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UNIVERSIDADE DE ÉVORA

Tecnologias da Construção Escola de Ciências e Tecnologia - Departamento de Engenharia Rural Engenharia Civil

Profº Júlio Correia

FUNDAÇÕES SEMI PROFUNDAS E PROFUNDAS

Sara Silva, nº26316 Joana Cortesão, nº26949 João Cornacho, nº27177 Thúlio Amaral, nº12038

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Índice 1. Introdução ................................................................................................................. 3 2. Fundações Semi-profundas ..................................................................................... 4 2.1.

Poços e Pegões .................................................................................................. 4

2.1.1. Características dos Pegões....................................................................................................5 2.1.2. Campo de Aplicação .............................................................................................................6 2.1.3. Comportamento Estrutural ..................................................................................................7 2.1.4. Processo Construtivo ............................................................................................................7 2.1.5. Materiais e Equipamentos ................................................................................................. 10 2.1.6. Vantagens e Desvantagens ................................................................................................ 11 3. Fundações Profundas ............................................................................................ 12 3.1.

Estacas Cravadas ............................................................................................. 12

3.1.1. Estacas de Madeira ............................................................................................................ 12 3.1.2. Estacas Cravadas em Betão ............................................................................................... 13 3.2.

Estacas Moldadas ............................................................................................. 16

3.2.1. Materiais ............................................................................................................................ 16 3.2.2. Equipamentos .................................................................................................................... 16 3.2.3. Tipologias de Estacas ......................................................................................................... 17 3.2.4. Processo de Execução das Estacas..................................................................................... 18 3.2.5. Cargas Aplicadas às Estacas ............................................................................................... 22 3.2.6. Vantagens e Desvantagens das Estacas............................................................................. 24 3.2.7. Controlo e Monitorização .................................................................................................. 25 3.2.8. Patologias........................................................................................................................... 25 3.2.9. Algumas Causas ................................................................................................................. 26 3.3.

Micro-estacas .................................................................................................... 26

3.3.1. Definição ............................................................................................................................ 26 3.3.2. Constituição de uma Micro-estaca .................................................................................... 26 3.3.3. Classificação as Micro-estacas ........................................................................................... 26 3.3.4. Características Gerais ........................................................................................................ 27 3.3.5. Vantagens e Desvantagens ................................................................................................ 29 3.3.6. Materiais e Equipamentos ................................................................................................. 30 3.3.7. Processo Construtivo ......................................................................................................... 32 3.4.

Barretas ............................................................................................................. 37

3.4.1. Tipologias ........................................................................................................................... 37 2|Página


3.4.2. Campo de Aplicação .......................................................................................................... 38 3.4.3. Vantagens e Desvantagens ................................................................................................ 39 3.4.4. Processo Construtivo ......................................................................................................... 39 3.4.5. Soluções ............................................................................................................................. 40 4. Bibliografia .............................................................................................................. 41

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1. INTRODUÇÃO

Fundações são elementos fundamentais para a estabilidade das estruturas, assegurando a ligação das mesmas ao solo. A fundação é portanto, a interface entre a superestrutura e o terreno adjacente, tendo como função a transmissão das cargas da superestrutura para o terreno. Ao ser concebida deve-se ter em conta factores fundamentais que impeçam os assentamentos das construções vizinhas, o deslizamento dos terrenos adjacentes e o ataque de substâncias existentes no solo. Claro que antes de qualquer execução de obra, é necessário um estudo prévio das características e propriedades mecânicas do solo (através de prospecções geotécnicas) onde será executada a obra, a posição do lençol freático, a possibilidade de circulação dos equipamentos no local e a utilização final para a construção, estes factores vão ser determinantes na escolha do tipo de fundações. Podem ser de três tipos, nomeadamente as fundações directas ou superficiais, fundações semidirectas e fundações indirectas ou profundas. O nosso relatório vai incidir no estudo das fundações semidirectas e profundas. As fundações profundas aplicam-se quando os extractos superficiais dos terrenos não suportam as cargas transmitidas pela estrutura da obra a executar não admitindo a utilização de fundações superficiais. É comum, que este tipo de fundação tenha cotas de base bastante mais profundas do que as directas, bem como que haja a necessidade de intercalar um elemento que funcione como intermédio entra a estrutura e as fundações, e por isso se designa fundações profundas ou indirectas. Estas estruturas vão estar assentes em grandes profundidades e as solicitações ou forças transmitidas são absorvidas em parte pela face inferior do elemento e pela lateral do elemento de fuste, ao solo lateral adjacente.

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2. FUNDAÇÕES SEMIPROFUNDAS

2.1. Poços e Pegões

2.1.1. Características dos Pegões

Os pegões distinguem-se das estacas pelo modo de execução e pela esbelteza. Normalmente, devido à maior dificuldade de execução, a esbelteza destes elementos está mais limitada do que a das estacas. Estes elementos de fundação são compostos por uma elevada secção transversal, geralmente maior do que 1m2 e com uma esbelteza reduzida, entre 5 e 8. A secção é na maioria dos casos circular ou ovalizada mas também pode tomar uma forma rectangular, principalmente nos pegões de maiores dimensões, com hipótese de a base ser alargada. O material que as compõem pode ser madeira, betão simples ou armado ou ainda metal. Utilizam-se quando o solo resistente se encontra a uma profundidade média de 4 a 8 metros em relação ao piso térreo, correspondendo a uma altura dos pegões variando geralmente entre os 3 e os 5 metros.

Figura 1 - Secção transversal quadrada ou circular

Contudo, a secção dos pegões é preferencialmente circular pois confere maior resistência às pressões exteriores do terreno e da água e consegue evitar escavações desiguais, desvios na cravação e fendas no poço, pois o terreno empurra a fundação uniformemente em todos os sentidos. Como principal inconveniente da secção circular temos a facilidade com que o tubo moldador pode deslocar-se durante o processo de cravação alterando a direcção pretendida.

