resistir à carga de tração T, utiliza-se a expressão (2) onde se adotou um fator de redução 0,95 na tensão característica fyk do aço para garantir que durante a realização de uma prova de carga à tração, com fator de segurança 2, não ocorra ruptura estrutural. (2) A NBR 6122:2010 dispensa a verificação da fissuração se o solo não apresentar agentes agressivos ao aço e desde que se reduza 2 mm do diâmetro das barras. Com base nesta consideração elaborou-se a Tabela 2 que apresenta as cargas de tração máximas em função da armadura da estaca. É importante lembrar que estacas somente tracionadas (sem esforço horizontal) dispensam estribos, podendo a armadura ser constituída apenas de barras isoladas. Por esta razão na Tabela 3 o diâmetro mínimo adotado para as barras foi 16 mm, para permitir a instalação “manual” dessas barras. Cabe lembrar que como a carga de tração varia desde o valor máximo T (na cota de arrasamento da estaca) até zero (na cota de ponta), a seção de aço poderá diminuir com a profundidade, em função da transferência de carga para o solo. Aço CA 50A Carga t (kN) ø=16mm ø=20mm ø=22mm ø=25mm 50 2 1 100 3 2 1 150 3 2 200 6 3 2 250 4 300 6 4 3 250 400 8 6 600 8 6 700 8 1000 Tabela 3 ] Número de barras DYWIDAG Carga t (kN) SISTEMA mm 80 DW Ø 15 140 GW Ø 25 210 GW Ø 32 350 DW Ø 32 450 DW Ø 36 500 GW Ø 50 INCOTEP Carga t (kN) SISTEMA mm 70 INCO-7MD 130 INCO-13MD 200 INCO-20MD 340 INCO-34MD 430 INCO-43MD 510 INCO-51MD 600 INCO-60MD 700 INCO-70MD 800 INCO-80MD 860 INCO-86MD 1000 INCO-100MD
  17. 17. 17 Estacas Hélice Contínua ) Carga Estrutural Admissível (Característica) c) Cargas Transversais O dimensionamento de estacas hélice contínua sujeitas a cargas transversais e imersas em solos pode ser feita com base no método proposto por Matlock e Reese (no caso de estacas longas) ou pelo denominado “método russo” quando a es- taca é curta. Por ser um tema que foge aos objetivos deste manual técnico, que procura fornecer os conceitos básicos de dimensionamento sem entrar nas considerações teóricas, sugere-se aos interessados no assunto recorrer, por exemplo, ao capítulo 4 do livro “Dimensionamento de Fundações Profundas” de autoria de Alonso, U.R. editado pela Edgard Blucher. Para se garantir segurança contra a ruptura do solo podem-se usar as expressões de Broms, também encontradas na obra acima citada. Conhecidos os esforços transversais ao longo da estaca, o dimensionamento estrutural pode ser feito utilizando-se os gráficos dos livros de Montoya (Hormigon Armado) ou de Walter Pfeil (Dimensionamento de Concreto Armado à Flexão Composta).. Figura 19 ] Dimensionamento à flexão composta
  18. 18. 18 Previsão da Capacidade de Carga Considerações gerais As cargas admissíveis estruturais apresentadas nas Tabelas 1 e 2, também denominadas de carga característica, são as máxi- mas cargas que as estacas poderão suportar, visto que correspondem à resistência estrutural dos seus materiais componen- tes. Entretanto há necessidade de dotar a estaca de um comprimento tal que permita que essa carga possa ser atingida sob o ponto de vista do contato estaca-solo. Este procedimento constitui o que se denomina “previsão da capacidade de carga”. A Figura 20 (abaixo) mostra duas situações de estacas do mesmo tipo, instaladas num mesmo solo. O caso (a) corresponde a duas estacas com mesmo perímetro U e mesma área de ponta A, porém com comprimentos diferentes, de tal sorte que a estaca com maior comprimento apresentará maior capacidade de carga. Analogamente, o caso (b) apresenta duas estacas com o mesmo comprimento, mas com perímetro U e área A diferentes. Nesse caso a estaca de maior perímetro e área apre- sentará maior capacidade de carga. Portanto, o projeto de um estaqueamento consiste em otimizar perímetros e áreas de ponta das estacas em função das características de resistência do solo e das limitações dos equipamentos de execução das estacas. É evidente que, nessa otimização, e