ESTACAS DE AREIA

INDÍCE
Introdução 1
Estacas De Areia 2
Definição: 2
Estacas De Brita: Desenvolvimento E Processos Executivos 5
O Desenvolvimento Das Estacas De Brita 5
Conclusões 7
Referências Bibliográficas 8
Sites: 8



















INTRODUÇÃO
Existem vários processos para o melhoramento de solos cujo principal objetivo é viabilizar técnica e economicamente a construção de uma obra. Dentre estes estão aqueles que promovem um aumento da densidade do solo, tais como: compactação superficial; compactação pesada ou profunda; vibro-compactação profunda, compactação por cravação de estacas; drenos de areia; utilização de sobrecarga; pré-saturação para solos colapsáveis ou expansivos; utilização de explosivos; entre outros.
A seleção de um método de compactação particular para um projeto, depende do tipo de solo e seu estado natural, tipo e utilização da estrutura projetada, além da profundidade da camada a ser melhorada e grau de compactação exigido, localização do nível de água, riscos envolvidos, disponibilidade de equipamentos e tempo, experiência local e custos.
Em particular, o aumento da densidade do solo devido à compactação por estacas pode ser obtido com o uso de estacas pré-moldadas ou de madeira; estacas granulares de areia e/ou brita compactadas; estacas de areia, brita e cimento compactadas; etc. Porém o efeito da compactação e a extensão da densificação ainda não são claros. Algumas indicações podem ser obtidas por meio de ensaios, mas o processo de densificação poderia ser melhor compreendido utilizando-se de análises numéricas avançadas. A principal dificuldade neste caso é que a maioria dos modelos constitutivos disponíveis necessitam de parâmetros distintos para solos com diferentes densidades e tensões de confinamento.













ESTACAS DE AREIA
Definição:
As estacas de areia e brita são muito utilizadas em projetos de fundações de edificações. Quando se deseja obter apenas a densificação do solo arenoso, isto é, considera-se que a estaca não deverá trabalhar como uma estaca convencional e, portanto, não deverá receber carga concentrada, e a sua função será apenas de compactar o solo.
 Em alguns casos, como por exemplo, em fosso de elevadores (escavações mais profundas), a estaca poderá até ser cortada totalmente, visto que o objetivo de densificação do solo já foi alcançado.
O material, geralmente utilizado para a coinfecção das estacas é uma mistura de areia e brita, Sendo o traço usual 3 (areia) e 1 (brita) em volume. Em Recife utiliza-se, geralmente, o pó-de-pedra lavado ao invés da areia por se tratar de um material de menor custo naquela região e brita 50 ou 75 mm. 



A Figura 2.6 apresenta algumas curvas granulométricas do pó-de-pedra utilizado em obras de Recife.
O material utilizado na confecção das estacas é uma mistura de areia e brita ou de areia e cimento, sendo 1 (cimento): 20 (areia) o traço em volume geralmente utilizado no melhoramento com estacas de areia e cimento e 4 (areia): 1 (brita 38 ou 50 mm) no caso de estacas de areia e brita.