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Quando as secções são muito grandes, é preferível utilizar uma forma rectangular, uma vez que possibilita executar uma divisão em células, definidas por septos que aumentam a rigidez da secção e permitem trabalhar separadamente em cada célula durante o processo de escavação, o que trás vantagens de ordem construtiva. Os 3 pegões assim construídos são normalmente designados por caixões e a sua utilização só se justifica na presença de água em movimento, como nos rios. São usados como elementos subestruturais e são totalmente preenchidos com betão para transmitir, através da base, as cargas ao solo subjacente. Na verdade, são soluções pouco utilizadas pois são pouco competitivas em relação aos agrupamentos de estacas, devido aos seus elevados custos. Convém referir que não se devem usar secções assimétricas pois a sua colocação traz sempre grandes dificuldades. Quanto ao número de poços a realizar numa obra, deve-se mencionar que é melhor construir poucos de grandes dimensões do que muitos de pequenas dimensões, por duas razões: poços de grandes dimensões permitem paredes mais grossas e de maior facilidade construtiva; a distância entre poços é maior e a sua colocação pode realizar-se com mais rigor, pois os moldes tendem a inclinar-se mais facilmente para o lado no qual o solo perdeu resistência devido à existência de um poço contíguo. Por esta razão, o espaçamento mínimo entre poços deve ser de 0,60 metros. Em Portugal não existe a tradição de usar pegões ou poços, provavelmente devido ao facto destas soluções apresentarem muitas dificuldades, e destas feita dá-se preferência às estacas. No entanto, esta técnica foi utilizada em Portugal, nomeadamente na construção da Ponte 25 de Abril em Lisboa e da Ponte São João no Porto.

2.1.2. Campo de Aplicação

Recorre-se aos pegões quando estamos perante grandes solicitações ao nível dos carregamentos e em profundidades relativamente pequenas da camada resistente cerca de 6 a 10 metros, porque estes permitem adoptar elementos de fundação com esbeltezas de 5 a 6. Os pegões adaptam-se a quase todos os tipos de solo, exceptos aquele com fracas características de resistência e com níveis freáticos próximos da superfície, como são exemplos os lodos, mas se forem executados manualmente, são indicados para terrenos mais pedregosos, uma vez que nestas condições as estacas não são a opção mais 6|Página


apropriada, visto que as pedras de grandes dimensões impedem uma furação bem realizada das estacas. Estas estruturas são uma boa solução quando existe falta de espaço em planta para a execução das fundações directas, porque ocupam muito menos área do que as fundações directas, e conseguem oferecer as mesmas condições de resistência no caso de estarmos perante terrenos com boas características mecânicas. São também elementos usados para o reforço de fundações antigas, sendo acoplados na parte inferior ao maciço já existente.

Figura - Abertura de Poços para reforço da estrutura – Aspecto final do reforço

Os pegões são usados para estruturas pesadas, ou quando se pretende evitar assentamentos significativos. Quando é necessário executar paredes de contenção muito próximas ou no seguimento das paredes existentes, podem-se utilizar para suporte da estrutura, construindo-se paredes de betão armado entre estes para suporte do terreno.

Figura 3 -

Pegões

Paredes de Contenção

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2.1.3. Comportamento Estrutural Os pegões tal como as estacas podem funcionar por atrito lateral, por ponta ou pela combinação destes dois. No funcionamento por ponta, despreza-se a contribuição da resistência lateral nos cálculos, por ser pequena e pouco fiável. Os pegões vão ter um comportamento diferente, mediante o tipo de solo que se apresenta (como se verifica na figura que se segue), designadamente em formações arenosas, os assentamentos vão condicionar o dimensionamento, em formações argilosas, a aderência lateral mobilizável é obtida na base de experimentação. Caso existam acções horizontais que provoquem trações ao longo da secção transversal do pegão, torna-se indispensável o dimensionamento de armadura resistente.

Figura 4. Comportamento dos pegões nos diferentes tipos de solo

2.1.4. Processo Construtivo Antes de escolher a construção de pegões como solução para fundação de uma certa obra, deve-se ter em conta, o facto, da sua execução ser bastante complexa e implicar muitos riscos, nomeadamente quando ocorrem situações imprevistas em obras, vai ser difícil de resolver, levando a atrasos do prazo de entrega e um acréscimo nos custos. 8|Página


Portanto para escolher este tipo de construção como solução vamos ter de ter bons equipamentos e técnicas adequadas. De seguida, serão explicadas algumas das técnicas utilizadas:

2.1.4.1.

Métodos Arcaicos

2.1.4.1.1.

Método de Chicago

Neste método começa-se por escavar manualmente um buraco, até uma profundidade pretendida, com a colocação de cofragem e/ou entivação. Depois dá-se a limpeza do fundo do poço e sua compactação com um pilão manual (como mostra a figura 5). E de seguida são colocadas as armaduras (no caso de existirem), estas devem ser escoradas para não sofrerem deformações durante a betonagem e desta forma garantir um recobrimento elevado. Colocam-se também armaduras de espera para ligar à superestrutura.

Figura 5. Construção de poços através do Método de Chicago

Depois segue-se a betonagem através da tremonha que acompanha a subida do betão, a vibração vai-se fazendo ao longo das betonagens por camadas. Por fim, o escoramento é retirado, à media de que o betão vai assumindo uma função de contenção do terreno.

. Figura 6. Construção de poços através do Método de Chicago

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2.1.4.1.2.

Método de Gow

Este método usa uma série de cofragens metálicas com uma forma telescópica que, à excepção desta redução telescópica das suas secções, é igual ao método actual de tubos moldadores.

