Como construir: fundações em estaca raiz

Sistema de fundação profunda, as estacas-raiz (figura 1) podem ser executadas em vários tipos de terreno, solo e rocha, ultrapassando matacões, pedras, alvenarias ou outros materiais resistentes com equipamentos considerados leves e versáteis. São executadas em pequenos diâmetros (entre 100 mm e 450 mm) e preenchidas com argamassa de cimento e areia, podendo receber armações de vários tipos. Sua perfuração é realizada por rotação ou rotopercussão em direção vertical ou inclinada, e podem ser executadas em ângulos diferentes da vertical.

A versatilidade do sistema alcança seu limite na capacidade criativa dos projetistas e executores, sendo particularmente indicado sempre que o projeto se defrontar com situações de limitações de peso e porte dos equipamentos, com construções vizinhas que não suportem os efeitos de vibração ou ruído de cravação de estacas, ou ainda quando o subsolo apresentar dificuldade de perfuração devido à sua constituição.

Normalmente são utilizadas em obras com limitação de espaço para grandes equipamentos, com subsolo constituído por materiais heterogêneos – solo e rocha – e terrenos com presença de materiais não ultrapassáveis pelos métodos convencionais de escavação e cravação.

Também são uma alternativa para obras em terrenos com lâmina d’água, em locais onde não são admitidas vibrações nem ruídos, em casos de reforço da fundação existente e de execução de estacas com inclinações acentuadas, para combater esforços horizontais (figura 2).

Figura 2 – Estacas-raiz para obra de contenção de encostas

Em virtude do seu custo, superior às demais, a tecnologia deve ser evitada sempre que seja viável o uso de qualquer outro tipo de fundação. Por ter diâmetro relativamente pequeno, sua capacidade de absorção de esforços é limitada. Portanto, não é indicada para projetos com esforços horizontais de grande magnitude, já que os blocos de fundação demandariam um número grande de estacas, comprometendo a sua viabilidade.

O uso do sistema também pode se tornar muito oneroso quando as condições de perfuração resultarem em baixa produtividade dos equipamentos, em processos de execução relativamente complexos ou quando forem utilizados acessórios de alto custo, sobretudo em terrenos que exijam a perfuração de rochas muito resistentes ou mesmo enrocamentos.

Características técnicas
As estacas-raiz são executadas por meio da perfuração no solo, colocação da armadura e posterior preenchimento de seu fuste com argamassa de cimento e areia. Pela sua versatilidade construtiva, podem ser dimensionadas para absorver as cargas específicas de cada projeto, o que permite a sua “customização” para absorver as cargas verticais, horizontais e de tração específicas para cada situação.

O mercado brasileiro padroniza algumas estacas pela fixação de determinados diâmetros e ferragens, fato que não impossibilita eventuais adaptações.

Diferentemente de estacas pré-moldadas, as estacas-raiz são denominadas por diâmetros nominais – diâmetros que podem atingir após a perfuração no solo. Vale observar, contudo, que esses diâmetros são simples números de referência e devem estar relacionados às cargas de trabalho para os quais foram dimensionados.

As estacas padronizadas mais comumente encontradas no mercado brasileiro, com diâmetros nominais, respectivas ferragens e cargas correspondentes são:
 Ø 160 mm com 4Ø 16 mm aço CA-50 e estribo de 5 mm para 350 kN
 Ø 200 mm com 5Ø 16 mm aço CA-50 e estribo de 6,3 mm para 500 kN
 Ø 250 mm com 6Ø 16 mm aço CA-50 e estribo de 6,3 mm para 700 kN
 Ø 310 mm com 6Ø 20 mm aço CA-50 e estribo de 6,3 mm para 1.000 kN
 Ø 400 mm com 6Ø 16 mm aço CA-50 e estribo de 6,3 mm para 1.300 kN

Ainda são encontradas estacas com as seguintes características:
 Ø 120 mm para até 150 kN
 Ø 150 mm para até 350 kN
 Ø 400 mm para 1.000 a 1.500 kN
 Ø 450 mm para 1.200 a 2.000 kN

