UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DOUGLAS DALTON GEHLEN DIMENSIONAMENTO E COMPARATIVO ENTRE ESTACAS FRANKI, HÉLICE CONTÍNUA E STRAUSS: ESTUDO DE CASO. TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO PATO BRANCO 2016
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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
DOUGLAS DALTON GEHLEN
DIMENSIONAMENTO E COMPARATIVO ENTRE ESTACAS
FRANKI, HÉLICE CONTÍNUA E STRAUSS:
ESTUDO DE CASO.
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
PATO BRANCO
2016
DOUGLAS DALTON GEHLEN
DIMENSIONAMENTO E COMPARATIVO ENTRE ESTACAS
FRANKI, HÉLICE CONTÍNUA E STRAUSS:
ESTUDO DE CASO.
Trabalho de conclusão de curso apresentado como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Pato Branco.
Deve-se sempre verificar a abertura da base através da marca do cabo, vide
figura (1), que indica se realmente o volume de concreto lançado para a execução da
base foi realmente expulso do tubo para o solo (JOPPERT JUNIOR, 2007).
Após a execução da base, inicia-se a concretagem do fuste. Nesta fase devem
ser observados alguns itens:
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Encurtamento da Armadura: comprova a verticalidade do fuste e a
tendência de expulsão do concreto no fuste durante o apiloamento.
Marca do cabo: mostra a altura de segurança do concreto dentro do tubo
para que não ocorra o estrangulamento do fuste (JOPPERT JUNIOR,
2007).
Caso algum dos itens acima apresente valores anormais, deve-se interromper
a concretagem, refazer a bucha e executar a recravação da estaca como se a mesma
fosse nova, com nova base e etc (JOPPERT JUNIOR, 2007).
O processo executivo das estacas Franki promove uma alta capacidade de
carga na estaca, assim como um bom controle de qualidade do estaqueamento.
Porém, tal processo também é responsável por vibrações excessivas e baixa
produtividade (50 metros de estaca/dia) (JOPPERT JUNIOR, 2007).
É importante salientar as características do processo executivo das estacas
Franki, que a diferem dos outros tipos de estaca, que contribuem para sua elevada
carga de trabalho:
Cravação com a ponta fechada tornando o tubo estanque, permitindo
trabalhar na presença de lençol d’água;
Base alargada que confere maior resistência de ponta;
Em solos arenosos o apiloamento da base compacta o mesmo,
aumentando a resistência de ponta;
Em solos argilosos o apiloamento da base expulsa a água da argila, que é
absorvida pelo concreto seco da base, reforçando seu entorno;
O apiloamento do concreto do fuste compacta o solo e aumenta a
resistência lateral;
O comprimento da estaca é facilmente ajustado durante a cravação
(HACHICH, 1998).
Devido as vibrações produzidas em seu processo original, denominado tipo
Standard, este tipo de estaca veio perdendo espaço nos grandes centros urbanos.
Logo, variantes do processo original foram desenvolvidas, sendo elas:
Franki tubada – aplicada em pontes e obras marinhas, ou seja, quando a
estaca apresenta uma parte em água ou ar.
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Franki mista – trada-se de uma estaca de fuste pré-moldado ancorada na
base alargada do processo original.
Franki com fuste vibrado – variante que apresenta mudanças apenas na
etapa da concretagem da estaca, onde após a execução do furo e
colocação da armadura, o tubo é preenchido de uma só vez, em toda sua
extensão, com concreto plástico; depois de cheio, adapta-se um vibrador
ao tubo que é arrancado de forma contínua pelo bate-estacas.
Franki de martelo automático e fuste vibrado – variante da Franki com
fuste vibrado, onde utiliza-se um martelo automático para cravar o tubo
com a ponta fechada por uma chapa de aço até a profundidade necessária.
Franki com ponta aberta – trata-se da cravação do tubo aberto com
escavação interna até a profundidade desejada, onde o processo original
é retomado (VELLOSO; LOPES, 2010).
