REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.7362444
Larissa Gouveia Fernandes Santana¹
Bruno Miguel Ledezman Roman²
Resumo
As estacas de concreto pré-moldadas, também denominadas como estacas cravadas, são classificadas como fundações profundas, ou seja, que transmitem a carga ao terreno pela base (resistência de ponta), pela lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas e, são formadas por peças de concreto pré-moldado ou préfabricado.
No Brasil, o conhecimento das primeiras utilizações desse elemento como alicerce data de 1926 na obra do Hipódromo da Gávea, realizada no Rio de Janeiro por Christiani & Nielsen, uma construtora dinamarquesa. Mas este material era pouco utilizado no país devido sua baixa resistência, que só foi aprimorada nos últimos anos com os avanços da tecnologia, quando foram criadas então as estacas estrelas.
Atualmente esses elementos são amplamente utilizados, principalmente por seu processo de execução que não inclui a etapa de escavação, uma vez que, são introduzidos posteriormente no terreno por golpes do bate-estaca, o que dá a este modelo as vantagens de: resistência aos esforços de flexão e cisalhamento; estabilidade em solos compressíveis; cravação pré determinada; material de longa vida útil com boa capacidade de carga e cuja qualidade pode ser inspecionada antes da cravação; possibilidade de cravação em grandes comprimentos e de recravação caso seja afetado por inchamento do solo; possibilidade de transporte acima do nível do terreno; e ainda, possibilidade de aumento da densidade relativa de uma camada de fundação granular e de a construção não sofrer interferências do lençol freático.
E, apesar de terem algumas desvantagens como estarem sujeitas à decomposição e ao ataque de microorganismos, esses elementos apresentam ainda em seus prós a facilidade no seu manuseio, menor custo benefício e a possibilidade de agrupamento com a utilização de emendas, que as tornam extremamente viáveis no ramo da construção civil.
Palavras chaves: estacas pré moldadas, estaca estrela, fundações, cravação.
Abstract
Precast concrete piles, also known as driven piles, are classified as deep foundations, that in other words, mean they transmit the ground load through the base (peak resistance), sidelong (shaft resistance) or through a combination of both and, are made of precast or prefabricated concrete.
In Brazil, the knowledge of the first time this element was used as a foundation dates from 1926 in the work of Hipódromo da Gávea, held in Rio de Janeiro by Christiani & Nielsen, a danish construction company. But this material was rarely used due to its low resistance, which only has been improved in recent years with the technology advances, when star piles were created.
Currently, these elements are widely used mainly to their execution process that does not include the excavation stage, once they are later introduced into the ground by piling blows and this gives to this model some advantages, such as: resistance to bending efforts and shear; stability in compressible soils; setting made in a predetermined manner; long-life material with good load-bearing capacity and quality that can be inspected before setting; possibility of driving in great lengths and to realign the setting if affected by soil swelling; possibility of transport above ground level; and also, the possibility of increasing the relative density of a granular foundation layer and the construction not being affected by the water table.
And, despite having some disadvantages such as being subject to decomposition and attack by microorganisms, these elements also present in their pros the ease of handling, lower cost benefit and the possibility of grouping with the use of splices, which make them extremely viable in the civil construction field.
Key words: Precast concrete pile, star pile, foundations, setting.
1. Introdução
As estacas de concreto pré-moldadas ou pré-fabricadas (esta última que pode ser produzida de concreto armado – mais comum – ou protendido), conforme a norma de fundações vigente, são segmentos de concreto que podem ser introduzidos no terreno sem promover a retirada do solo, por meio de golpes hidráulicos ou explosivos, ou ainda, por martelo de gravidade ou martelo vibratório.
Podem ser constituídas por um único elemento estrutural dentre madeira, aço, concreto armado ou protendido, ou pela associação de dois desses elementos (e não mais que dois), sendo neste último caso denominada estaca mista. É importante ainda citar que para fins exclusivamente geotécnicos, não há distinção entre estacas prémoldadas ou pré-fabricadas.
