Conheça as fundações em estaca raiz

A definição normativa da estaca raiz pela ABNT NBR 6122 é: estaca raiz estaca armada e preenchida com argamassa de cimento e areia, moldada in loco executada por perfuração rotativa ou rotopercussiva, revestida integralmente, no trecho em solo, por um conjunto de tubos metálicos recuperáveis. 

BREVE HISTÓRICO 

Em geral as estacas tipo raiz são estacas de pequeno diâmetro ( usualmente entre 10 cm e 40 cm ), implantadas no terreno através de uma perfuração revestida, a qual é prosseguida até se atingir a profundidade prevista em projeto. 

As primeiras patentes foram requeridas na Itália em 1952 pela Empresa Fondedile SPA; todavia a fase de maior desenvolvimento ocorreu na década de 60. A sua aplicação inicial foi aquela relacionada com o reforço de fundação de antigas edificações de pequeno porte. Em geral Tratava-se de edifícios históricos e as estacas tipo raiz cumpriam os seguintes requisitos básicos : 

• Os equipamentos eram de pequenas dimensões, o que propiciava acesso a locais exíguos e de pé direito baixo ( espaço de passagem entre 1,5 e 2,0 m ) e pé – direito mínimo da ordem de 3.0 m; 

• A perfuração era rápida, silenciosa e sem vibração. O emprego de conjuntos movidos a eletricidade permitia a execução em locais fechados, sem os inconvenientes da fumaça oriunda do funcionamento de motores a explosão. As perfuratrizes podiam ser deslocadas ou arrastadas por operários e a tecnologia permitia atingir-se profundidade relativamente elevadas atravessando camadas ou interferências com facilidade. Esta característica flexibilizava o dimensionamento de cargas de trabalho, determinadas muito mais pela capacidade estrutural da seção do que pela condição de suporte do subsolo. 

Funcionalmente a estaca tipo raiz passou a ser utilizada como solução de contenção de encostas, também em virtude de duas condições principais : 

• possibilidade de execução de estacas inclinadas com orientação tridimensional, constituindo-se nos reticulados espaciais implantados em encostas ou taludes instáveis. 

• resistência à tração, através da armação integral do fuste da estaca. 

Finalmente o emprego da estaca tipo raiz generalizou-se como solução para fundações normais, com o aumento de diâmetro das estacas e do porte dos equipamentos concebidos para executá-las.  

SEQUÊNCIA EXECUTIVA DA ESTACA RAIZ

1ª ETAPA : Perfuração de furo 

 A não ser em casos excepcionais, previamente justificáveis na fase de projeto, a perfuração deve ser inteiramente revestida. Esta é composta por segmentos metálicos (camisas) rosqueados em seqüência à medida que a perfuração prossegue ( a dimensão mais usual varia entre 0.8 m e 1.20 m ). 

O revestimento do furo é efetuado mediante rotação de uma perfuratriz e de circulação de água proporcionada por bombas de alta vazão e pressão. As funções do fluxo d’água são as seguintes: 

• desagregação do solo no interior do revestimento; 

• lubrificação e resfriamento da ferramenta de perfuração ( sapata ) ; 

• desagregação do solo localizado frontalmente à coroa.; 

• abertura de espaço anelar ao longo da superfície externa do revestimento. Este efeito além de diminuir o torque da perfuratriz, propicia um aumento de diâmetro da estaca mediante erosão do solo atravessado na região circunjacente à do revestimento; 

• remoção de todo o solo desagregado mediante um fluxo altamente turbulento, conforme 

será discutido a seguir. 

Quando se necessita atravessar material rochoso, faz-se a troca da ferramenta de escavação por um martelo de fundo. Este martelo é alimentado por um compressor de ar de alta vazão e pressão que fragmenta e pulveriza o material rochoso. 

2ª ETAPA: Colocação da armadura 

A mesma é descida manualmente ou através de guindastes de apoio, ou da torre do próprio equipamento quando a execução for a céu aberto. Em geral para os diâmetros menores (até 16 cm) pode-se colocar barra ( ou barras ) centralizadas no furo. Todavia a disposição mais comum e estruturalmente mais recomendável é a da colocação de armações concêntricas solidarizadas por estribos em espiral. O número e bitola destas barras podem variar em seção e longitudinalmente para atender às premissas de projeto. Na evidência das mesmas serem mais curtas do que o cumprimento do furo, deve-se sobrepô-las em transpasse, evitando-se a solda. 