2.3.2.2 Estaca Hélice Contínua
A estaca Hélice Contínua é uma estaca de concreto moldada in loco, sendo
executada através da utilização de trado contínuo para escavação e injeção de
concreto, sob pressão controlada, através da haste central do mesmo (Figura 6)
(HACHICH, 1998).
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Figura 6 – Equipamento para execução de Hélice Contínua Fonte: Geoservice, Geotecnia e Fundação LTDA – Meksol, 2016.
Desenvolvida nos Estados Unidos e difundida em toda Europa e Japão na
década de 1980, a estaca Hélice Contínua foi executada pela primeira vez no Brasil
em 1987 com equipamentos aqui desenvolvidos. Tais equipamentos eram montados
sob guindastes de esteiras, com torque de 35 kNm e diâmetros de 275 mm, 350 mm,
e 425 mm, os quais permitiam a execução de estacas de até 15 metros de
profundidade (HACHICH, 1998).
Na década de 1990, o mercado brasileiro foi invadido por máquinas
importadas da Europa, principalmente da Itália, desenvolvidas especialmente para a
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execução de estacas Hélice Contínua. Estes equipamentos apresentavam torques de
90 kNm a mais de 200 kNm, assim como diâmetros de hélice de 1000 mm e
capacidade de execução de estacas de até 24 metros de profundidade (HACHICH,
1998).
As estacas são executadas nas seguintes etapas (Figura 7):
Perfuração;
Concretagem;
Armação.
Figura 7 – Execução de estaca Hélice Contínua Fonte: Velloso; Lopes, 2010.
A perfuração consiste na introdução do trado no terreno, através de movimento
rotacional transmitido por motores hidráulicos acoplados na extremidade superior do
mesmo, até a cota prevista em projeto sem que haja a retirara do trado em nenhum
momento (VELLOSO; LOPES, 2010).
O trado é composto por uma hélice espiral que se desenvolve em torno de um
tubo central, sendo o tubo tampado para impedir a entrada de solo. Quando
introduzido no terreno, o trado promove a desagregação do solo que penetra entre as
hastes da hélice (JOPPERT JUNIOR, 2007).
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Após alcançada a profundidade desejada, inicia-se a concretagem. Bombeia-
se o concreto de maneira contínua através do tubo central do trado, o qual é retirado
concomitantemente sem girar, ou girando lentamente no mesmo sentido da
perfuração. A velocidade de extração do trado deve ser tal que a pressão no concreto
introduzida no furo seja mantida positiva (acima do valor mínimo desejado). A pressão
do concreto deve garantir que todos os espaços vazios deixados pela hélice sejam
preenchidos (VELLOSO; LOPES, 2010).
O preenchimento da estaca se dá até a superfície do terreno, pouco acima da
cota de arrasamento, sendo que, de acordo com o tipo de solo, pode-se interromper
a concretagem e sacar o trado arrasando a estaca um pouco mais abaixo (JOPPERT
JUNIOR, 2007).
O concreto utilizado no enchimento das estacas é composto por areia, pedrisco
e cimento com consumo entre 380 e 450 kg/m³ e slump de 22 ± 2 cm (JOPPERT
JUNIOR, 2007).
Após de executada a concretagem, deve-se limpar o solo proveniente da
escavação que fica depositado no topo da estaca. A remoção deste material
geralmente é realizada com o auxílio de escavadeira hidráulica (JOPPERT JUNIOR,
2007).
Devido ao processo executivo da estaca Hélice Contínua, a armadura é
colocada após o término da concretagem. A gaiola de armadura é introduzida
manualmente por operários, ou com auxílio de um peso ou ainda, com o uso de um
vibrador (VELLOSO; LOPES, 2010).
Estacas submetidas apenas a esforços de compressão levam uma armadura
no topo com quatro metros de comprimento abaixo da cota de arrasamento. Nos casos
de estacas submetidas a esforços transversais ou de tração, é possível introduzir uma
armadura de maior comprimento, sendo que armaduras de 12 até 18 m já foram
introduzidas neste tipo de caso (VELLOSO; LOPES, 2010).