Dentre os materiais mencionados no parágrafo anterior, o concreto é um dos melhores e mais utilizados na confecção de estacas, em particular das pré-moldadas, também denominadas como estacas cravadas, devido ao controle de qualidade que se pode obter desde o processo de fabricação até sua cravação, podendo a mesma ser introduzida pelos golpes de bate estaca hidráulicos ou queda livre que deslocam o solo. As pré-moldadas escavadas e hélice contínua em contrapartida, necessitam da escavação prévia do solo, sendo portanto, menos empregadas.
No Brasil, o conhecimento das primeiras utilizações desse elemento como fundação data de 1926 na obra do Hipódromo da Gávea, realizada no Rio de Janeiro por uma construtora dinamarquesa. Mas este material era pouco utilizado no país devido à sua baixa resistência, que só foi aprimorada nos últimos anos com os avanços da tecnologia, quando foram criadas então as estacas estrelas.
Sua confecção agora com longa vida útil, boa capacidade de carga e resistência aos esforços de flexão e cisalhamento apresenta excelente custo benefício, representando uma nova maneira de elaboração dos alicerces das obras que ofereceu ao mercado a solução para diversos problemas encontrados na utilização de versões anteriores deste elemento, considerando desde sua confecção à sua introdução no solo.
1.1 Justificativa
Visto que em uma fundação profunda a utilização de estacas pré-fabricadas era menor devido sua baixa resistência, este relatório visa apresentar como a criação da estaca estrela representa uma revolução tecnológica ao setor de engenharia de fundações, que ofereceu ao mercado a solução desse e de outros problemas, sendo notável o crescimento do emprego desse elemento que apresenta além disso, vantagens no custo benefício e baixo impacto ao solo.
1.2 Objetivo
Trata-se de uma revisão bibliográfica que visa apresentar de forma clara uma nova maneira de elaboração de fundações, considerando os objetivos, limitações, riscos, benefícios, custos e a forma de utilização das estacas estrelas.
1.3 Objetivos específicos
- apresentar as estacas estrelas;
- benefícios de sua utilização;
- como e onde utilizar.
2. Revisão Bibliográfica
2.1 Origem das estacas pré-fabricadas
O documento mais antigo em que são citadas estacas cravadas é datado do século 4 a.C., escrito por Heródoto, um viajante considerado por muitos como o pai da história. Em sua citação, ele expôs que os peônios viviam em habitações sustentadas por estacas cravadas à beira de um lago e também que as mesmas já eram utilizadas por engenheiros gregos e romanos em muitas obras realizadas às margens do Mar Mediterrâneo.
No Brasil, o conhecimento das primeiras utilizações desse elemento como fundação data de 1926 na obra do Hipódromo da Gávea, realizada no Rio de Janeiro por Christiani & Nielsen, uma construtora dinamarquesa.
Todavia com a criação do Banco Nacional da Habitação (BNH), em 1966, o governo adotou uma política equivocada de desestímulo à industrialização, na expectativa de incentivar o emprego maciço de mão-de-obra não qualificada em canteiros na qual há poucos relatos do emprego desse material. Porém, de qualquer modo, ao longo do tempo – e em razão do empenho e do fortalecimento de empresas vislumbrando as amplas possibilidades na sua utilização – foram surgindo no país vários processos construtivos que colaboraram para a mudança do quadro.
Figura 1 – Estacas pré-fabricadas de concreto.1
Desde então a ABCIC (Associação Brasileira da Construção Industrializada de Concreto) vem se empenhando pelo maior avanço da utilização de pré-fabricados e, tem comumente avaliado programas de governos estaduais que preveem seu emprego na construção de obras com fins diversificados.
Busca-se também uma integração do governo com empresas detentoras de técnicas e experiências práticas diárias nas obras, a fim de desenvolver pesquisas e políticas que acelerasse o progresso de aprimoramento desses elementos, com a vantagem adicional de auxiliar na consolidação da memória técnica dos trabalhadores, imprescindível ao desenvolvimento e crescimento do setor.