Figura 7 – Construção através do método de Gow

Em jeitos de conclusão relativamente aos métodos supracitados, podemos dizer que ambos são considerados arcaicos, manuais e por motivos de falta de rapidez de execução, factores económicos e segurança em obra estão a cair em desuso na maioria dos países, nomeadamente nos “mais desenvolvidos”, sendo o uso de máquinas perfuradoras uma solução a adoptar.

2.1.4.2.

Métodos Actuais

Antes de se efectuar a execução das escavações, deve-se recorrer a métodos geotécnicos para efectuar uma analise completa sobre os terrenos a atravessar e sob os quais os pegões irão assentar, com o objectivo de apurar a resistência e continuidade lateral, existência de água e em caso de terrenos rochosos, verificar a qualidade destes para prever uma eventual perfuração com maior ou menor dificuldade. As etapas são as seguintes, primeiramente escava-se até à cota da cabeça dos pegões, normalmente coincide com a cota do piso térreo, depois de posicionado o tubo equipado com a coroa dá-se início à perfuração à rotação; vão-se colocando as armaduras. Segue-se a betonagem, com betão introduzido no fundo do poço recorrendo ao uso da tremonha; se o

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solo for granular, deve-se fazer um revestimento com lamas bentoníticas para conter as paredes do poço, o qual se recupera após o lançamento do betão. Após o endurecimento, ficam à vista as armaduras de espera para ligação à superestrutura. Por vezes, além da armadura convencional, coloca-se um perfil metálico mergulhado no betão cravado na camada resistente, aumentando significativamente a resistência. Tendo em conta que, regra geral, os equipamentos de perfuração são muito dispendiosos, de grandes dimensões e exigem grande espaço de manobra, só são utilizados em obras de grande porte com grandes estaleiros. Como já foi referido os pegões são utilizados também como reforço de fundações, para isso executa-se os pegões com recurso a escoramento da estrutura existente. Colocam-se as vigas de distribuição com recurso a pré-carga para apoios dos nembos. Posteriormente segue-se a escavação com recurso a entivação dos terrenos, coloca-se a armadura, dá-se início à betonagem com recurso à tremonha, e executa-se a viga de transição. Se for usado como solução para as paredes de contenção, o processo construtivo, inicia-se com o escoramento da estrutura, seguido da execução de poços com distâncias regulares entre si, e se necessário pode-se recorrer ao uso de lintéis unindo os topos, posteriormente deve-se proceder à colocação de armaduras de espera, para as futuras paredes. A escavação que se segue é feita de forma faseada das zonas entre poços, onde serão executadas as paredes tipo “Munique” e se for necessário deve-se proceder à ancoragem da parede, por motivos de segurança, entre outros.

2.1.5. Materiais e Equipamentos 2.1.5.1.

Materiais usados:

Betão: ciclópico ou fluído

Armadura superficial (para prevenir a tendência para a possível fendilhação do betão durante todo o processo de endurecimento)

Lamas bentoníticas

2.1.5.2.

Equipamentos usados na escavação:

Retroescavadora

Perfuradoras Rotativas

Tubo de Revestimento

Martelo Pneumático 11 | P á g i n a


Picareta

Pá de Cabo Curto (acerto)

2.1.5.3.

Equipamentos usados na betonagem:

Camiões betoneira

Bomba de Betão

2.1.6. Vantagens e Desvantagens As vantagens de se usar este tipo de fundações são: 

A rapidez de execução,

A facilidade em alargar a base sem pôr em causa a economia,

Tecnologia simples,

Inspecção visual do solo,

Poucos ruídos / vibrações,

Diâmetros entre 0.5 e 3.5 m,

Implantação em terreno seixoso,

Substitui um grupo de estacas,

Grande capacidade de carga,

Percentagem diminuta de armadura,

Dispensa maciço de fundação,

Prescinde de revestimento ou cofragem.

As desvantagens de se usar estas fundações são as seguintes: 

Estrato resistente necessariamente perto da superfície (6 a 10 m),

Prospecção dos solos cuidado,

Assistência técnica durante a execução,

Possíveis assentamentos de construções vizinhas,

Risco não desprezável de vidas humanas no processo manual,

Necessita de condições climatéricas favoráveis,

Desmoronamentos de vulto para o interior da escavação,

Grande movimento de terras. 12 | P á g i n a


3. FUNDAÇÕES PROFUNDAS

3.1. Estacas Cravadas

As fundações profundas são mais utilizadas em casos de edifícios altos em que os esforços do vento se tornam consideráveis, ou em circunstâncias que o solo só atinge a resistência desejada em grandes profundidades. Estas podem ser de diferentes tipos de material como madeira, e betão armado e apresentar diferentes formas quanto á sua geometria.

3.1.1.Estacas de Madeira:

As estacas em madeira são o processo mais antigo e simples de fundações indirectas, um exemplo disso é em Lisboa a Baixa Pombalina que esta assente sobre estacas cravadas em madeira.

Figura 8 – Estacas cravadas em madeira No seu método construtivo, as estacas de madeira empregam-se em terrenos secos ou húmidos, uma vez que a madeira não suporta as alternâncias de humidade, provocando a sua deterioração ao longo do tempo. A técnica consiste na introdução, a partir da superfície do terreno, de elementos em madeira através de um impulso de força de um peso na cabeça da estaca, que pode ser estático ou dinâmico.

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Normalmente o material usado neste tipo de construção é a madeira dura, roliça e porem descascada. O seu diâmetro pode variar entra os 18 e 35 centímetros e o seu comprimento entre 5 a 8 metros. As estacas recebem, na sua extremidade inferior, uma ponteira de aço para proteção da ponta de estaca e facilitar a penetração no solo e, na parte superior, aplica-se uma proteção provisoria de aço, para evitar que sob as pancadas na fase de cravação se desfragmente. As estacas de madeira, por serem mais leves, podem atingir resistências consideráveis, mesmo quendo são cravadas com equipamentos ligeiros, por isso são frequentemente utilizadas em obras fluviais. Actualmente podem ser usadas estacas de madeira na estabilização de taludes, conforme se pode ver na figura abaixo, onde foram usadas para estabilizar as margens do Rio Tejo junto à descarga da Central Termoeléctrica do Carregado.