A armação deve ser composta por bitolas grossas para facilitar a introdução da
armadura ao concreto. Devem ser utilizados roletes de plástico nas laterais da gaiola
para garantir o cobrimento mínimo de concreto (JOPPERT JUNIOR, 2007).
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Além das providências citadas anteriormente, deve-se ficar atento ao slump do
concreto utilizado pois, o mesmo é fator de grande influência na introdução das
armaduras (JOPPERT JUNIOR, 2007).
A Tabela 4 apresenta valores de abatimento do concreto a serem seguidos,
visando facilitar a introdução da gaiola na estaca.
Tabela 4 – Abatimento de concreto para estaca Hélice Contínua
L - Comprimento da armação (m) Valor mínimo slump (cm)
L < 3,00 20 3,00 < L < 6,00 22 6,00 < L < 9,00 24
9,00 < L < 12,00 26
Fonte: Joppert Junior (2007).
O controle de execução dessas estacas pode ser monitorado eletronicamente,
através de um computador ligado a sensores instalados na máquina. Como resultados
da monitoração, são obtidos os seguintes elementos:
Comprimento das estacas;
Inclinação;
Torque;
Velocidade de rotação;
Velocidade de penetração do trado;
Pressão no concreto;
Velocidade de extração do trado;
Volume de concreto (apresentado em geral como perfil da estaca);
Sobreconsumo de concreto (percentual entre o volume consumido e o
calculado com base no diâmetro da estaca) (VELLOSO; LOPES, 2010).
A análise e interpretação dos dados apresentados (Figura 8), permite avaliar a
qualidade da estaca executada (VELLOSO; LOPES, 2010).
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Figura 8 – Folha de controle de execução de estaca Hélice Contínua Fonte: Velloso; Lopes, 2010.
As principais vantagens das estacas tipo Hélice Contínua são:
Elevada produtividade, que pode variar de 150 m a 400 m por dia
dependendo do diâmetro da estaca, profundidade, tipo de solo e
equipamento;
Adaptabilidade a maioria dos tipos de terreno (exceto na presença de
matacões e rochas);
Processo executivo isento de vibrações e ruídos;
Não geração de detritos poluídos por lama betonítica reduzindo os
problemas ligados a disposição final destes materiais (HACHICH, 1998).
Em relação a desvantagens deste tipo de estaca, temos:
A área de trabalho deve ser plana devido ao porte dos equipamentos de
execução;
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Necessidade de central de concreto nas proximidades devido a alta
produtividade;
Necessidade de pá-carregadeira para auxiliar na limpeza da área de
trabalho;
É necessário um número mínimo de estacas que seja compatível a
mobilização dos equipamentos envolvidos;
Limitações no comprimento da estaca e das armaduras (HACHICH, 1998).
2.3.2.3 Estaca Strauss
A estaca tipo Strauss é uma estaca de concreto moldada in loco que requer um
equipamento relativamente simples. A qualidade deste tipo de estaca é reflexo direto
da equipe que a executa (VELLOSO; LOPES, 2010).
São executadas com o uso de revestimento metálico recuperável, de ponta
aberta, o qual permite a escavação do solo em seu interior com o auxílio de uma
sonda, também chamada de piteira (JOPPERT JUNIOR, 2007).
Os equipamentos utilizados para a execução das estacas tipo Strauss são
(figura 4):
Tripé de madeira ou aço;
Guincho de 1 tf acoplado a um motor a explosão ou elétrico;
Sonda de percussão munida de válvula em sua extremidade para a
retirada de terra;
Soquete com peso entre 150 e 300 quilos;
Tubo de revestimento metálico com elementos de 2,00 a 3,00 metros de
comprimento, rosqueáveis entre si;
Guincho manual para retirada da tubulação;
Roldanas, cabos e demais ferramentas (JOPPERT JUNIOR, 2007).