Projeto e planejamento
Normas técnicas
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) relaciona todas as normas referentes e relacionadas ao dimensionamento, aplicação, execução e verificação de desempenho da estaca-raiz. São elas:
 NBR 6.122:2010 Projeto e Execução de Fundações
 NBR 12.131:2006 Estacas – Prova de Carga Estática – Método de Ensaio
 NBR 13.208:2007 Estacas – Ensaio de Carregamento Dinâmico
 NBR 5.739:2007 Concreto – Ensaios de Compressão de Corpos de Prova Cilíndricos
 NBR 6.118:2014 Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimento
 NBR 7.211:2005 Agregado Para Concreto – Especificação
 NBR 11.578: 1991 Cimento Portland Composto – Especificação
 NBR 7.480:2007 Aço Destinado a Armaduras para Estruturas de Concreto Armado – Especificação

A Associação Brasileira de Empresas de Engenharia de Fundações e Geotecnia (Abef) também produz e distribui o “Manual de Execução de Fundações e Geotecnia – Práticas Recomendadas sobre o tema”, que reúne quase todos os principais serviços prestados pelas empresas executoras de fundação e obras de geotecnia.

Projeto O projeto executivo deve conter informações sobre a locação topográfica precisa, especificação das cargas de trabalho e as características geométricas das estacas (nos trechos em solo e no caso de presença de rocha), diâmetros das perfurações, características da armadura da estaca e eventuais características especiais, como esforços de tração, esforços horizontais e ângulos de inclinação.

Figuras 3a e 3b – Arrasamento deve ser realizado com cuidado para não causar danos ao corpo das estacas

As estacas-raiz deverão ser preenchidas com a argamassa desde sua extremidade inferior, também conhecida como “ponta”, até o nível superior do terreno, na cota de apoio dos equipamentos, permitindo o controle visual de seu preenchimento total. Devido ao seu pequeno diâmetro, é fundamental observar a centralização da armadura, sem descuidar da integridade da argamassa lançada ao longo de todo o fuste.

Outro aspecto importante a ser considerado pelos projetistas são as características de ligação e embutimento das estacas no bloco, com diretrizes de arrasamento desses elementos. A demolição controlada das partes superiores das estacas deverá ser executada com cuidado necessário de modo a não causar trincas na argamassa remanescente, ou seja, em cotas inferiores às estabelecidas como as de arrasamento (figuras 3a e 3b).

Sondagens
As sondagens de reconhecimento do terreno devem ser realizadas em quantidade e profundidade suficientes, a fim de traduzir, com relativa precisão, a constituição e resistência do solo, permitindo um cálculo estimativo da capacidade de carga de trabalho das estacas. Essa estimativa geralmente é elaborada com uma campanha de sondagens de simples reconhecimento, por meio da medida de Standard Penetration Test (SPT) do solo sondado, resultando em boletins de sondagem que além de fornecer a medida do valor do SPT, também fornece uma classificação tátil visual do subsolo.

Caso o projetista entenda que as estacas deverão ultrapassar o horizonte de solo existente e penetrar na rocha subjacente, também deverá ser executada campanha de sondagens rotativas. Os perfis de sondagens, seja do tipo SPT em solo e também das sondagens rotativas, com indicação clara do nível do lençol freático, deverão ser apresentados no projeto executivo, assim como a planta de locação dos pontos sondados.

Uma situação comum em projetos executivos, mas extremamente inconveniente, é a determinação do comprimento das estacas com cotas de ponta abaixo das cotas limite das sondagens executadas. Nessas situações, as estacas- raiz são projetadas para alcançar profundidades não alcançadas pelas sondagens, impedindo que os materiais a serem perfurados e sua resistência sejam conhecidos pelo executor e devidamente caracterizados, obrigando- o a imaginar condições que possam ocorrer quando a obra for efetivamente executada e propiciando situações não previstas na etapa de elaboração do orçamento.

A apresentação dos perfis das sondagens no projeto executivo deverá fornecer informações claras e consistentes sobre quais materiais serão encontrados no terreno, permitindo a escolha da melhor técnica de perfuração pelo executor. Nos casos em que ocorram passagens de rocha, é preciso apresentar a classificação, tipo, fragmentação, grau de fraturamento e grau de alteração da rocha encontrada, pois essa informação dará subsídios ao executor das estacas para a escolha tanto da metodologia de perfuração quanto dos recursos de acessórios e ferramentas a serem utilizados.