Figura 9 – Margens do Rio Tejo

3.1.2.Estacas cravadas em Betão: Este tipo de execução é, de certa forma, idêntico ao das estacas de madeira, diferindo na forma e constituição do material da estaca, que é de betão armado pré-fabricado, e do equipamento de cravação, que é mecânico e mais moderno, sendo, por isso, possível aplicar uma maior força de cravação para se atingir maiores profundidades.

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Figura 10 – Processo de cravação Este tipo de processo é utilizado quando importantes camadas de solos de fraca resistência se sobrepõem aos estratos escolhidos para fundação, podendo atingir comprimentos na ordem dos 50 metros, não sendo apropriados para solos de seixos grossos. Assim, com este processo, podem-se criar plataformas estáveis de forma a minimizar assentamentos diferenciais, nomeadamente em pavimentos de vias de comunicação. Os materiais usados, são o betão e uma armadura de varão de aço, composta por varões longitudinais e estribos helicoidais, conforme o tipo de estaca. A estaca tem secção quadrada com comprimentos variáveis de 6 a 12 metros. Estas também podem ser circulares e funcionar por atrito lateral.

Figuras 11.a, 11.b e 11.c – fases do material usado Na ponta da estaca, a primeira a ser cravada, é aplicada uma ponteira metálica, que se encontra ligada á armadura longitudinal, podendo ser plana, no caso de solos argilosos, para conferir maior corte do terreno e uma proteção da cabeça da estaca, de forma a resistir ao impacto do martelo de cravação e não danificar o encaixe de ligação a outra estaca. Nas

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secções de ligação, designadas por juntas, as chapas metálicas de encaixe as secções seguintes são fixadas por cavilhas de ligação, entre os vários troços. O equipamento utilizado para a cravação dos vários elementos de estacas pré-fabricadas é uma máquina de rastos com uma torre vertical, provida de guias laterais onde se encaixa a estaca pré-fabricada. Depois de ficar posicionada, verticalmente no terreno do local de cravação, aciona um martelo de peso variável, entre 4 a 6 toneladas, que, mecanicamente ou por gravidade, transfere uma força de cravação na cabeça da estaca. À medida que a estaca vai sendo enterrada no solo, através de um pilão, que se move hidraulicamente na calha vertical da vara da máquina, vão sendo adicionados outros elementos pré-fabricados até se atingir a “nega”. Quando se verifica a “nega” isto significa que a estaca atingiu solo rígido, rocha, não sendo necessário prosseguir com o processo.

Figuras 12 – máquina de rastos com torre vertical

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3.2. Estacas moldadas IN SITU Existe uma grande variedade de tipos de estacas betonadas no local, diferenciadas entre si, principalmente, pela forma que são escavadas e pelo modo de colocação do betão. Esse tipo construtivo é bastante utilizado, visto a necessidade em terrenos que possuem uma profundidade relativamente grande que não apresentam características para suportar as cargas da estrutura ou dos assentamentos que podem ocorrer. Este tipo de estaca caracteriza-se por uma grande capacidade de carga devido ao atrito lateral do corpo do elemento de fundação com o solo de modo a transmitir às cargas da edificação a camadas profundas do terreno.

3.2.1. Materiais 

Armaduras

Ferro, utilizado no tubo moldador

Lamas bentoníticas

Betão

3.2.2. Equipamentos: 3.2.2.1.

Perfuração:

Giratória(Kelly) com lança

Trado contínuo

Alargadores de cabeça

Trado curto

Trepano

Limpadeira

Tubo moldador

Tubo guia

3.2.2.2.

Betonagem:

Trémie

Caminhão Betoneira

Bomba de betão

3.2.2.3.

Moldagem e Colocação da Armadura:

 Maquina para moldar armaduras prato rígido 17 | P á g i n a


Vibrador.

Tubo guia

3.2.3. Tipologia de Estacas 3.2.3.1. Estacas tipo Franki Trata-se de um tipo de estaca largamente usada. Foram introduzidas a técnica, em 1999, pelo Sr. Frankignoul. Caracteriza-se pelo seu processo de cravar o tubo de ponta fechada por uma “bucha” de betão seco, brita e areia, socada por um pilão de queda livre que arrasta o tupo por atrito, obtendo-se ao final da cravação uma forma absolutamente estanque. Atingida a profundidade desejada, o tubo é preso e a bucha é expulsa por golpes de pilão e fortemente socada contra o terreno, formando uma base alargada. Coloca-se a armadura, inicia-se a betonagem, extraindo-se o tubo simultaneamente.

Figura 13 - Exemplificação estacas tipo Franki.

3.2.3.2. Estacas tipo Straus Caracterizada por abrir um furo no terreno para colocação do primeiro tubo “coroa”. Aprofunda-se o furo com golpes de sonda de percussão. Conforme a descida do tubo, rosqueia-se o tubo seguinte até a escavação atingir a profundidade determinada. Lança-se betão no tubo e apilo-se o material formando uma base alargada na ponta da estaca.

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Figura14- Colocação de estacas tipo Straus 3.2.4. Processo de Execução das estacas IN SITU: 3.2.4.1. Sem Tudo Moldador Trado Contínuo  Escolha do equipamento de furação  Fura-se com o trado contínuo controlando com o comprimento da haste do trado  Injeta-se o betão pelo eixo interno do trado, que através da pressão, faz subir o trado carregado com terra.  Introdução da armadura junto com o vibrador.  Saneamento da cabeça da estaca e execução do maciço de fundação.