2.1.2 Ideia da estaca estrela
As fundações de estacas pré-fabricadas de concreto, possuíam limitações devido sua difícil cravabilidade no solo, não se atingindo em sua relação com o terreno, o limite de carga do elemento estrutural. Por conta disso, as empresas têm desenvolvido cada vez mais tecnologias no preparo de concretos que permitem alcançar resistências cada vez mais significativas.
Diante disso, na tentativa de aproveitamento máximo do material, foi realizado um estudo no qual identificou-se que retirando quatro vértices de um quadrado (seção comum das estacas) – extraindo quadrados menores – reduz-se a área da figura mantendo o seu perímetro.
Figura 2 – Reduz-se a área da figura mantendo o seu perímetro.
Com esse raciocínio obtém-se um formato parecido com um de uma estrela, que melhora exponencialmente a cravabilidade da estaca, pelo fato de na penetração deslocar menores volumes de solo do que elementos de mesmo diâmetro e, atingindo camadas de solo mais resistentes. Dessa forma, as estacas pré-moldadas ou pré-fabricadas estrela representam uma resposta técnica positiva à necessidade na otimização das fundações.
Figura 3 – Estacas estrelas.
2.1.3 Características das estrelas
O dimensionamento estrutural das estacas deve ser feito utilizando-se as normas ABNT, NBR – 6118 e 9062, limitando o FCK a 40 MPA e, nas duas extremidades, deve ser feito um reforço de armadura transversal levando em consideração as tensões ocorridas na cravação.
Segundo a NBR – 6122, deve ser feita a medição das negas e dos repiques em todas as estacas. A nega consiste na penetração permanente medida por uma série de dez golpes, já o repique é a parcela elástica de deslocamento máximo obtido ao final da cravação, medido nos últimos dez golpes.
Características como seção, formato, peso por metro, capacidade estrutural, resistência à tração e comprimento variam de acordo com o fabricante escolhido. Devendo ser elegidos, a estaca e o fornecedor, que melhor se adequem às necessidades da obra.
O fabricante, deve ainda apresentar as curvas de interação flexo-compressão e flexotração do elemento fabricado e orientar quanto às definições de capacidade de carga, profundidade, manejo e armazenamento, de modo a otimizar o desempenho geotécnico e evitar o fissuramento excessivo e quebra das estacas, consequentemente, diminuindo o desperdício.
Alguns aspectos e recomendações importantes a serem seguidos para melhor desempenho das estacas dizem respeito também ao martelo utilizado na cravação, que no caso de martelos automáticos ou vibratórios deve ser a do próprio fabricante e nos demais não pode ser inferior a 2.000 kg (no caso de estacas com carga de trabalho entre 70 e 130 toneladas, o peso do martelo não pode ser menor que 4.000 kg) e deve apresentar um peso mínimo de 75% do total da estaca projetada.
Tabela 1 – Carga estrutural para estacas pré-moldadas de concreto.
Tabela 2 – Carga estrutural para estacas pré-fabricadas de concreto.5
2.1.4 Onde e como usar
Quando falamos em fundações precisamos entender que existem dois tipos, as fundações superficiais, com profundidade média de 1,5 metros que necessitam da utilização de sapatas, e as profundas, que são utilizadas para grandes construções, devido a uma maior carga sobre o solo. Sendo assim, o tipo de fundação a ser utilizada em uma edificação ou obra é definido através do estudo do mesmo por meio de sondagem do terreno, pois maior será a profundidade necessária vinda dos pilares para atingir a carga necessária.
Depois de realizada a avaliação do solo, identifica-se a possibilidade e capacidade do mesmo em suportar a utilização das estacas, que tem como principal fator a ser considerado, serem elementos cravados ou inseridos por perfuração em grandes comprimentos e seções transversais pequenas por meio de maquinários.
Figura 4 – Colocação de uma estaca no solo utilizando o bate estaca.
