ESTACAS DE BETÃO ARMADO, Notas de aula de Física

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Glossário

Concreto- Betão

Concretagem- Betonagem

1. Introdução

No presente trabalho iremos abordar sobre as Fundações são os elementos estruturais com função de transmitir as cargas da estrutura ao terreno onde ela se apoia, mas para este trabalho nos importa mais o estudo das estacas de betão armado.

O sistema de fundações é uma área de conhecimento que envolve estudo, experiência e precaução, para encaminhar soluções à grande diversificação dos problemas que se apresentam. A previsão das cargas admissíveis para um elemento de fundação e a profundidade ideal para sua implantação tem, muitas vezes, solução complexa a ser estabelecida pelo engenheiro.

prensagem, vibração ou por escavação, ou, ainda, de forma mista, envolvendo mais de um destes processos.

Quanto à forma da sua "instalação" podem ser pré-moldadas e cravadas ou moldadas "in-situ", podendo estas últimas serem ainda de tubo cravado, de tubo descido com extracção de solo ou de furo sem revestimento (furação directa ou por lamas). Um outro tipo de estacas muito usadas presentemente são estacas de furação contínua com trado oco até à profundidade desejada ou possível.

a) Estacas Pré-moldadas As pré-moldadas e cravadas têm de ter armadura reforçada na cabeça e na ponteira, além de terem um protector na cabeça durante a cravação. As estacas pré-moldadas nunca têm grande diâmetro (até 0,60m) devido a dificuldades de cravação.

Elas utilizam-se quando o solo é mole seguindo-se-lhe uma camada compacta, não, necessariamente o "bed rock". Pode até ser inconveniente a existência de uma camada de rocha, pois na cravação poderá a estaca ser danificada, além de que nunca poderá encastrar-se na "rocha" como conviria para aproveitamento da sua "total" capacidade e se houver estratos pouco espessos de "burgaus" ou "seixos" grossos também a estaca cravada poderá ter inconvenientes por não conseguir ultrapassar tais camadas e se nelas ficar a ponteira a sua capacidade será reduzida em face da pequena espessura da camada. Por outro lado, em solos arenosos pouco compactos ela é muito vantajosa porque pode aumentar substancialmente a densidade de tais solos.

b) Estacas Moldadas In-situ Por outro lado, a estaca moldada "in-situ" com extracção do terreno, recomenda-se quando são necessários grandes diâmetros e há uma boa camada ("firme") para o seu encastramento.

Obstáculos que surjam para atingir tal camada podem ser removidos durante a furação, podendo inclusive ser destruídos a trépano. Muitas vezes surgem em formações marinhas sedimentares relativamente recentes inclusões gresosas com "cimento" calcário e de pequena espessura com pouca capacidade de carga por terem por baixo solos argilosos. Aí torna-se muito conveniente o uso de estacas moldadas "in situ" para atingir as camadas firmes inferiores. Porém, nos casos em que haja "tirante" de água e/ou solo muito mole, pode não ser recomendável o uso de estacas moldadas "in situ".

Aliás, se houver "tirante" de água onde a estaca tenha de permanecer, nessa parte terá de ser sempre "entubada" ou "encamisada".

A estaca moldada "in situ" requer cuidados especiais para a sua execução. Assim, por exemplo, ao realizar a betonagem terão de existir sempre alguns metros de betão fresco sem presa dentro do tubo para compensar a pressão hidrostática e a de solos moles que porventura existam no perfil geotécnico. O volume de betão consumido tem de ser controlado e sempre superior ao volume teórico da estaca. Além disso, antes da betonagem o fundo do furo tem de limpar-se cuidadosamente, o que não é sempre fácil, sobretudo no caso de furação com lamas e existência de solos moles

Nas estacas com furação com trado oco o trado é roscado até á profundidade necessária e de seguida é metido o betão pelo furo central à medida que se vai retirando o trado. A armadura é depois cravada no betão fresco da estaca. Estas estacas não podem ser encastradas no “bed-rock” porque o trado não pode ser roscado em terreno duro. Além disso a armadura tem de ser cravada no betão ainda sem presa. Se a estaca levar muito tempo a betonar por ser muito comprida ou por outro motivo o betão começar a ganhar presa, já não se conseguirá cravar a armadura depois da betonagem e a estaca ficará inutilizada.

A execução requer ainda outros cuidados como, seja uma boa sintonia entre a introdução do betão e o retirar do trado, devendo manter-se no furo uma certa altura de betão acima da ponteira do trado, para que não haja descontinuidades na estaca por afluência do solo lateral ao furo. Isto é particularmente importante nos solos moles. Estes mesmos cuidados se tem de ter em todos os tipos de estacas moldadas.