Com essas informações, é possível avaliar a produtividade e dimensionar a quantidade de equipamentos necessários de modo a atender aos prazos no momento de traçar o plano de ataque da obra e calcular os custos e preços desses serviços.

Prova de carga
Outro aspecto importante que deve ser considerado por todos os envolvidos na obra é a execução de provas de carga para avaliação de desempenho das estacas no terreno da obra.

O projeto executivo determina as características das estacas-raiz com base nos elementos disponíveis, mas considerando principalmente as sondagens de simples reconhecimento, bem como nas diretrizes das normas existentes.

O desempenho da estaca no terreno da obra, diante das características do subsolo específicas do local, no entanto, somente poderá ser criteriosamente avaliado mediante uma ou mais provas de carga. A partir dos resultados, as características das estacas projetadas, sobretudo a sua profundidade, podem ou não ser revistas.

Embora a NBR 6.122 trate do assunto em seu item 9.2.2.1 (Quantidade de Provas de Carga), ditando a obrigatoriedade de realização de prova de carga estática para obras que tenham 75 unidades ou mais de estacas- raiz, ela não especifica a etapa mais indicada para sua realização.

Muitas vezes o resultado da prova de carga pode ser visto como um elemento de controle do executor e seu resultado, quando favorável, interpretado como uma garantia de bons serviços realizados. O ideal, no entanto, é que os testes forneçam subsídios para a confirmação ou não das hipóteses de dimensionamento assumidas pelo projeto executivo.

Quando executada logo no início de uma sequência grande de estacas, por exemplo, leva a resultados muito mais confiáveis quanto ao desempenho geral das fundações, resultando em um orçamento mais justo e adequado às necessidades da obra.

Execução

Equipe de trabalho
Deve ser composta por um engenheiro supervisor, um encarregado de serviços para cada quatro equipamentos perfuratriz (no caso de número maior de perfuratrizes, um encarregado geral); um operador para cada perfuratriz, um injetor para uma central de injeção (que terá sua configuração em função da distribuição do canteiro de obras); auxiliares gerais, geralmente dois por equipamento perfuratriz e cerca de quatro para a central de injeção; um armador e um auxiliar para até dois equipamentos perfuratriz alocados à obra.

Com uma equipe treinada, é possível alcançar produtividade de cerca de 1.000 m de estacas executadas em solo, por mês, por equipamento perfuratriz alocado à obra (figura 4). Caso as estacas venham a ser realizadas com perfuração em rocha, ainda que parcialmente, com somente 3 m a 4 m de sua extremidade inferior, a produtividade tende a ser reduzida da ordem de 30% a 50% desse valor.

Todos os funcionários devem estar equipados com os equipamentos de proteção individuais comuns à construção civil, com botas para trabalhar em presença de lama, capacete, luvas, óculos de proteção, abafadores de ruído, principalmente quando se prever perfuração em rocha.

Equipamentos
 Perfuratriz rotativa, com motores hidráulicos, mecânicos ou a ar comprimido. O equipamento deve ser montado sobre estrutura metálica, dotada ou não de esteiras para seu deslocamento. Seu acionamento principal poderá ser por motor à explosão (diesel), elétrico ou ainda por compressor pneumático. Deve ter capacidade para revestir integralmente todo trecho em solo, utilizando-se do tubo de revestimento
 Conjunto misturador de argamassa, acionado por motor elétrico ou à explosão n Bomba de injeção de argamassa, acionada por motor elétrico ou à explosão
 Compressor de ar, com capacidade de vazão mínima de 5 pcm e pressão máxima de 0,5 MPa para compressão da argamassa, com cilindro de acumulação
 Bomba de água acionada por motor elétrico ou à explosão, capaz de promover a limpeza dos detritos da perfuração do interior do tubo de revestimento
 Conjunto extrator dotado de macaco e conjunto de acionamento hidráulico, com capacidade para extrair integralmente o tubo de revestimento do furo quando totalmente preenchido com argamassa. A extração, vale lembrar, pode ser executada pela própria perfuratriz, tendência atual para equipamentos de maior porte e desempenho, dotados de avanço hidráulico “push” e “pull” como substitutos do macaco extrator
 Reservatórios para acumulação de água, com capacidade volumétrica para perfuração contínua de pelo menos uma estaca
 Conjunto de gerador, na eventualidade de não haver energia disponível no local dos serviços