A escolha do tipo de cravação é realizada de acordo com a dimensão da estaca, características do solo e projeto e condições da vizinhança. As estacas podem ser inseridas sem a necessidade de descida de operários, em formas horizontais ou verticais e cravadas por percussão, prensagem ou vibração, sendo a forma mais comum a percussão com o uso de bate-estaca em queda livre (que deve ser realizada com um martelo de material elástico para não danificar a cabeça da estaca) no qual cabos de aço em uma torre são acionados por um guincho mecânico e erguem o martelo que cairá sobre a estaca e a cada golpe a estaca é inserida a uma nova profundidade no solo.
Figura 5 – Figura ilustrativa de como é realizada a cravação no solo.
2.1.5 Benefícios de sua utilização
Devido ao seu processo de execução que não inclui a etapa de escavação, uma vez que são introduzidos posteriormente no terreno por golpes do bate-estaca, possuem as estacas estrela as vantagens de: resistência aos esforços de flexão e cisalhamento; estabilidade em solos compressíveis como turfas, siltes e argilas moles, que permitem cravação de maneira pré determinada; material de longa vida útil com boa capacidade de carga, cuja qualidade pode ser inspecionada antes da cravação; possibilidade de cravação em grandes comprimentos e de recravação caso seja afetado por inchamento do solo; possibilidade de transporte acima do nível do terreno (dentro da água, para estruturas marítimas); e ainda, possibilidade de aumentar a densidade relativa de uma camada de fundação granular e de a construção não sofrer interferências do lençol freático;
E, apesar de terem algumas desvantagens como estarem sujeitas à decomposição e ao ataque de microorganismos, gerarem grande vibração no solo durante sua cravação, não ultrapassarem camadas de solos resistentes e apresentarem alto peso próprio que limitam as seções e comprimentos em função do transporte, cortes e emendas, esses elementos apresentam ainda em seus prós a facilidade no seu manuseio, menor custo benefício e a possibilidade de agrupamento com a utilização de emendas, que as tornam extremamente viáveis no ramo da construção civil, sendo principalmente indicadas para terrenos onde não hajam matas e pedregulhos.
3. Referências Bibliográficas
1. AP&L, Geotecnia e Fundações. Estacas pré-moldadas de concreto, procedimentos executivos. 2016. Disponível em: <https://www.apl.eng.br/artigos/2016METODOLOGIA-ESTACA-PRE-MOLDADA.pdf
2. Foá, Engenharia e Pré-fabricados. Estacas estrela. 2022. Disponível em: <https://www.foa.com.br/produtos/estacas–estrela/>
3. Engenharia de Solos e Fundações. Estacas pré-moldadas. Disponível em: <http://www.solonet.eng.br/Duvidas/estaca_prem.htm>
4. AP&L, Geotecnia e Fundações. Cravação de estacas pré-moldadas e metálicas. Disponível em: <https://www.apl.eng.br/fundacoes/cravacao–de–estacas–premoldadas–e–metalicas>
5. Foá, Engenharia e Pré-fabricados. Estacas pré-fabricadas estrela. Folder. Disponível em: <https://www.foa.com.br/wp–content/uploads/2022/09/Folder–FOAcompactado.pdf>
6. Rescue Cursos. Fotografia bate-estaca. 2018. Disponível em: <https://www.rescuecursos.com/wp-content/uploads/2018/01/FOTO-BATEESTACA.jpg>
7. SL, Machinery Co. Limited. Shuanglong Professional Manufacturer of Small and Light Construction Machines. Precast concrete pile: advantages and disadvantages [sizes & cost]. 08 de Março de 2021. Disponível em: <https://www.machinesl.com/precastconcrete–pile/>
8. APL Engenharia. Estacas pré-moldadas de concreto: tudo o que você precisa saber. 2019. Disponível em: <https://blog.apl.eng.br/estacas–pre–moldadas–de–concretotudo-o-que–voce–precisa–saber/>
9. Foá, Engenharia e Pré-fabricados. Manual Técnico. Estacas estrela, perfil CP, estacas quadradas.. Disponível em: <https://www.foa.com.br/wp-content/uploads/2022/09/Manual-Tecnico-Estacas-Estrela.pdf>
10. NBR – 6122: 2010. Projeto e execução de fundações.
11 .NBR – 9062: 2001. Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado.
¹Autor(a)
²Orientador(a)