3ª ETAPA: Injeção de argamassa, de areia e cimento. 

É feita através de bombas do tipo rotor / estator ou, mais rotineiramente, através de bombas de pistão. Ambas devem ser resistentes à elevada abrasão acarretada pela argamassa. A areia deve ser limpa e livre de pedregulhos.  

4ª ETAPA: Aplicação de ar comprimido 

A concepção original executiva da estaca tornava mandatória a aplicação de ar comprimido com pressões da ordem de 0.4 M Pa; porém este requisito foi sendo progressivamente abandonado. A aplicação do ar é feita através de um tampão apropriado rosqueado no topo da composição de revestimento.  

5ª ETAPA: Extração do revestimento. 

O procedimento atual comporta duas variantes principais : 

• extração do revestimento através da própria perfuratriz ( “pull out “ do equipamento ). 

• extração do revestimento através de dois macacos hidráulicos verticais (saca tubos) apoiados no terreno em posição diametralmente oposta. Tais macacos são idênticos e são acionados por uma central hidráulica (também chamada de “centralina”) e reagem contra uma travessa metálica que é solidarizada ao revestimento. 

Ambos os procedimentos acima são tecnicamente equivalentes e dependem dos equipamentos colocados à disposição da obra e, também, da maior ou menor dificuldade em se sacar o revestimento. 

Obviamente durante a extração há a operação de desrosquear os tubos, a qual é feita através do torque propiciado por uma “morsa” hidráulica agregada à perfuratriz ou à “centralina”. 

EQUIPAMENTOS E FERRAMENTAS

A seguir apresentamos, os equipamentos usualmente utilizados no Brasil. A descrição é genérica e objetiva ser abrangente.  

3.1 ) Perfuratrizes: podem ser mecânicas ou hidráulicas. As perfuratrizes mecânicas são em geral de menor porte. O mecanismo hidráulico confere às perfuratrizes hidráulicas as seguintes funções: 

• locomoção em geral associada a esteiras; 

• “push “e “pull out “ por cilindros de acionamento hidráulico; 

• morsa e quebra-rosca; 

• rotação da composição de perfuração. 

• torque máximo: em geral vária entre 5000 e 15.000 Nm ( 500 e 1500 Kgfm ), correspondendo a rotações entre 20 e 200 rpm 

3.2 ) Bombas d’água: a disponibilidade de unidades de bombas de pressão e vazão elevadas demanda a utilização de bombas multi-estágios. O número de estágios ( rotores) varia de três a cinco propiciando pressões de 0.6 a 0.9 M Pa ( 60 a 90 m.c.a ) e vazões de 9 a 12 m 3/ h. A potência do motor elétrico varia entre 15 e 30 c.v. a 3.000 r.p.m. 

3.3 ) Reservatórios d’água: devem ser compatíveis com a necessidade da água, espaço disponível na obra, diâmetro e profundidade da estaca. Para situar valores, as necessidades de reservação não devem ser inferiores a, digamos, 10 a 20 m3 a fim de que não ocorra interrupção dos trabalhos.  

3.4 ) Equipamento para preparo de argamassa : 

a) Misturador: necessário para a dosagem e mistura da argamassa de cimento, areia, água e aditivos ( eventuais ) 

• motor elétrico com potência entre 3 e 10 c.v. ; 

• rotação entre 1500 e 3000 r.p.m. ; 

• capacidade da cuba 0.5 a 1.0 m3. 

b ) Agitador : recebe a argamassa misturada e mantém a homogeneização da mesma até a sua injeção. 

• Motor elétrico com potência entre 3 e 5 c.v. 

• rotação 20 a 50 r.p.m. 

• capacidade da cuba 0.5 a 1.0 m 3. 

3.5 ) Bombas de injeção : há aquelas do tipo rotor (metálico) / estator (camisa de borracha sintética ou similar). As de maior eficiência são as de tipo duplex (dois pistões atuando em paralelo). A potência do motor elétrico varia entre 5 e 10 c.v. e a pressão situa-se em torno de 0.4 M Pa. 

3.6 ) Compressor de ar : para pressão de 0.4 M Pa. Conforme mencionado sua utilização não tem sido mandatória no Brasil. 

3.7 ) Mecanismo de extração do revestimento: 

a ) “pull out “da perfuratriz, mínimo de 50 kn capacidade ideal: cerca de 100 kn 

b ) macacos mais central hidráulica: 100 a 200 kn.  

