Fundações de estacas – Guia para projeto, construção e testes

As fundações por estacas são construídas quando não é possível construir a estrutura em fundações rasas. Dependendo do tipo de estrutura e outros motivos, a seleção das fundações por estacas é feita conforme descrito no artigo.

Vamos nos concentrar nos principais tópicos deste artigo.

Fundações por estacas – visão geral

Projeto de fundações por estacas

Construção de tortas

Teste de pilha

Vamos começar entendendo…

O que é uma fundação por estaca?

É um tipo de fundação que fica enterrada profundamente no solo e costuma utilizar perfis circulares em sua construção.

As fundações rasas apoiam-se no solo e transferem as cargas verticais diretamente para o solo. A capacidade do solo é dada como a capacidade de suporte permitida. Se a pressão aplicada for menor que a pressão de rolamento permitida, o projeto geotécnico está OK.

No entanto, outros métodos e outros parâmetros são usados ​​para fundações por estacas.

O projeto leva em consideração o atrito superficial do solo (positivo e negativo), o atrito superficial da rocha intemperizada, o atrito superficial da rocha e a força de suporte última da rocha.

Por que quando as estacas precisam apoiar a estrutura

• Quando as cargas verticais que atuam na fundação não podem ser absorvidas pelas fundações superficiais devido à sua baixa capacidade de carga.
• Se houver camadas de solo fracas, como turfa, no solo
• Para absorver as forças de tração que atuam na fundação. Para absorver as forças de tração, as estacas podem ser ancoradas na rocha.
• Para absorver cargas laterais (pressão) que atuam na fundação. É erguida uma estaca inclinada que pode absorver forças de compressão e tração.
• Quando existem cargas verticais muito elevadas, especialmente em edifícios altos, a capacidade de suporte do solo não é suficiente para suportar tais cargas. Precisamos de apostas.

Fatores que afetam o projeto e construção de fundações por estacas

• Cargas da superestrutura
• Textura do solo. A fricção da pele varia dependendo da natureza do solo. Para camadas de solo como turfa, o atrito negativo da superfície deve ser levado em consideração no projeto geotécnico da estaca.
• Estado da rocha. Os valores de RQD e CR determinados pelas investigações de furos têm grande influência na capacidade de carga da estaca.
• Os custos de construção também são um fator importante na seleção de estacas como sistema de suporte.
• A acessibilidade do site deve ser verificada.
• As distâncias até os limites devem ser verificadas
• A limitação de vibrações e níveis sonoros deve ser verificada. Vibração excessiva pode causar danos a edifícios adjacentes.

Tipos de fundações por estacas

Essa categorização foi feita com base no tipo de material utilizado na construção da estaca e no tipo de construção.

1. Estacas perfuradas / estacas de concreto in situ
2. Estacas cravadas/estacas pré-moldadas
3. Microestacas
4. Paredes de estaca-prancha
5. postes de madeira
6. pilhas de parafusos

Estacas perfuradas ou estacas de concreto in situ

O tipo de pilha mais comum e amplamente utilizado. As estacas de tábuas são encontradas na maioria das estruturas construídas sobre fundações de estacas.

O poste está embutido na rocha. A profundidade de incorporação na rocha varia dependendo do tipo e quantidade de carga.

Além disso, o número de estacas necessárias para suportar um pilar depende da capacidade de suporte da estaca e da carga aplicada.

Primeiro, determinamos a capacidade de carga geotécnica e estrutural da estaca. O valor mínimo desses valores é então considerado como a capacidade de carga da estaca.

Como a carga aplicada é conhecida, o número de estacas pode ser calculado.

Dependendo das cargas aplicadas, as estacas escavadas são construídas como estacas individuais ou estacas em grupo. As estacas agrupadas são geralmente necessárias para suportar núcleos de cisalhamento, paredes de cisalhamento, núcleos de elevação, etc.

Estacas cravadas/estacas pré-fabricadas

Estas são estacas pré-fabricadas.

Elas são erguidas quando a carga aplicada é relativamente baixa em comparação com as estacas perfuradas.

Além disso, as estacas pré-fabricadas não são cravadas na rocha, mas embutidas ou inseridas em uma camada dura de solo. Deve haver uma camada densa de solo para apoiar a pilha e servir como local de armazenamento final.

Estas estacas são principalmente estacas dominantes por atrito, embora um rolamento de extremidade também esteja presente.

A cravação pode ser feita manualmente, jogando uma massa na estaca ou usando uma máquina vibratória de cravação de estacas.

Os postes estão disponíveis em vários tamanhos a partir de 400 mm. Além disso, também podem ser produzidos tamanhos menores dependendo do tipo de construção.