A seção vazada proporciona uma peça estrutural mais leve, o que colabora com o transporte, movimentação e cravação. É possível adquirir estacas com comprimentos que variam de 4 a 12 metros. Em fundações que exigirem um comprimento maior, será necessário a utilização de emendas.

O processo de cravação mais utilizado é o de cravação dinâmica, onde o bate-estacas utilizado é o de gravidade. Este tipo de cravação promove um elevado nível de vibração, que pode causar problemas a edificações próximas do local. O processo segue até que a penetre no terreno, sob a acção de um certo número de golpes, um comprimento pré- fixado em projecto.

Carga de ruptura da estaca:

Qp = resistência de ponta

Qf = Ql = resistência lateral (por atrito e/ou adesão ao longo do fuste)

Outras nomenclaturas usadas no meio técnico: capacidade de carga, capacidade de suporte, carga de ruptura, carga última, capacidade de carga última, capacidade de carga na ruptura. Símbolos: PR, PR, Pu, Qu, Pult, Qult, R

Observação :

Capacidade de carga do sistema estaca-solo, ou seja, inclui verificação da resistência da estaca como elemento estrutural

2.3. Métodos param determinação da capacidade de carga do sistema estaca-solo

Podem ser divididos em métodos estáticos, métodos dinâmicos, provas de carga.

a) Métodos estáticos:

3. Métodos racionais: são métodos baseados na teoria da capacidade de carga
4. Métodos empíricos: são métodos baseados em correlações com os ensaios de penetração CPT e SPT b) Métodos dinâmicos:  Fórmulas dinâmicas: métodos que levam em conta as leis de choque de Newton (princípio da conservação da energia)

 Fórmulas baseadas nas equações de onda: métodos que levas em conta a propagação de uma onda de tensão (gerada por um golpe) ao longo da estaca são métodos baseados na resposta da estaca aos esforços de cravação

Fórmulas dinâmicas da cravação das estacas

 Determinar relação entre a resistência dinâmica de uma estaca durante a cravação e a capacidade de carga estática da mesma;  Solos argilosos saturados: relação é dependente do tempo;  Funciona bem em casos de solos granulares;  Fórmulas dinâmicas: deduzidas com base na teoria do choque.

Princípio básico:  Energia aplicada = energia para penetrar a estaca + perdas  Energia aplicada (energia de cravação) é igual à energia potencial do pilão do bate estacas (W.H)  Energia consumida para penetrar a estaca é dada pelo produto da resistência à penetração oferecida pelo solo pela penetração da estaca (R.s)

Perdas compõem-se das parcelas:  Perda devida ao choque do pilão (martelo) com a estaca (gera calor)  Perda por deformação elástica do solo  Perda por deformação elástica da estaca e capacete

c) Métodos racionais (fórmulas teóricas)

A capacidade de carga de uma estaca é a soma de duas parcelas: capacidade de carga ou resistência lateral ( f Q ) e capacidade de carga ou resistência de ponta (Qp )

Determinação da resistência de ponta (Qp)

 Semelhante ao cálculo carga de ruptura sapata em profundidade  Carga de ruptura de uma placa em profundidade pode ser calculada pela equação: ( )

3. Armadura Normal de Estacas de Betão Armado. Disposições Construtivas. 3.1.Momentos Flectores devidos ao Peso Próprio.

Para o dimensionamento da armadura da estaca precisamos do momento flector máximo. Esse pode eventualmente acontecer durante o manuseamento da estaca se fôr pré-fabricada, mas se for moldada "in situ" acontecerá necessariamente devido ao esforço horizontal H na cabeça e à reacção do solo. H resultará do cálculo dos esforços no bloco de estacas, mas Mmax na estaca terá de resultar de hipóteses relacionadas com a rigidez da estaca e do terreno.

As estacas pré-moldadas em betão armado têm, em geral, a sua armadura determinada pelas condições de "manuseamento" e cravação. É clássica a determinação da posição dos pontos A e B por onde se deve pegar uma estaca para que o momento flector seja mínimo (em módulo). Porém, deve notar-se que na prática não se poderá garantir que as estacas são todas manuseadas dessa forma. Caso comum a admitir será aquele em que a estaca é levantada por uma das extremidades. Ainda que isso aconteça não será razoável admitir que tal estaca se inutilizará. Portanto, a estaca deve ter armadura suficiente para resistir ao momento flector produzido por seu próprio peso quando simplesmente apoiada nas suas extremidades.