Figura 15- Colocação das estacas com trado contínuo sem tubo moldador 19 | P á g i n a


3.2.4.2. Sem Tudo Moldador Trado Curto 

Seleciona-se os equipamentos de furação à rotação(diâmetro do trado,

trépano, limpadeira) 

Executa a furação, com o terreno possuindo coesão.

Limpa-se o fundo do furo com a limpadeira

Coloca-se a armadura pré-fabricada através do próprio equipamento de

furação 

Betonagem utiliza-se trémie, sendo que na sua retirada

,nos últimos

3

metros da estaca devem ser vibrado e compactados 

Saneamento da cabeça da estada

Figura 16- Estacas com trado curto

3.2.4.3. Sem Tudo Moldador com Lamas Bentoníticas Esse método é utilizado em terrenos em que a coesão é muito baixa. 

Monta-se a central de reciclagem e fabrico das lamas bentoníticas

A furação é em duas fases: A furação previa é utilizado o trado curto para

permitir o posicionamento do tubo guia.. A segunda parte, com uso da limpareira, sendo esta fase sem lamas, podendo recorrer a essas mesmas lamas quando o solo exigir, com pelo menos 1 metro acima do nível freático. 

Introduz-se a armadura

Utiliza-se o funil trémie na betonagem, sendo que a medida que a betonagem

vai subindo, devido a diferença de densidade, a lama vai saindo e sendo recolhida para reciclagem. Existe uma alternativa as lamas bentoníticas, sendo utilizado polímeros estabilizadores, que tem a vantagem de serem biodegradáveis, não necessitarem

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de central de reciclagem, mais econômicos, porem não garantem a total limpeza do fundo do furo. 3.2.4.4. Tubo Moldador Recuperável com Extração do Terreno 

Seleção do equipamento de introdução do tubo moldador e furação

A furação prévia é feita de 3 a 4 metros de profundidade, com o intuito de posicionar e verticalizar o 1ºtroço do moldador.

Introduz-se o tubo moldador e furação simultânea. A terra é removida de troço em troço de tubo moldador, sendo estes normalmente de 2m ou 4m.

Limpeza do fundo do furo com limpadeira e alargamento da base da estaca com ferramenta adequada

Coloca-se a armadura

Betonagem com auxilio da trémie e subida simultânea do tubo moldador com compactação do betão nos 3 metros superiores.

Saneamento da cabeça das estacas.

Figura 17- Exemplificação da colocação de estacas com tubo reutilizável e extração do terreno.

3.2.4.5 Tubo Moldador Perdido Com Extração do Terreno Geralmente utilizado em obras dentro de água. 21 | P á g i n a


Seleção do equipamento de furação (limpadeira, trépano, trado) e movimentação do material (barcaça)

Cravação de um tubo de diâmetro superior ao da estaca, através do seu peso e pressão que o equipamento introduz por vibração

Furação e extração do terreno

Limpeza do fundo do furo com limpadeira

Com auxilio de uma grua, a armadura pré-fabricada é transportada para o interior do furo.

Betonagem com auxilio da trémie, feita por bombeamento de um caminhão. A agua menos densa que o betão é empurrada para fora do furo moldador.

Saneamento da cabeça da estaca acima do tubo moldador com auxilio de martelos pneumáticos.

Figura 18- Estacas com terreno extraído e tubo moldador perdido.

3.2.4.6 Estacas Executadas Sem Extração do Terreno 

Seleção do equipamento de cravação, podendo ser mistro de percussão, rotação e vibração, com pilão para percussão do rolhão .Movimentação do material através de grua.

Formação da obturação (rolhão: pequena quantidade de betão com um slump muito baixo, muito seco e fortemente compactado, pré-frabricado em betão, ponta cônica metálica) 22 | P á g i n a


Cravação do tudo com obturação a impedir o acesso do terreno ao interior do tubo moldador, percussão direta do rolhão com um pilão, percussão com um martelo pneumático ou de queda livre do tubo moldador de cabeça protegida por um capacete em madeira ou motor vibrador.

Com a cota escolhida, expulsa-se o rolhão.

Colocação da armadura pré-fabricada com espaçadores respectivos

Se o tubo for recuperado, o processo de Betonagem recorre a uma trémie. Se o tubo for perdido, a Betonagem é com trémie, mas sem os problemas associados à recuperação do tubo.

Em ambas as hipóteses, vibra-se o betão nos 3 metros superiores da estaca.

Saneamento da cabeça (cerca de 50cm) e execução do maciço de fundação.

Figura 19- Estacas sem extração do terreno

3.2.5. Cargas Aplicadas às Estacas

As estacas para seu bom funcionamento com relação a seu fim estrutural, deve resistir as cargas transmitidas pelo terreno e pela estrutura 3.2.5.1. Provenientes do Terreno 

Movimentos horizontais de solos compressíveis 23 | P á g i n a


Consolidação de solos compressíveis

Expansão volumétrica dos solos

Superfícies de rotura do terreno

Figura 20- Cargas proveniente do terreno na estrutura 3.2.5.2. Provenientes da Estrutura 

Maciço com mais de uma estaca, distribuição das cargas pela estaca

ESTACA COM PESO MACIÇO DE ENCABEÇAMENTO, PESO DO TERRENO E EXCENTRICIDADE

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MACIÇO COM MAIS DE DUAS ESTACAS

3.2.6. Vantagens e Desvantagens das estacas IN SITU

3.2.6.1. Vantagens 

Os comprimentos das estacas são facilmente ajustáveis ,pode ser executada em base alargada, aumentando a densidade relativa de uma camada de fundação granular, obtendo-se uma capacidade final de carga muito mais elevada;

O barulho e a vibração podem ser reduzidos.