Além disso, fundações por estacas deste tipo são frequentemente utilizadas para edifícios baixos quando não podem ser construídas com fundações rasas.

Microestacas

As microestacas tornaram-se muito populares na construção de edifícios baixos.

Se a condição do solo for fraca e a capacidade de suporte for insuficiente para suportar as cargas da superestrutura, deverá ser construída uma fundação profunda.

Pensando nisso, ao considerar as opções disponíveis, devemos escolher o tipo de fundação entre estacas escavadas, estacas pré-moldadas e microestacas.

Destes, as estacas perfuradas são geralmente mais caras do que os outros dois tipos.

Dependendo do tipo e natureza das cargas da superestrutura, o tipo de estaca é selecionado.

Além disso, na construção deste tipo de fundação, é aconselhável buscar a recomendação de um engenheiro geotécnico.

O projeto deve ser baseado nos parâmetros especificados no relatório de ensaio de solo e estes devem ser verificados através dos ensaios necessários após a construção.

Uma microestaca é um invólucro de aço preenchido com concreto. Se necessário e à medida que o diâmetro da microestaca aumenta, também pode ser inserida uma gaiola de reforço na estaca para melhorar a sua capacidade de carga.

Microestacas são usadas na construção de pilares e na construção de pilares de pontes. As cargas laterais que atuam no pilar podem ser transferidas para o solo através de microestacas inclinadas.

Na construção de cais, são utilizadas três ou seis estacas em formato hexagonal para suportar as cargas verticais.

O principal risco deste tipo de construção é a corrosão do aço. Se a pilha estiver exposta ou não atender aos requisitos de corrosão, ela poderá falhar.

Por outro lado, também há menos risco porque a pilha está subterrânea e há menos chance de todos os componentes responsáveis ​​pela corrosão entrarem nela.

Se a estrutura for construída numa zona costeira, deve ser dada especial atenção à protecção do revestimento de aço.

As microestacas são feitas de tubos de aço de 150, 200, 300 mm, etc.

Paredes de estaca-prancha

As estacas-pranchas também podem ser consideradas um tipo de fundação por estacas, embora, ao contrário de outros tipos de estacas, geralmente não sejam usadas para apoiar estruturas diretamente.

Por exemplo, as estacas pranchas são usadas para apoiar o solo ao redor da estrutura, ao mesmo tempo que atuam como uma estrutura permanente. A remoção ou a consideração de obra permanente depende do tipo de construção e do estado do solo.

Além disso, as estacas pranchas são frequentemente utilizadas na construção para proteger a terra durante as escavações. Para estruturas de embasamento profundo, pode ser utilizada estaca-prancha devidamente ancorada, conforme observado acima.

Além disso, também é útil na construção de ensecadeiras.

Existem diferentes tipos de estacas pranchas dependendo do perfil e da disposição da conexão. Além disso, podemos selecionar a parede de estaca-prancha apropriada com base no módulo de seção necessário de acordo com os requisitos do projeto.

O artigo, Muro de contenção de estaca-prancha Discuta o projeto de estabilidade de muros de contenção de estacas-pranchas.

postes de madeira

Tecnologia melhor foi usada não apenas nos edifícios atuais, mas também nos antigos.

Eles sabiam que se o terreno fosse fraco, teriam de ser erguidas estacas. Portanto, eles usaram material sustentável para isso.

Ainda hoje é possível ver madeira sendo empilhada durante obras de construção ou ampliação.

Os edifícios e pontes em particular foram construídos sobre estacas de madeira.

As estacas de madeira são duráveis, econômicas e sustentáveis.

É utilizada madeira especial com boas propriedades de durabilidade.

Por favor, suporte as cargas de fricção superficial e rolamentos finais.

As estacas de madeira são utilizadas em construções em áreas muito fracas, onde a maquinaria pesada não consegue chegar.

pilhas de parafusos

O poste se assemelha a um parafuso, conforme mostrado na imagem a seguir.

O tipo de parafuso depende do design.

Existem também diferentes tipos de estacas parafusadas.

As estacas roscadas podem ser usadas para construir conexões ou outras estruturas, como na construção de pontes.

Projeto de fundações por estacas

Uma vez que as pilhas como Tipo de fundação De acordo com a recomendação do relatório de investigação geotécnica, é determinado o número de estacas.

Então precisamos da capacidade de empilhamento.

Para avaliar a capacidade de carga da fundação por estaca, existem dois componentes na fundação por estaca.

Pegamos o menor de baixo.