O diâmetro das tubulações utilizadas para a execução das estacas, bem como
o diâmetro final das estacas (nominal), são indicados na Tabela 5:
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Tabela 5 – Diâmetro das estacas Strauss
Diâmetro nominal (cm)
Diâmetro interno da tubulação (cm)
Diâmetro da coroa (cm)
25 20 32 25 24 38 30 30 45 38 35 55 48 43
Fonte: Joppert Junior (2007).
O processo executivo das estacas tipo Strauss segue as seguintes etapas:
Perfuração;
Concretagem;
Armação (JOPPERT JUNIOR, 2007).
A perfuração se inicia posicionando o tripé, buscando centralizar o soquete,
preço no cabo de aço, com o piquete de locação da futura estaca. Em seguida, é
iniciada a perfuração com o soquete até se atingir a profundidade de 1,00 a 2,00
metros. Este furo inicial servirá de guia para a introdução do primeiro tubo, dentado
na extremidade inferior, denominado coroa (vide figura 5). Antes da introdução da
coroa, deve-se verificar se ocorreram excentricidades na pré-escavação (JOPPERT
JUNIOR, 2007).
Com a implantação da coroa, substitui-se o soquete pela sonda de percussão,
que através de golpes sucessivos e com o auxílio de água, vai retirando o solo do
interior da tubulação e abaixo da coroa (JOPPERT JUNIOR, 2007).
Após a escavação interna da coroa, impele-se golpes de impacto no topo da
tubulação de revestimento, a qual é introduzida no solo. Quando esta estiver toda
cravada, rosqueia-se um novo segmento de tubulação, dando início novamente ao
processo de escavação pelo uso da sonda. O processo se repete até que seja atingida
uma camada de solo resistente e/ou que se tenha um comprimento de estaca
considerado suficiente para a garantia de carga de trabalho da mesma (JOPPERT
JUNIOR, 2007).
Após o fim da etapa de escavação, executa-se a limpeza da água e lama
acumulada na estaca, para então iniciar-se a concretagem (JOPPERT JUNIOR,
2007).
Inicia-se a concretagem, substituindo a sonda pelo soquete. Lança-se no
interior do tubo uma quantidade de concreto suficiente para se ter uma coluna de
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aproximadamente 1,00 metro. Sem puxar a tubulação, apiloa-se o concreto com o
objetivo de se melhorar a ponta da estaca com a formação de uma pequena base. Em
seguida, executa-se o fuste, onde o concreto é lançado e apiloado de maneira
paulatina com a retirada concomitante do revestimento metálico (JOPPERT JUNIOR,
2007).
Para se garantir a continuidade do fuste da estaca, mantem-se dentro da
tubulação, durante o apiloamento, uma coluna de concreto suficiente para que o
mesmo ocupe todo o espaço perfurado. O tubo de revestimento deve ser retirado
sempre se verificando a marca no cabo, que garante uma altura de segurança de
concreto no interior do tubo, impedindo a entrada de material indesejado (JOPPERT
JUNIOR, 2007).
Utiliza-se nas estacas Strauss concreto dosado em obra com consumo mínimo
de 350 kg/m³. Sua consistência deve ser plástica, o que garante o preenchimento da
perfuração e a retirada do revestimento sem que ocorram descontinuidades no fuste
devido a aderência do concreto na parede interna dos tubos (JOPPERT JUNIOR,
2007).
A concretagem é levada até se ultrapassar um pouco a cota de arrasamento
da estaca, buscando garantir, até esta cota, que o concreto tenha boa qualidade
(VELLOSO; LOPES, 2010).
Quanto à armação, em estacas que trabalham apenas à compressão, implanta-
se no topo da estaca barras de pequeno comprimento, que ficam embutidas 50 cm no
concreto e 50 cm além do seu arrasamento. A função desta armadura é apenas
promover o ligamento das estacas ao bloco de coroamento (JOPPERT JUNIOR,
2007).