• possibilidade de verificar durante a perfuração, a presença de corpos estranhos no

solo, matacões, etc, permitindo a mudança de locação antes da concretagem;

• possibilidade da constatação das diversas camadas e natureza do solo, pois a

retirada de amostras permite comparação com a sondagem à percussão;

• possibilidade de montar o equipamento em terrenos de pequenas dimensões;

• autonomia, importante em regiões ou locais distantes. 3.2.6.2. Desvantagens

É indispensável um controle rigoroso da concretagem da estaca de modo a não ocorrer falhas, pois a maior ocorrência de acidentes com estas estacas devem-se a deficiências de concretagem durante a retirada do tubo.

Danos por tração nas estacas sem armadura ou estacas ainda com concreto fresco, onde as forças no pé da estaca eram suficientes para resistir aos movimentos ascendentes;

Perfis leves de aço ou troços pré-moldado podem ser estragadas ou distorcidas durante a cravação; 25 | P á g i n a


não pode ser cravada onde há limitções de altura para quipamento.

O concreto não pode ser verificado após a conclusão do trabalho;

Danos a estacas sem revestimentos ou com revestimento de pouca espessura ou ainda com betão fresco, devido as forças laterais desenvolvidas no solo, como por exemplo, estrangulamento.

3.2.7. Controlo e Monitorização 

Controlar o consumo real de betão relativamente ao teórico

Qualidade das lamas bentoníticas

Desvios de verticalidade(inclinómetro)

Estrangulamento da secção por aderência do betão ao tubo moldado

Destruição local da secção da estaca devida a água corrente

Capacidade de carga do conjunto solo-estaca

Os métodos devem ser adequados quanto ao tipo de estaca, solo, detecção do defeito mais provável de ocorrer.

Realizações de ensaios : ·

de carga estática,

·

dinâmicos,

·

statnami

·

carotagem

3.2.8. Patalogias De acordo com um estudo realizado no Rio Grande do Sul de 1974 a 1992, por Silva & Bressani, foram analisados vários casos de obras com problemas de fundações. A seguir é apresentado um gráfico demostrado a situação para os casos de patologias de fundações profundas.

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Figura 21- Principais casos de patologias em fundações profundas 3.2.9. Algumas causas 

Carregamento próprio da superestrutura: Alteração no uso da edificação, Ampliações e modificações não previstas no projeto original

Movimento da massa de solo decorrente de fatores externos

Degradação dos materiais

Problemas de integridade ou continuidade;

Dosagem de betão pobre em cimento;

Demora na betonagem, com betão já em processo de início de pega;

Presença de armadura pesada ou mal posicionada;

Execução de estaca próximo de elemento recentemente concretado;

3.3. Microestacas

3.3.1. Definição - “Elemento de elevada esbelteza que faz parte da estrutura e que transmite ao solo, fundamentalmente por atrito lateral mas também por ponta, as solicitações que lhe são impostas”. - Estaca de pequeno diâmetro (8 a 40 cm, sendo mais utilizadas entre os 10 e 20 cm) executada in situ, com elevada capacidade 3.3.2. Constituição de uma micro-estaca 

Armadura principal

Armadura secundária

Calda de cimento

3.3.3. Classificação das Micro-estacas As Micro-estacas estão divididas em dois tipos:  Tipo I : injectadas a baixa pressão  TipoII: Injectadas a alta pressão

3.3.3.1. Micro-estacas do tipo I (injectadas a baixa pressão) •

Injecção da calda feita por gravidade ou baixa pressão; 27 | P á g i n a


Furação entubada provisoriamente, onde se introduz uma armadura clássica (estacas agulha) ou um varão único (estacas raiz com injecção de ar comprimido);

a extracção do tubo faz-se simultaneamente com injecção da argamassa.

Figura 22- Injecção de calda a baixa pressão 3.3.3.2. Micro-estacas do tipo II (injectadas a alta pressão) 

Injecçao da calda feita sob pressão (cerca de 2 a 4Mpa);

Maior eficiência, devido à melhor qualidade de injecção.

3.3.4. Caracteristicas gerais

3.3.4.1. Campo de aplicação: 

Reforço das fundações;

Recalce de fundações;

Fundações de novas estruturas;

Fundações em locais de difícil acesso ou permanência;

Fundações em terrenos particularmente difíceis;

Fundações em alto-mar (plataformas petrolíferas);

Fundações de equipamentos industriais;

Melhoria dos solos e maciços rochosos;

Consolidação de terrenos;

Contenções.

3.3.4.2. Reforço de Fundações •

Assentamentos diferenciais em edifícios contíguos;

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Modificação das condições de fundação (ex: aqueduto das aguas livres em Lisboa);

Elementos muitos esbeltos;

Em obras de arte, com limitações de vibração, condicionamentos

rodo e ferroviários;

Fig.23 - Aqueduto das águas Livres em Lisboa

Fig.24 – Ponte com aplicação de micro-estacas

3.3.4.3. Recalce de fundações: 

Reforço e realce de sapatas isoladas;

Fundação precária;

Reforço a acções horizontais (ex: sismo).

3.3.4.4. Fundações em locais de difícil acesso ou permanência 

Encostas íngremes;

Espaços confinados (áreas de trabalho reduzidas quer em superfície quer em pé direito);

Torres de telecomunicações;

Torres de linhas de alta tensão;

Chaminés;

Elevadores de esqui.

Fig.25 – Torre de linhas de alta tensão

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3.3.4.5. Reforço de fundações de estruturas diversas 

Gruas;

Redes de abastecimentos;

Postes de electricidade;

Obras de arte – rodoviárias e ferroviárias.

Fig.26 – Micro-estacas aplicadas a uma rede 3.3.4.6. Consolidação de terrenos abastecimento 

Escarpas e falésias;

Taludes;

Túneis;

Muros de suportes.