• Projeto geotécnico
• Projeto estruturado

Projeto geotécnico de estacas

A avaliação do desempenho geotécnico da estaca é baseada nas condições do solo e da rocha quando está ancorada na rocha.

A capacidade geotécnica da estaca pode ser representada pela seguinte equação

Qu = Qp + Qs

Onde

Qu – Capacidade geotécnica máxima da estaca

Qp – Força última máxima da estaca

Qs – Atrito máximo da pele da estaca

A capacidade permitida (Qall) pode ser calculada da seguinte forma:

Qall = Qu / FoS

FoS – fator de segurança; varia entre 2,5 e 4

Além disso, existem vários métodos para calcular a capacidade de carga admissível da estaca. O método de aplicação do fator de segurança pode variar de país para país, dependendo dos padrões locais.

Às vezes, um fator de segurança separado é aplicado tanto para o armazenamento final quanto para o atrito da pele, e o fator de segurança único também é usado.

Observa-se que um fator de segurança baixo como 2,0 também é utilizado para atrito com a pele. É fortemente recomendado que os padrões locais sejam levados em consideração ao projetar.

Existem essencialmente cinco componentes associados à capacidade geotécnica de uma estaca.

1. Atrito cutâneo do solo (atrito cutâneo positivo e atrito cutâneo negativo)
2. Fricção superficial de rocha desgastada
3. Atrito superficial da rocha
4. Disposição final da rocha
5. Suporte final do solo

Para estacas pré-fabricadas, se a estaca terminar no solo (camada dura), utiliza-se o armazenamento final no solo. Se a estaca estiver ancorada em rocha (estacas escavadas moldadas no local), o apoio final na rocha é utilizado para calcular a capacidade de carga da estaca.

Os cinco parâmetros acima são fornecidos pela recomendação geotécnica baseada nos dados do levantamento do furo.

Se conhecermos os parâmetros do solo, podemos calcular os valores de atrito superficial de acordo com as equações.

Os seguintes métodos estão disponíveis para calcular o atrito superficial dos solos.

Fricção da pele na areia

• Com base na sobreposição e no ângulo de atrito entre o solo e a estaca
• Correlação com teste de penetração padrão (SPT)
• Correlação com Teste de Penetração de Cone (CPT)

Esfregar a pele em argila

• Método λ
• método α
• método β
• Correlação com CPT

A capacidade de suporte final do solo também pode ser calculada usando vários métodos propostos. Os métodos a seguir são comumente usados ​​por planejadores.

Repositório inferior

• Processo Meyerhof (areia/argila)
• Método de Vasic (areia/argila)
• Método Coyle e Castello (areia)
• Correlação com SPT e CPT

Fricção da pele causada pela rocha

A pele da rocha é determinada com base na natureza e no tipo de rocha.

Geralmente, o atrito máximo da superfície da rocha fresca e da rocha intemperizada é especificado no relatório de investigação geotécnica.

Precisamos aplicar o fator de segurança para calcular a capacidade permitida. Se a capacidade permitida for especificada, podemos usá-la diretamente.

Armazenamento pontual de rocha (armazenamento final)

A avaliação é baseada nos resultados dos testes. Para determinar a resistência da rocha, geralmente é realizado o ensaio de resistência à compressão uniaxial (UCS).

A relação entre UCS e armazenamento final é usada para determinar o valor final.

Os valores RQD e CR também devem ser verificados ao determinar as capacidades das estacas e comprimentos de embutimento, pois refletem a condição da rocha.

Em resumo, obtemos os parâmetros geotécnicos necessários, como atrito da pele e capacidade de carga final, a partir do relatório de investigação geotécnica. O que precisamos fazer é aplicar o fator de segurança exigido e calcular a capacidade geotécnica.

Projeto estrutural da pilha

A tensão admissível do concreto nas estacas escavadas é considerada da seguinte forma: 0,25 FCU na maioria dos padrões. Existem apenas pequenos desvios.

• ACI 318: 0,25 fcu
• EC2: 0,26 fcu
• CP4: 0,25fcu

No entanto, as estacas devem ser verificadas quanto à flambagem, especialmente se forem erguidas em terreno fraco. Portanto, é realizada uma análise de flambagem para fundações por estacas.

Tendo este facto em conta, pode ser feito o dimensionamento estrutural ou o dimensionamento das armaduras.

Existem dois métodos/etapas para projetar uma pilha.

1. Calcule a carga crítica de flambagem e verifique se ela é maior que a carga aplicada.
2. Execute análises e projetos de flambagem mais rigorosos.

Abaixo você encontrará um resumo das etapas de cálculo. Antes de planejar, você deve fazer mais pesquisas.