Caso as estacas trabalhem à flexão, o diâmetro da estaca deve ser de no
mínimo 32 cm, devendo ser previstas emendas na armadura longitudinal a cada 6,00
metros de estaca, viabilizando assim o içamento da armadura com o tripé (JOPPERT
JUNIOR, 2007).
As estacas Strauss não provocam vibrações em seu processo executivo,
evitando danos as construções vizinhas, mesmo nos casos em que estas se
encontrem em situações precárias (ALONSO, 2010).
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Apresentam grande vantagem pela leveza e simplicidade do equipamento
utilizado. Devido a isso, podem ser empregadas em locais confinados, terrenos
acidentados e ainda no interior de construções existentes, com pé direito reduzido
(JOPPERT JUNIOR, 2007).
A execução deste tipo de estaca requer um grande cuidado quando se
trabalha na presença de lençol d’água, sendo desaconselhável o seu uso nestes
casos. Caso ao final da perfuração exista água no fundo do furo, que não possa ser
retirada pela sonda, deve-se lançar um volume de concreto seco a fim de se obturar
o furo. Nestes casos, deve-se desconsiderar a resistência de ponta da estaca
(VELLOSO; LOPES, 2010).
2.3.3 Capacidade de Carga Axial de Estacas
A capacidade de carga contra a ruptura, de um elemento de fundação, é
aquela que quando aplicada ao mesmo provoca o colapso do solo que lhe fornece o
suporte, ou do próprio elemento de fundação. Logo, a capacidade de carga é obtida
pelo menor dos dois valores:
Resistência estrutural do material (ou materiais) que compõe o elemento
de fundação;
Resistência do solo que dá suporte ao elemento (ALONSO, 2010).
Geralmente o solo é o elo mais fraco desse binômio, o que explica por que
um mesmo elemento de fundação, quando instalado em diferentes profundidades de
um mesmo solo, apresenta diferentes capacidades de carga e, consequentemente,
diferentes cargas admissíveis. O mesmo ocorre quando instalamos o mesmo
elemento estrutural, de mesmo comprimento e profundidade de assentamento, em
solos diferentes. Por essa razão, não se deve prefixar a carga admissível de
elementos de fundação, o que é comum em empresas que trabalham com estacas. O
que se pode prefixar apenas é a carga máxima das estacas do ponto de vista
estrutural, sendo a carga admissível condicionada ao tipo de solo e a profundidade de
instalação das mesmas (ALONSO, 2010).
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2.3.3.1 Métodos Semi-empíricos
Pode-se estimar a capacidade de carga de uma estaca através de correlações
de ensaios executados em campo tipo SPT e CPT (JOPPERT JUNIOR, 2007).
Grande parte dos métodos utiliza a equação (2) para o cálculo da resistência
total:
𝑅𝑡 = 𝑅𝑝 + 𝑅𝑙 (2)
Onde:
Rt – resistência total (Kg ou tf ou kN);
Rl – resistência lateral (Kg ou tf ou kN);
Rp – resistência de ponta (Kg ou tf ou kN) (JOPPERT JUNIOR, 2007).
A resistência lateral é calculada conforme a equação (3):
𝑅𝑙 = 𝑟𝑙×𝑈𝑙×𝐿 (3)
Onde:
rl – resistência unitária lateral (kg/cm² ou tf/m² ou kN/m²);
Ul – perímetro lateral da estaca (cm ou m);
L – profundidade da estaca (cm ou m) (JOPPERT JUNIOR, 2007).
Por fim, a resistência de ponta é calculada através da equação (4):
𝑅𝑝 = 𝑟𝑝×𝐴𝑝 (4)
Onde:
rp – resistência unitária de ponta (kg/cm² ou tf/m² ou kN/m²);
Ap – área da ponta da estaca (cm² ou m²) (JOPPERT JUNIOR, 2007).
Percebe-se que os métodos visam estimar a resistência unitária lateral e a
resistência unitária de ponta, sendo os demais parâmetros, características
geométricas da estaca (JOPPERT JUNIOR, 2007).