Fig.27 - Talude

Fig.28 – Muro de suporte

Fig. 29 - Túnel

3.3.5. Vantagens e desvantagens da utilização das Micro-estacas 3.3.5.1. Vantagens: 30 | P á g i n a


Diâmetro reduzido (10 a 25cm);

Capacidade de carga elevada mesmo em solos de características fracas ou impermeáveis;

Grande comprimento (tipo II)

Qualquer direcção espacial (entre 0 e 90˚)

Aplicação válida em qualquer tipo de terreno;

Funcionamento à tracção ou compressão;

Excelente controlo de assentamentos;

Versáteis (utilizadas em campos de aplicação distintos);

Equipamento de furação de baixa potência, rotativo, ligeiro, pouco volumoso e barato;

Execução em espaços exíguos;

Reduzidas vibrações e ruído;

Perturbação mínima do terreno;

Dispensa a realização de escavação;

Rapidez e facilidade de execução;

Economia de tempo e de mão-de-obra;

Possibilidade de adequada verificação/ controlo de execução.

3.3.5.2. Desvantagens: 

Limitação da capacidade de carga (até 1000 a 1300kN para diâmetros de 40 cm, e tensões da ordem dos 10Mpa);

Reduzida capacidade para transmitir cargas por ponta (Tipo I – baixa pressão);

Limitação à encurvatura (elevada esbelteza), em solos com zonas ocas ou vazios;

Necessidade de recorrer a firmas especializadas com equipamentos e mão-de-obra adequados.

3.3.6. Materiais e equipamentos 3.3.6.1. Materiais: 

Cimento portland

Água

Trado 31 | P á g i n a


Varas de furação

Bits ou cabeças de furação

Tubo moldador

Tubo manchete

Mangueira para limpeza e injecção

Obturador simples ou duplo

3.3.6.2. Equipamentos: 

Geradores a gasóleo móveis

Geradores a gasóleo fixos

Carateadora

Betoneira móvel

Bomba de injecção

Alguns tipos de máquinas utilizadas na execução de micro-estacas. Máquinas de Pequeno porte:

Máquinas de Grande porte:

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3.3.7. Processo construtivo Fases de execução de uma micro-estaca: 1.

Marcação ou implementação;

2. Perfuraçao; 3. Colocação da armadura; 4. Injecção; 5. Ligação à estrutura.

3.3.7.1.Marcação ou implementação:

Nivelamento do terreno circundante;

Marcação no terreno do centro de cada micro-estaca a impliementar com base nos elementos de projecto, com auxilio de meios topográficos.

Formas de marcação:  Cravação duma ponta de varão de aço ou madeira;  Aplicação duma tinta resistente.

3.3.7.2.Perfuração: Existem duas técnicas:  Trado 

Com tubo moldador (solos incoerentes)

Sem tubo moldador (solos coerentes)

 Varas e bit 

Com tubo moldador

Sem tubo moldador

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Execução do Processo de perfuração: 

Colocação da ferramenta de furação (varas e bit ou trado);

Faz-se coincidir o eixo da ferramenta com o eixo do furo;

Verifica-se o ângulo de ataque através de dois níveis perpendiculares, colocados na torre da maquina;

Perfuração até à cota de projecto;

A remoção do solo e limpeza é executada com jacto de água se se utilizar varas e bit ou extraída pela rosca do trado.

3.3.7.3.Colocação da armadura:

Com o furo terminado, retira-se as varas e bit ou trado e limpa-se o furo;

Coloca-se a armadura principal(varas de 6metros) com o auxilio da torre da maquina e duas chaves de grifos;

Colocação

do

troço

inferior(tubo

TM)

e

,

deseguida,

os

troços

complementares que enroscam no anterior.

3.3.7.4.Injecção

 Execução da calda 

Retirar algumas sacas de cimento do estaleiro da obra e situa-las perto da betoneita;

Colocação de água na betoneira de acordo com a relação agua/cimento pretendida;

Colocação de um rasga-sacos na cabeça da betoneira e introdução do cimento na amassadura;

Mexer manual ou mecanicamente ate obter uma mistura homogénea.

 Processo de selagem 

Com a calda de cimento homogénea, esta é colocada no balde da bomba de injecção;

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Esta calda fica situada entre o tubo de revestimento e a armadura principal/TM(solos

incoerentes)

ou

entre

o

terreno

e

a

armadura

principal/TM(solos coerentes); 

A bomba de injecção começa a introduzir calda de cimento (baixa pressão) no interior com o auxilio de um obturador simples ou de uma mandueira.

 Processo de injecção primária 

Com a calda de cimento homogénea, esta é colocada no balde de bomba de injecção;

O processo de injecção dá-se de baixo para cima ao nível das manchetes;

O obturador simples ou duplo é accionado seccionando o tubo de manchete;

A bomba de injecção começa a introduzir calda de cimento no interior do TM ao nível da 1º manchete;

Começa-se a injectar calda ate abrir a manchete(o monometro de pressão vai subindo progressivamente até a manchete abrir; quando ocorre, a pressão baixa repentinamente);

Observa-se esse fenómeno no manómetro de pressão instalado à saída da bomba injectora ou na boca da micro-estaca;

Continua-se com a injecção até atingir a pressão de projecto;

Se se verificar que a pressão não sobe e que se esta a gastar muito calda, suspende-se a injecção, lava-se o furo e executa-se de novo no próximo dia;

Com a primeira manchete executada, registam-se os valores de pressão de abertura da manchete e de injecção da calda, assim como a quantidade de calda;

Para executar a injecção da segunda manchete, move-se o obturador para a zona a injectar e repete-se o processo.

 Processo de injecção secundária 

Colocação de calda cimentícia no interior da armadura principal nos troços superiores ao tubo TM;

Quando a calda afluir à boca do furo limpa e sem resíduos do terreno, dá-se por concluída a injecção. 35 | P á g i n a


3.3.7.5.Ligação à estrutura

Após a execução da micro-estaca, escava-se ate à cota de fundação do maciço de encabeçamento;

Coloca-se um betão de limpeza na base da fundação e saneia-se a microestaca;

Colocação da armadura do maciço de fundação, utilizando espaçadores para garantir o recobrimento;

Colocação da armadura de arranque da super-estrutura e betonagem do maciço.