Passo 01

Calcule a carga crítica de flambagem (Pcr).

Etapa 02

Determine o comprimento efetivo (Lcr) com base em Pcr, molas de solo, rotação no topo da estaca (possivelmente com alguma fixação rotacional), etc.

Etapa 03

Como conhecemos as cargas aplicadas, o comprimento efetivo e o diâmetro da estaca, podemos dimensionar a estaca utilizando um método tradicional ou utilizando software.

Os fatores mais importantes que precisam ser considerados ao projetar fundações por estacas estão resumidos abaixo.

• Avalie a capacidade geotécnica e estrutural da estaca e considere o menor valor como capacidade da estaca.
• Divida a capacidade da estaca pela carga aplicada (carga de pilar ou carga aplicada; estado limite de utilização) para determinar o número de estacas.
• Quando se pretende dimensionar um grupo de estacas, a carga individual deve ser calculada com base no centro de carga e no centro geométrico de cada estaca. As cargas devem ser distribuídas de acordo com a posição da estaca.
• Caso haja mais de uma estaca, a distância mínima entre as estacas deverá ser 2,5 vezes o diâmetro da estaca.
• Aumentar a distância entre as pilhas não permite usar a analogia da treliça para Construção de cabeça de pilhaPortanto, uma distância de 2,5 a 3 vezes o diâmetro da estaca é mantida entre as estacas.
• Em solos orgânicos, deve-se prestar atenção ao atrito negativo da pele. Caso contrário, a capacidade de carga da estaca será estimada incorretamente.
• Em solos muito macios, como B. turfa, a flambagem do poste deve ser verificada em maior profundidade.
• Atenção a RQD e CR Os valores especificados devem ser indicados ao decidir os comprimentos de aparafusamento.
• Em geral, a tolerância permitida para desvios de projeto de acordo com a maioria dos padrões é de 75 mm. Isto deve ser levado em consideração ao projetar o bloco. É necessária atenção especial para estacas individuais. O momento causado pela centralidade deve ser suportado pelas vigas do piso. Portanto, isso deve ser levado em consideração ao projetar as vigas do piso.

Construção de fundações por estacas

Vamos discutir as etapas básicas a serem seguidas ao construir estacas. O procedimento a seguir é explicado em relação às estacas de concreto moldadas no local.

As seguintes tolerâncias são desvios permitidos na construção de acordo com diferentes padrões.

código	Tolerância permitida
ACI-336	4% do diâmetro ou 75 mm, o que for menor
Norma EN 1536	100mm; para diâmetro de estaca (D) ≤ 1000 mm 0,1D para 1000 150mm D>1500 Projeto para um ângulo de inclinação inferior a 1 em 15 limitado a 20 mm/m Design com um ângulo de inclinação entre 1 em 4 e 1 em 15 limitado a 40 mm/m
KP4 – O grande objetivo	75mm
BS 8004	Não mais que 1 em 75 na vertical ou 75 mm Para estacas escavadas com ângulo de inclinação de até 1 em 4, é permitido um desvio de até 1 em 25.

Etapas na construção de estacas e aspectos importantes a serem considerados

• Implementação da piquetagem
• Comece removendo a camada superficial do solo até o nível da rocha. Procure sempre manter a posição do poste conforme indicado nos desenhos, embora geralmente haja uma tolerância aceitável de 75mm.
• Inicie a perfuração de rocha e monitore a profundidade da perfuração de rocha. É importante garantir que a perfuração seja realizada em rocha fresca e não em rocha desgastada.
• É medido no local utilizando amostras, taxa de penetração, dados de registo de poço e outras profundidades de estaca, se aplicável.
• Dado que é difícil localizar rocha fresca, a primeira camada é lançada mais perto de um poço. Então os outros parâmetros podem ser avaliados. Com base nisso, podemos prosseguir para a fundação por estaca.
• A qualidade da rocha é verificada através da observação visual.
• Além disso, métodos de teste como testes de carga pontual podem ser usados ​​para verificar a resistência da rocha. Os resultados dos testes de carga pontual podem ser correlacionados para determinar a capacidade de carga final da estaca. Se os resultados não forem satisfatórios, a perfuração de testemunho de rocha deve ser realizada até que a rocha intacta seja encontrada. O artigo Técnicas de teste para materiais de construção Para mais informações sobre testes, você pode entrar em contato conosco.
• Assim que a perfuração na rocha for concluída de acordo com os comprimentos de embutimento, a limpeza é realizada.
• O principal objetivo da limpeza é remover lama, areia, etc. da bentonita. Isso também é conhecido como enxágue.
• Para garantir que a pilha esteja suficientemente limpa, alguns parâmetros devem ser verificados. A figura a seguir mostra os limites. Esses valores mudam de especificação para especificação.