A técnica de perfuração em materiais resistentes, seja em solo de alteração, em rocha alterada, rocha sã ou mesmo matacão, ou até em enrocamento, demandará equipamentos, ferramentas e acessórios especiais, que serão utilizados em função da expertise da empresa e de sua disponibilidade. Mas o seu uso deve ser previamente estudado, já que a complexidade da técnica a ser utilizada em cada caso não aceita improvisos.

Materiais 
As estacas-raiz não requerem, na maioria das vezes, outros materiais além de cimento e areia para as injeções e aço CA-50 e aço CA-25, armados em gaiolas, devidamente travadas e soldadas, conforme projeto.

Figura 5 – Canteiro deve ser preparado para receber os equipamentos e materiais necessários para a execução do serviço

Canteiro de obras 
As instalações do canteiro devem prever espaço para acúmulo de materiais usados na execução das estacas, tais como água, areia, cimento e ferragem. O terreno que receberá as fundações deve ser preparado para suportar tanto o peso quanto a movimentação dos equipamentos, considerando que os equipamentos de perfuração que executam estacas-raiz se movem, em sua grande maioria, sobre esteiras, transmitindo pressões no solo da ordem de 2 kgf/cm² (figura 5).

Outro item que merece atenção redobrada é a drenagem, já que a etapa de perfuração das estacas, feita pela circulação de água em um tubo metálico com uma ferramenta de corte em sua extremidade inferior, traz o solo à superfície na forma de lama – também chamada de fluido de perfuração.

A circulação de água e do fluido que retorna da perfuração, de forma descontrolada no terreno, poderá promover a instabilidade do piso. Para evitar problemas de deterioração do solo na região de apoio da perfuratriz e das equipes, elementos de contenção da lama e canaletas para sua condução devem ser previstos durante a etapa de planejamento do canteiro.

A água de circulação pode ser reaproveitada em escavações no próprio terreno. Nesses casos, a lama é despejada e a água, decantada, mesmo que suja, poderá ser reaproveitada para fins específicos – como na lavagem de rodas de caminhões.

O ideal é que a obra disponha de uma escavadeira para a manutenção das condições de piso e acessos. Também deverá ser considerada no dimensionamento do canteiro a remoção do solo proveniente das perfurações, na forma de lama, para bota-fora legalmente autorizado. Essa etapa é feita em caminhão tipo fossa ou similar.

Além de garantir locais adequados para armazenamento de areia e cimento e preparo da argamassa, a obra deve disponibilizar fonte adequada de energia elétrica (220 V ou 380 V) com potência suficiente para abastecer os misturadores, eventuais bombas d’água e de argamassa e máquina de corte de aço. Caso o canteiro de obras ainda não disponha de energia suficiente, deverá ser disponibilizado gerador adequado à demanda prevista.

No planejamento também é preciso prever um local acessível para descarga das carretas que irão abastecer a obra com a ferragem, com espaço suficiente e adequado para armazenamento e também para o preparo da armação prevista em projeto.

Por fim, o abastecimento de água deve ser garantido durante todo o transcorrer da obra, com o correto dimensionamento das demandas – aproximadamente 1 m³/m de estaca executada (valor referencial). Em terrenos com ocorrência de rocha, será necessário disponibilizar um local para acomodar os compressores de ar que serão utilizados para acionar os martelos pneumáticos. No caso de múltiplas perfuratrizes, poderá ser previsto um pulmão de acumulação e distribuição do ar comprimido, local que deve ser ventilado e longe de formação de poeira.

Foto 6 – Execução de perfuração do fuste

Etapas de execução 
Perfuração do fuste da estaca-raiz
Essa etapa (figura 6), que deve prosseguir até a cota de ponta prevista em projeto, será executada por meio da perfuratriz rotativa com uso de água de circulação ou lama, no caso de perfuração de solo, ou rotopercussiva com ar comprimido, no caso de perfuração de rocha. Nos trechos em solo, a perfuração será obrigatoriamente levada adiante com a descida de tubo de revestimento.