O equipamento básico utilizado para melhoramento em pequenas profundidades (até 5 m) consta de um tripé com um martelo de 13 a 18 kN de peso, caindo de uma altura de 3 a 5 m. Um outro equipamento também utilizado é um bate estacas tipo Franki com um martelo de 15 a 25 kN de peso, caindo de uma altura de 3 a 7 m. O diâmetro usual do tubo é de 300 mm.
As estacas são executadas segundo uma malha quadrada ou triangular, com espaçamento de 2 a 3 vezes o diâmetro das mesmas. Em Recife, geralmente as estacas são executadas nos vértices de uma malha quadrada de 90 cm de lado., o espaçamento entre as estacas vária de 80 a 100 cm. A malha deve se estender uma ou duas linhas além da projeção da área da edificação (anel de reforço) Durante a cravação da estaca, devem ser feitos os controlos da sua locação, profundidade atingida, equipamento e energia utilizados, diagrama de cravação do tubo, quantidade de material introduzido na base (se houver) e no fuste.
Segundo Pacheco (2002), à medida que aumenta o número de estacas executadas, é comum ocorrer uma redução de material introduzido para a coinfecção dessas, visto que quanto maior a compacidade do solo, maior será a resistência que ele oferece à compactação e menor o volume de material adicionado.
Posterior à execução do estaqueamento, deve ser realizado o controlo por meio de sondagens à percussão. A partir das sondagens antes e após o melhoramento, estima-se a densidade relativa da areia a partir do NSPT obtido e da tensão vertical na cota do ensaio. Eventualmente, realizam-se provas de carga vertical à compressão em placas. Finalmente, durante a construção do prédio, aconselha-se o monitoramento dos recalques (Gusmão, 2005).
Segundo Gusmão (2005), a produtividade pode variar bastante em função da resistência inicial do terreno, comprimento da estaca, peso do pilão, manutenção do equipamento, entre outros. Podendo-se, no entanto, admitir uma variação entre 30 e 90 m/dia. O preço típico é de US$ 10 por metro, mais uma taxa de mobilização da ordem de US$ 1000 por equipamento. O processo executivo das estacas de areia e brita na região Nordeste do Brasil consiste na cravação dinâmica de um tubo metálico de ponta fechada, com bucha seca, até uma certa profundidade especificada do terreno, em um processo semelhante ao da execução de uma estaca Franki.
A bucha consiste de um “concreto seco”, isto é, de uma mistura de areia, brita e cimento. O volume da bucha é definido pelo executor, tomando-se por base uma altura de bucha seca equivalente a uma vez e meia o diâmetro do tubo. Em seguida, prende-se o tubo, expulsa-se a bucha e introduz-se a areia e a brita no tubo.



 A compactação é feita a partir da queda livre de um martelo. À medida que o material vai sendo compactado, o tubo vai sendo levantado até ser atingida a superfície do terreno, conforme mostrado na Figura 2.7. 




A densificação da camada é resultante, basicamente, do deslocamento de material do terreno igual ao volume da estaca; da introdução de material adicional compactado no terreno e da vibração devido ao processo executivo.

De acordo com Alves (1998), a vibração é, na maioria das vezes, desprezada nos estudos teóricos por ser de difícil modelagem. Porém, Selig (1963) afirma que a vibração tem um efeito significativo na resistência e densidade de materiais granulares sem coesão.
Segundo Chow et al. (1992), a resposta do solo a altas energias de impacto durante uma compactação dinâmica é muito complexa, e essa seria a razão para um progresso lento no desenvolvimento de métodos racionais para análise de comportamento de solos submetidos a compactação dinâmica.
Ainda segundo o autor, modelos unidimensionais como o de Scott & Pearce (1975) tem pequena aplicação prática, e o de Mayne & Jones (1983) assim como o de Holeyman (1985) servem apenas para estimar tensões de impacto.



ESTACAS DE BRITA: DESENVOLVIMENTO E PROCESSOS EXECUTIVOS
Neste capítulo, apresentam-se as características genéricas da técnica de reforço de solos com estacas de brita, bem como uma síntese atualizada do estado da arte. Faz-se referência à sua aplicação na melhoria das características hidromecânicas de solos, nomeadamente, no aumento da capacidade resistente, na aceleração do processo de consolidação, na diminuição dos assentamentos totais e diferenciais, no reforço da estabilidade de taludes em aterros e na redução do potencial de liquefação.
Expõem-se ainda os aspetos relacionados com o seu processo construtivo, nomeadamente o equipamento utilizado e os procedimentos executivos das diferentes técnicas. São também abordados os aspetos relacionados com a monitorização e controlo das estacas de brita executadas para o reforço de solos moles.

O DESENVOLVIMENTO DAS ESTACAS DE BRITA

As “estacas de brita” são consideradas como sendo um dos mais eficazes métodos de reforço de solos moles, ou seja, argilas, siltes e areias siltosas. Esta técnica, que surgiu como referido da extensão do método de vibro-compactação, tem sido utilizada com sucesso em todo o mundo, há mais de 60 anos (Elsawy, 2010).
Anteriormente à utilização da vibração para a execução destas estacas, o conceito da substituição do solo mole por inclusões sob a forma de estacas de brita já era bem conhecido em França, em 1830, tendo sido usado no reforço do solo de fundação do arsenal militar de Bayonne.