sempre que for possível, devem-se utilizar estacas e equipamentos que permi- tam instalá-las em um comprimento tal que a carga admissível estrutural possa ser atingida, pois essa é a máxima carga que a estaca poderá suportar. Mas nem sempre isso é possível e, via de regra, a carga admissível da estaca será inferior àquela mostrada nas Tabelas 2 e 3. É por esta razão que não existem cargas admissíveis de estacas tabeladas. Método de cálculo utilizado pela Geofix A Geofix utiliza para a previsão da capacidade de carga o método proposto por Alonso em 1996 (SEFE III, vol 2, p. 141- 151), resumido a seguir: A carga de ruptura PR do solo que dá suporte a uma estaca é obtida pelo menor dos dois valores da expressão (): PL + PP PR ≤ PRestrutural em que, para estacas de seção constante com a profundidade: PL = UΣΔl.rl = parcela de carga resistida por atrito lateral ao longo do fuste da estaca; PP = A.rp = parcela de carga resistida pelo solo da ponta da estaca. U = perímetro da seção transversal da estaca. A = área da seção transversal da estaca { Figura 20 ] Estacas do mesmo tipo instaladas num mesmo solo A BA - Mesmo solo / Comprimentos diferentes B - Solos diferentes / Mesmo Comprimento
  19. 19. 19 Estacas Hélice Contínua ) Previsão da Capacidade de Carga rl = tensão média de adesão (ou atrito lateral) entre a estaca e o solo, na camada de espessura Δl. rp = tensão média da capacidade de carga do solo na cota de apoio da estaca. PL + PP é a carga de ruptura geotécnica. PRestrutural = 0,85.A.fcd + As .fyd é a carga de ruptura estrutural. No caso de estacas não armadas PRestrutural = 0,85.A.fcd , conforme já apresentado na equação (1). O método original de Alonso baseava-se no ensaio SPTT (ensaio SPT com medida de torque), hoje pouco difundido entre nós. Por esta razão o autor adaptou o método para o caso em que se dispõe apenas dos ensaios tradicionais SPT. O método original foi assim apresentado: rl = 0,65.fs ≤ 200 kN/m2 = 200kPa (ou 20 tf/m2 ) em que T(1) min = média dos valores de Tmín no trecho 8D acima da ponta da estaca e T(2) min idem para o trecho 3D abaixo da ponta da estaca (D = diâmetro da estaca). Para a penetração h = 45 cm do amostrador SPT têm-se os valores: (em kN/m2 /kgf.m) ou (em tf/m2 /kgf.m) Os valores de β são: 200 kN/m2 /kgf.m para as areias (ou 20 tf/m2 /kgf.m); 150 kN/m2 /kgf.m (ou 15 tf/m2 /kgf.m) para os siltes e 100 kN/m2 /kgf.m (ou 10 tf/m2 /kgf.m) para as argilas. Na falta dos ensaios SPTT o autor utilizou as correlações Tmáx = 1,2 N e Tmín = N sendo N o valor do SPT tradicional e as unidades do torque em kgf.m Com base nessas correlações o valor de rl passa a ser escrito: = 0,43 N (em tf/m2 ) ou rl = 4,3 N (em kN/m2 ou kPa) valendo a limitação acima exposta (20 tf/m2 ou 200 kPa). Rp = 20xN para as areias, 15xN para as argilas e 8xN para os solos expansivos do massapé da Bahia e de Formação Gua- birotuba, sendo N o valor do SPT na profundidade considerada e a unidade de rp em tf/m². Cabe ressaltar que o método proposto por Alonso baseou-se em ensaios realizados nos solos da Bacia Sedimentar de São Paulo, devendo ser usado, com reserva, para outras localidades. É por esta razão que o autor alerta, em seu trabalho original, que antes de se aplicar o método em outros locais, onde não se disponha de ensaios SPTT, deve-se inicialmente obter essa correlação e, aí sim, usar o SPT onde não se disponha de ensaios SPTT. Seguindo esse alerta, em trabalho posterior o autor limitou o valor de rl a 8 tf/m2 (80 kPa), ao invés de 20 tf/m2 (200 kPa) do trabalho original para os solos expansivos do massapé da Bahia e da Formação Guabirotuba do Paraná.
  20. 20. São Paulo Av. Luiz Rink, 600 - Vila São José 06286-000 - Osasco / SP Tel / Fax: 11 2148 9300 Email: geofix@geofix.com.br Minas Gerais Rua Tomé de Souza, 860 - sala 1502 Belo Horizonte / SO Tel / Fax: 31 3262 0247 Email: geofix@estacas.com.br

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