Nos casos em que se perfuram solos argilosos, rijos ou duros, o tubo de revestimento encontrará dificuldade para seu avanço. Este solo resistente, remanescente no interior do revestimento, deverá ser removido empregando- se brocas de arraste com três asas ou tricone, tanto para execução de pré-furo quanto na limpeza do interior do tubo de revestimento. Se a perfuração convencional, com rotação e circulação de fluido, atingir matacão, rocha ou concreto antes de alcançar a cota de ponta prevista em projeto, o sistema de perfuração deverá ser alterado. Uma ferramenta de corte – sapata ou coroa diamantada – ou martelos pneumáticos ou hidráulicos dotados de bit com botões para perfuração devem ser utilizados para retirar o testemunho da rocha, em procedimento igual ao da sondagem rotativa.

Colocação da armação
A limpeza interna do tubo de revestimento é realizada após a perfuração alcançar as cotas estipuladas no projeto executivo. Nessa etapa, a armadura da estaca em forma de “gaiola” deve estar ao alcance da equipe de execução, previamente montada com os estribos helicoidais circunscrevendo a armadura vertical. Em alguns casos especiais, podem ser usados tubos metálicos, barras de aço especial ou mesmo aço para tirantes como armadura permanente das estacas.

O projeto executivo deverá considerar que o diâmetro externo do estribo previsto seja menor do que o diâmetro interno do tubo de revestimento de fôrma, uma vez que a armadura seja introduzida na perfuração anteriormente à retirada do tubo de revestimento, para que ela possa descer com folga de cerca de 20 mm.

A armadura será colocada em todo comprimento do fuste, até alcançar a profundidade obtida durante a perfuração e ter apoio no fundo do furo (figura 7). No caso de a perfuração ter sido executada em rocha, ocorrerá a consequente diminuição do diâmetro do fuste da estaca.

Foto 7 – A armadura deverá ser colocada em todo o comprimento do fuste

Injeção da argamassa de cimento e areia
O preenchimento do fuste é feito com o lançamento da argamassa de cimento e areia por meio da bomba injetora de forma ascendente, utilizando-se uma composição de tubos, conhecida como composição de injeção. Esta é posicionada no furo até que alcance a cota mais inferior, de modo que o processo de injeção da argamassa desde o fundo do furo cause a expulsão de toda água de circulação contida no interior do tubo de revestimento. A argamassa deve preencher o tubo de revestimento e a região externa, ocupando o espaço anelar entre as suas paredes externas e as paredes do terreno (figura 8).

Remoção do revestimento
Assim que a argamassa alcançar a cota do terreno, é realizada a extração do revestimento por ação coaxial ao eixo da estaca, complementando o volume da argamassa por gravidade, sempre que houver seu abatimento no interior do tubo.

A remoção do revestimento é feita por segmentos, de forma reversa à perfuração. Entre cada segmento deverá ser aplicado ar comprimido por golpes com pressão de cerca de 0,5 MPa, de modo a garantir que a argamassa preencha todos os espaços destinados ao fuste da estaca.

Controles de execução da estaca-raiz
Cada estaca deverá ser acompanhada por um boletim. Esse documento deve identificar a posição relativa da estaca-raiz, tanto no que se refere ao bloco a que pertence como também ao pilar vinculado à estrutura, suas características geométricas, cotas, profundidade, ferragem e lote do aço que a originou. As datas de execução, os tempos gastos na execução, fatos notáveis ou extraordinários ocorridos durante a perfuração e injeção também devem ser relatados, de modo a permitir a rastreabilidade dos materiais aplicados, eventuais inconformidades e problemas ou ocorrências durante o processo.

Sistemas de controle da qualidade da execução
 Análise dos boletins de execução
 Verificação dos resultados dos ensaios dos materiais
 Ensaio de 1% das estacas com prova de carga ou a substituição da segunda prova de carga estática em diante, por cinco ensaios dinâmicos

Os ensaios de PIT não são indicados para estacas-raiz, fornecendo eventuais resultados inconsistentes.

Por Gisele Cichinelli

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