3.8 ) Tubos de revestimento (camisas metálicas): tubos de condução sem costura ASTM A 106 / A 53. São subclassificados em grau A (soldáveis) e em grau B (não soldáveis). A denominação rotineira destes aços é a de SCHEDULE, seguida de um número ( 30-40-60-80-100-120-140 e 160 ), o qual é indicativo da espessura da parede e massa do tubo em kg/m.  

3.9 ) Sapatas de perfuração: São acopladas à extremidade inferior do revestimento, sendo dotadas de sulcos semicirculares na face cortante e têm diâmetro ligeiramente maior que a composição. Podem ser aparelhadas com pastilhas de widia soldadas proximamente aos sulcos, cuja finalidade é o aumento do poder de abrasão. O objetivo dos sulcos é facilitar o fluxo d’água para lubrificar e resfriar a sapata e as pastilhas. 

3.10 ) Tricones: São colocados na extremidade inferior de uma composição de hastes, quando ocorre a necessidade de limpar os testemunhos que eventualmente não são erodidos pelo fluxo d’água no interior do revestimento. Conforme será discutido nos itens seguintes também possibilitam o prosseguimento do furo até profundidades maiores, na eventualidade indesejável de não se conseguir mais girar a composição de revestimento. 

3.11 ) Martelos de perfuração: Destinam-se a romper materiais rochosos ou muito duros que não podem ser desagregados pelas sapatas ou pelos tricones. Podem ser de superfície ou de profundidade (DTH – “down the hole“) e podem ser acionados hidraulicamente (superficiais) ou a ar comprimido. Devem trabalhar concentricamente no interior da composição de revestimento. 

PARTICULARIDADES DE OBRAS EM ESTACA RAIZ

Caso ocorra a impossibilidade prática de se implantar, o revestimento até a cota prevista, é 

possível adotar-se um dos procedimentos seguintes: 

4-1 ) Prosseguir a perfuração com o emprego de uma composição interna de hastes, dotada de um “tricone” ou ferramenta de perfuração na mesma extremidade. Deve-se levar em consideração que havendo pedregulhos no subsolo, não haverá a certeza de limpeza do fundo do furo. 

4-2 ) Após a execução descrita em ( 5-1 ), podem ser adotadas duas seqüências: 

1ª seqüência : “telescopagem” do furo, descendo-se um revestimento interno de diâmetro menor. Pode ser previsto em projeto, porém a velocidade de execução sofre um decréscimo acentuado. Por exemplo, pode haver a necessidade de perfurar os 5minferiores da estaca no interior de um revestimento de maior diâmetro com 20m de profundidade. Para atingir-se os 25m, haverá a obrigatoriedade de rosquear e desrosquear 20m a mais de tubos. 

2ª seqüência : prosseguir com o revestimento original após alívio frontal do avanço devido à perfuração interna com o tricone. Em geral torna-se viável também devido à limpeza de um testemunho que tenha eventualmente permanecido no interior do revestimento. 

4-3 ) Há casos em que ocorre camada de rocha. Neste caso o mais recomendável é o uso de roto-percussão por dentro do revestimento. Posteriormente não haverá a necessidade de se revestir o furo em rocha. Em geral empregam-se martelos de fundo (DTH).  

5 ) COTA DE ARRASAMENTO

Quando se deseja que a estaca fique arrasada em uma cota inferior em relação à superfície do terreno, tem-se que executar a estaca até a superfície e posteriormente demolir-se a parte superior que não será incorporada ao bloco de fundação. Isto porque a extravasão da nata pelo espaço anelar é essencial para que se assegure da continuidade da argamassagem do fuste. 

6) CONSIDERAÇÕES SOBRE A INJEÇÃO DA ARGAMASSA E GOLPE DE AR 

Originalmente empregava-se ar comprimido para melhorar a penetração da nata da argamassa no solo e para assegurar a continuidade da argamassagem do fuste. Modernamente, no Brasil, a injeção de ar vem sendo substituída pela injeção da própria bomba de argamassa, a qual tem o mesmo efeito, caso executada com o mesmo procedimento e cuidado de campo. A funcionalidade e eficácia destes procedimentos é tanto maior quanto maior a fluidez e homogeneidade da argamassa.  

7) ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS ESTACA RAIZ

Carga (tf)	Diâmetro (mm)	Diâmetro Interno do Revestimento (mm)	Diâmetro Externo do Revestimento (mm)	Área da Seção (cm²)
25	150	120	127	177
50	200	160	168	314
70	250	200	220	491
100	310	260	273	755
130	400	340	355	1320

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