As colunas tinham apenas 2 m de comprimento e 0,2 m de diâmetro, construídas através da cravação de estacas rígidas ocas nos depósitos moles, posterior enchimento dos furos com agregados calcários e na retirada das estacas ocas de cofragem. A carga suportada por cada estaca era de 10 kN.
É importante notar que a primeira utilização documentada foi para a construção do Taj Mahal, na Índia, completada em 1653. Esta estrutura histórica tem sido suportada, com sucesso, por mais de três séculos, por furos escavados e preenchidos com brita (Townsend e Anderson, 2004).
O equipamento fundamental na compactação dos solos é um vibrador em profundidade que resulta de um estudo feito pelos engenheiros alemães W. Degen e Sergey Steuerman, no início da década de trinta do século XX, sendo o primeiro vibrador patenteado em 1933, pela firma Joham Keller de Renchen, à qual pertenciam os dois engenheiros (Barksdale e Bachus, 1983). Este equipamento foi inicialmente criado para a compactação de grandes massas de betão, em barragens (Cristóvão, 1985).
No entanto, as estacas de brita foram esquecidas até 1935 e redescobertas como uma possível subaplicação da técnica de vibro-compactação (Domingues, 2006). Apesar da existência de alguns trabalhos relacionados com esta técnica, não se conhece mais qualquer aplicação da mesma até final da década de 50 do século passado. Foi apenas nessa altura que a técnica da vibro-compactação passou a ser usada para execução das primeiras estacas de brita “modernas” (Domingues, 2006).
As estacas de brita têm sido construídas através de diversos métodos, desde o seu desenvolvimento nos anos 1950. Os métodos conhecidos para a construção das estacas de brita em solos coesivos incluem (Stuedlein, 2008):
a) Método com encaixamento (Cased-borehole method);
b) Método vibro-composto;
c) Com recurso a um “sem fim”;
d) Vibro-substituição;
e) Método GESC (geossintéticos envolvendo estacas de brita, por vezes com ligantes no material de enchimento);
f) Método de pegões de agregados apiloados (rammed aggregate pier);
g) Colunas hibridas ou colunas bi-modulares.
Um dos métodos utilizados para a instalação de estacas de brita é, na literatura inglesa, designado por Cased-borehole method. Como o próprio nome sugere, utiliza um tubo de revestimento introduzido até à profundidade desejada, seguida de uma posterior escavação com recurso a baldes.
Assim, é introduzido material granular, normalmente misturas de areia e brita, por patamares ascendentes e compactado através de impactos dinâmicos originários de um peso em queda livre (pilão), como ilustra a Figura 2.1. Geralmente o peso é de 15 à 20 kN e a sua altura de queda. 










CONCLUSÕES
As estacas granulares, que consistem de materiais granulares compactados em forma de cilindros, têm sido bastante utilizadas em várias cidades do Nordeste como uma técnica de melhoramento de solos arenosos para aumento da capacidade de carga e redução dos recalques de fundações superficiais. Essa técnica tem possibilitado o aumento da tensão admissível do solo em até cinco vezes, segundo Gusmão Filho & Gusmão (1994).
Existe uma zona de influência ao redor da estaca, dentro da qual há compactação. O efeito da cravação da estaca diminui com o aumento da distância ao eixo da estaca, segundo alguma lei ainda não definida. No caso de uma malha de estacas próximas, supõe-se que os efeitos se superpõem entre as estacas cravadas.
Acredita-se que as sapatas assentes nesse solo melhorado comportam-se de maneira semelhante a “sapatas estaqueadas”, em que parte da carga é absorvida pela sapata, e parte pelas estacas. Porém, a análise desse tipo de fundação não é feita de forma simples e direta, pois se trata de um problema eminentemente tridimensional, no qual o mecanismo de transferência de carga e a resposta carga-recalque de uma sapata estaqueada apresentam natureza complexa, por envolver diversos tipos de interação entre as partes constituintes dos elementos de fundação. Desta forma não há uma solução fechada de fácil manuseio para o problema, mesmo para configurações simples, necessitando-se, então, de ferramentas numéricas para uma análise mais rigorosa.
A melhor maneira de se obter subsídios para modelos e teorias que tentam explicar o comportamento de um determinado tipo de fundação é por meio da observação do desempenho das partes constituintes do sistema de fundação. Essa observação geralmente é feita por ensaios de campo e/ou laboratório.











REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT (1980). Execução de Sondagens de Simples Reconhecimento dos Solos: NBR-6484 PDF
(antiga MB-3406). Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, RJ, 12 p. PDF
ABNT (1984). Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm – determinação da massa específica: NBR-6508 MB-3324. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, RJ, 8 p. PDF
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