Onde:

L é o comprimento da estaca; P o seu peso por metro linear.

Porque a posição da estaca poderá ser qualquer, a sua armadura deve ser simétrica, o melhor, uniformemente distribuída em todo o perímetro. A estaca terá assim de pelo menos resistir ao momento flector indicado em e a esforço transverso, sem carga axial, ou à carga axial máxima para ela prevista, calculada como pilar com carga axial, mas com comprimento de encurvadura reduzido se ela estiver, pelo menos na maior parte do seu comprimento, enterrada em solo relativamente compacto. A experiência e a teoria parecem mostrar que não há problemas de encurvadura em estacas de dimensões correntes enterradas em solos que não sejam muito moles. O EC7 (1994, p. 103) admite

que só há que considera a encurvadura para estacas cravadas em solos com resistência inferior a cu =15 kPa.

Assim, só seria de considerar a encurvadura em estacas "trabalhando" de ponta e embebidas em solos muito moles, e porventura embebidas apenas em parte do seu comprimento.

No entanto, há que considerar os momentos flectores e esforços transversos que lhe advirão dos deslocamentos do bloco de encabeçamento onde a supomos encastrada e ainda os esforços a que esteja submetida durante a cravação, estes de mais difícil avaliação.

Já vimos ao tratarmos do cálculo de esforços nos maciços de estacas quaisquer, como se poderão avaliar os momentos flectores e esforços transversos acima referidos.

Em qualquer caso há que armar a estaca com pelo menos a armadura mínima desde logo algo reforçada, portanto com pelo menos 0,2% de aço A400 rugoso, de preferência de dureza natural e para que, não sendo frágil, resistir em melhores condições a choques e vibrações da cravação. Se usarmos A235, o mínimo da armadura seria de 0,3%, ambos os valores ligeiramente acima dos mínimos regulamentares. Mas, de um modo geral, os momentos flectores mesmo só os devidos aos peso próprio, exigirão maior percentagem de armadura.

Além disso, as estacas deverão ser cintadas com ferros com o diâmetro mínimo φ de 6mm em hélice com um passo e ≤ 12d em que d = diâmetro dos ferros longitudinais. Na escolha da armadura longitudinal convirá usar ferros não muito grossos, em princípio não superiores a 20mm, para estacas de diâmetros normais, e daí que o passo máximo da hélice não seja, nem deva ser superior a 20cm:

emax ≤ 0,20m, por outro lado emin ≥ 5cm

para permitir que a brita e areia do betão cheguem à periferia da estaca. A cabeça da estaca, no entanto, deve ter armadura de cintagem reforçada para resistir às pancadas do pilão que tendem a provocar fortes tracções horizontais. Também a ponteira deverá ter ferragem apropriada e cintagem mais apertada. Nalguns casos chega a usar-se chapas de aço macio dobradas, contornando a ponteira e cruzando-se sobre ela sendo depois soldadas à armadura longitudinal. Quanto à armadura para as estacas moldadas vale

Sendo:

a’ -a largura do pilar, tira-se a armadura por qualquer tabela de Betão Armado, escolhendo (por exemplo) betão B25 (fck = 25 Mpa) e aço A 400N.

Para d > 0,80 m tem de haver uma armadura "secundária" a meia altura do maciço de encabeçamento. Mesmo com valores de d menores, convirá prever armadura "secundária". A armadura calcula-se nos dois sentidos da mesma maneira.

4. Conclusão

Tendo em vista os aspectos mencionados e em virtude dos factos observados somos levados a concluir que As estacas pré-moldadas e cravadas têm de ter armadura reforçada na cabeça e na ponteira, além de terem um protector na cabeça durante a cravação. As estacas pré-moldadas nunca têm grande diâmetro (até 0,60m) devido a dificuldades de cravação.

Índice

• Glossário
• 1. Introdução..................................................................................................................
• 1.1. Objectivos Gerais
• 1.2. Objectivos Específicos
• 2. Fundações
• 2.1. Fundações Profundas
  • 2.2. Estacas:
• a) Estacas Pré-moldadas
• b) Estacas Moldadas In-situ
• Métodos Construtivos
• Fórmulas dinâmicas da cravação das estacas
  • Princípio básico:
• 3. Armadura Normal de Estacas de Betão Armado. Disposições Construtivas.
• 3.1. Momentos Flectores devidos ao Peso Próprio.
• Betão Armado 3.2. Dimensionamento dos Maciços de Encabeçamento de Grupos de Estacas de
• 4. Conclusão
• 5. Referências Bibliográficas