Fig. 30 - Processo Construtivo Resumo da execução de uma micro-estaca: 1. Perfuração com varas e bit ou trado à roto-percurssao e tubo moldador; 2. Extracção das varas e bit ou trado e limpeza do furo; 3. Introdução da armadura principal (tubo manchete – liso e manchetes na zona de selagem); 4. Selagem com calda comenticia do espaço entre tubos (tubo moldador e TM); 5. Extracção do tubo moldador, logo após a selagem ou injecção secundária; 6. Operação de injecção faseada do bolbo de selagem ; 7. Preenchimento do tubo TM com calda; 8. Introdução de eventual armadura complementar ou secundária no interior do tubo TM.

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2

1

4

3

5

6 6

7

8

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3.4. Barretas As barretas são elementos de fundação profunda, executadas pelo processo das paredes moldadas. Têm elevada secção transversal e esbelteza média a elevada. Resistem a acções elevadas, tanto verticais como horizontas. Podem atingir grandes profundidades (da ordem dos 100m). Quando os terrenos apresentam melhoria da resistência à medida que aumenta a profundidade poder-se-á considerar a utilização de parede moldada continua na parte superior da cave e barretas na parte inferior do edifício. As barretas utilizam-se ainda em substituição das estacas para situações em que existam forças horizontais importantes.

3.4.1. Tipologias:  A forma, disposição em planta, secção transversão e profundidade do troço de parede, dependem sãs propriedades, das cargas a suportar e do equipamento de escavação utilizado.  Podem ser utilizadas em conjunto com as paredes moldadas, formando uma parede com função tripla: contenção periférica, barreira à penetração de água e fundação.  O método construtivo destes elementos, permite obter diversas disposições em planta. 38 | P á g i n a


3.4.2. Campo de aplicação: As barretas são utilizadas nas seguintes situações:  Em terrenos muito brandos com substrato rochoso a grandes profundidades;  Em estruturas de grande porte susceptíveis a assentamentos, como estruturas préfabricadas ou com grandes vãos;  Em estruturas altas e pesadas com bases pequenas, como torres ou silos;  Junto a construções existentes, onde seja necessário baixa transmissão de ruído e vibrações;  Em escavações profundas para espaços subterrâneos;  Em esgotos de grande diâmetro

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3.4.3. Vantagens e desvantagens das Barretas relativamente às estacas moldadas no terreno 3.4.3.1. Vantagens:  Boa solução para solos pouco coesivos e de nível freático elevado;  Grande capacidade de carga para cargas verticais e horizontais;  Ruído e vibrações reduzidos;  Maior resistência e rapidez de execução;  Técnica relativamente económica;  Sujeita a pequenos assentamentos.

3.4.3.2. Desvantagens:  Custo elevado;  Necessidade de equipamento, tecnologia e firmas especializadas;  Grande perda de resistência quando existem galerias no subsolo;  Grandes dificuldades de penetração no substrato rochoso;  Descomprime o terreno (ainda que pouco);  Relativamente a um grupo de estacas, tem a desvantagem, em termos de redundância estrutural, de não poder falhar um elemento sem pôr em causa todo o conjunto.

Nota: Este tipo de fundações apresentam, ainda várias vantagens e desvantagens comum às paredes moldadas.

3.4.4. Processo Construtivo  Execução dos muros-guia  Escavação com eventual recurso ao trépano 

Quando a barreta é constituída por um único troço, os tubos junta tornam-se dispensáveis.

 Limpeza do fundo do furo 

A limpeza do fundo da escavação é muito importante, uma vez que pode influenciar a capacidade de carga de ponta da barreta. 40 | P á g i n a


 Furo estabilizado com lamas bentoníticas  Introdução da armadura  Betonagem do piso 

Via submersa, com extracção simultânea das lamas

 Extracç��o dos tubos junta  Saneamento do topo da barreta  Ligação das barretas à restante estrutura  Painéis pré-fabricados  Sistema top-Down 

Quando são executadas barretas isoladas, nas zonas das caves, estas não podem ser betonadas ate ao nível da plataforma de trabalho.

3.4.5. Soluções: 

Preenchimento da altura acima da barreta por uma mistura de bentonite com cimento, facilmente desagregável à posteriori;

Execução da estrutura através do sistema top-down.

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4. BIBLIOGRAFIA

Apontamentos disponibilizados pelo docente

Instituto superior técnico, Pegões, Eng.ª Raquel Cortez Francisco, Ruben Filipe Frango, “Caracterização técnico-económica dos diferentes tipos de fundações profundas”, Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil 2007, IST, Lisboa

Instituto Superior Técnico, Micro-Estacas, Eng.º Rui Machado

Instituto Superior Técnico, Micro-Estacas, Eng. ª Raquel Cortez

Instituto Superior Técnico, Estacas Moldadas, Eng.ª Raquel Cortez Brito, Jorge de, “Estacas Moldadas no Terreno”, Folhas da Disciplina de Processos de Construção da Licenciatura em Engenharia Civil 1999/2000, IST, Lisboa, 1999

Instituto Superior Técnico, Estacas Cravadas, Engª Raquel Cortez

http://www.estacas.com.br/textprem.swf

http://www.projetosengenharia.com/tipos-fundacoes-estacas.php

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Trabalho de TECNOLOGIA DE CONSTRUÇÃO, onde se pretende aprofundar conhecimentos e técnicas, inerentes à construção civil, como são o estudo das fundações, elementos fundamentais para a estabilidade das estruturas, que permitem assegurar a ligação das mesmas ao solo. Este trabalho foi realizado pelo grupo composto por Joana Cortesão, João Cornacho, Sara Silva e Thúlio Amaral, no ano lectivo 2012/2013.

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Relatório de Tecnologia de Construção