• Assim que o teor de bentonita na cava de escavação atingir os valores limite especificados, a lavagem é interrompida.
• O tubo do empreiteiro é então inserido no poço de escavação.
• Em seguida, o concreto é derramado lentamente no empreiteiro. Depois de preenchido, o empreiteiro é levantado um pouco para permitir que o concreto escorra.
• Este concreto irá gradualmente subir junto com toda a lama e contaminantes na parte inferior da pilha. Em seguida, o funil é preenchido novamente com concreto e o concreto pode fluir.
• Isto garante que a extremidade do tubo do empreiteiro esteja sempre no concreto fresco. Isto significa que o concreto fresco sempre pode se misturar com o concreto fresco e a camada superior de concreto pode mover-se gradualmente para cima.
• Além disso, é muito importante controlar a velocidade de concretagem para evitar o levantamento da gaiola da armadura. A uma velocidade mais elevada, o cesto sobe.
• Repita este processo até a finalização da concretagem.

Testando fundações por estacas

Ao contrário de outras fundações, não podemos ver o que está acontecendo no subsolo.

Nada visível…

Isso o ajudará a determinar se construímos a pilha corretamente.

• Cobertura adequada do reforço
• Sem constrição
• Sem protuberância
• Sem misturas de concreto com bentonita
• Sem cavidades (como favos de mel) no concreto
• Sem lama no fundo da pilha
• Etc…

Portanto, precisamos testar a pilha para garantir que ela esteja construída corretamente.

É responsabilidade do empreiteiro realizar testes de estacas em consulta com o consultor do projeto e uma agência de testes independente.

Método de teste de pilha

Existem essencialmente quatro tipos de métodos de teste de estacas.

1. Teste de integridade da pilha (teste de integridade de baixa deformação)
2. Teste de carga dinâmica (teste dinâmico com carga alta)
3. Teste de carga estática
4. Teste de som de furo cruzado

Teste de integridade da pilha

A maneira mais fácil de prever a integridade da pilha.

Este teste pode ser usado para prever protuberâncias, constrições, reentrâncias, etc.

Este é o melhor método para identificar o arquivo quebrado, mas a capacidade da pilha não pode ser avaliada.

Ele fornece um aviso inicial sobre se a postagem está com defeito.

O teste de integridade da estaca é usado para identificar as estacas a serem testadas usando outros métodos, como o teste de estaca dinâmico e o teste de carga estática de estaca.

Além disso, este método de teste é econômico em comparação com outros testes. Além disso, todas as estacas são testadas usando este método.

Teste de carga dinâmica

O método mais comumente usado para determinar a capacidade de suporte da estaca na construção atual.

Ao contrário de um teste de carga estática, os resultados são fornecidos imediatamente. A capacidade de carga pode ser determinada diretamente após o teste no local. No entanto, para obter respostas precisas após análise com software como CAPWAP, análises adicionais são realizadas.

Podemos determinar o atrito da pele da estaca e o suporte final desenvolvido para a carga de teste.

Primeiro, o teste de estaca é simulado usando um software e a altura de queda do martelo é definida de modo que não surjam tensões de tração superiores às forças permitidas ou às suportadas pela armadura de estaca.

Isso é chamado de análise de equações de onda (WEAP). Com este método não há necessidade de aplicar a carga do martelo múltiplas vezes até encontrarmos a carga de teste.

WEAP estabelece a relação entre carga de teste, tensão de compressão e desenvolvimento de tensão de tração.

Portanto, o teste pode ser feito com muita facilidade.

Teste de carga estática

Este é o método mais confiável e convencional de teste de estacas. Como todas as medições são feitas manualmente, temos uma ideia do que acontece à medida que a carga aumenta.

Aumentamos a carga na estaca até a carga de teste especificada no projeto da estaca e depois a reduzimos gradualmente.

A deformação da estaca é monitorada e verificada se está dentro dos limites.

Teste de som de furo cruzado

Este teste verifica o estado da pilha. Isto permite verificar o estado da obra em questão dentro dos furos feitos na estaca.

Os cabos são colocados na pilha. O dispositivo de teste é então colocado na pilha e testado. Transmissor e receptor são usados ​​para verificar o estado da pilha.

Com base nas velocidades das ondas, a condição da estaca é prevista. Para obter mais informações sobre o método de teste, consulte o artigo da Wikipedia Medição de som de furo cruzado.