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2.3.3.2 Aoki e Velloso
Proposto pelos engenheiros Nelson Aoki e Dirceu Velloso, o método estima a
resistência unitária lateral e a resistência unitária de ponta através dos resultados do
ensaio de CPT, conforme as equações (5) e (6) (JOPPERT JUNIOR, 2007):
𝑟𝑙 = (𝑞𝑐×α)
𝐹2
(5)
𝑟𝑝 = 𝑞𝑐
𝐹1
(6)
Onde:
qc – resultado médio da resistência de ponta do cone de ensaio de CPT da
camada de solo em análise;
α – fator de correção da resistência de ponta e resistência lateral do cone de
ensaio CPT (depende do tipo de solo);
F1 e F2 – coeficientes que dependem do tipo de estaca (JOPPERT JUNIOR,
2007).
Os valores dos coeficientes F1 e F2 são apresentados na Tabela 6 (JOPPERT
JUNIOR, 2007):
Tabela 6 – Coeficientes que dependem do tipo de estaca
Estaca F1 F2 Pré-moldada 1,75 3,50
Escavada 3,00 6,00 Franki 2,50 5,00
Fonte: Aoki e Velloso (19751, p. 367-376 apud JOPPERT JUNIOR, 2007, p. 127).
1 AOKI, N.; e VELLOSO, D. A. An approximate method to estimate the bearing capacity of piles. In: PAN AMERICAN CSMFE, 5., 1975, Buenos Aires. Proceedings ... Buenos Aires, 1975. v. 1, p. 367-376.
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Em 1970, quando o método foi proposto, foram introduzidas as estacas tipo
raiz e ainda não executavam estacas tipo hélice. Em três trabalhos de final de curso
na UFRJ (de Rafael Francisco G. Magalhães, em 1994, Gustavo S. Raposo e Marcio
Andre D. Salem, em 1999), foram feitas avaliações do método para os novos tipos de
estacas. Os valores de F1 = 2,0 e F2 = 4,0 conduziram a bons resultados, ligeiramente
conservadores, para as estacas tipo raiz, hélice e ômega (VELLOSO; LOPES, 2010).
A resistência lateral será o somatório das resistências de cada parcela de solo,
conforme a equação (7) (JOPPERT JUNIOR, 2007):
𝑅𝑙 = ∑𝑖×(𝑟𝑙𝑖×𝑈×𝛥𝐿𝑖) (7)
Quando se utiliza o SPT para o cálculo de Rl e Rp, utiliza-se a equação (8)
(JOPPERT JUNIOR, 2007):
𝑞𝑐 = 𝐾×(𝑆𝑃𝑇) (8)
Onde:
SPT – NSPT da camada em análise (JOPPERT JUNIOR, 2007).
Conforme apresentado acima, o método utiliza-se dos coeficientes K e α que
variam de acordo com o solo, seus valores são apresentados na Tabela 7 (JOPPERT
JUNIOR, 2007):
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Tabela 7 – Coeficientes que dependem do tipo de solo
Fonte: Aoki e Velloso (19752, p. 367-376 apud JOPPERT JUNIOR, 2007, p. 127).
Após determinarmos a resistência total da estaca, deve-se aplicar o seguinte
fator de segurança, conforme a equação (9) (JOPPERT JUNIOR, 2007):
𝑅𝑎𝑑𝑚 = 𝑅𝑡
2,0
(9)
Vale a pena salientar que, o fator de segurança 2,0, mostrado na equação (9)
está de acordo com o estabelecido pela NBR 6122, item 6.2.1.2.1.
2.4 ORÇAMENTO
Para se montar um orçamento necessita-se conhecer quais são os
coeficientes de produtividade da mão-de-obra, o consumo de materiais e o consumo
horário dos equipamentos envolvidos no serviço (TCPO, 2003).
Segundo a Tabela de Composições de Preços para Orçamentos (TCPO):
Composições: são serviços de obra que necessitam de insumos para
serem realizados. São mensurados por unidade de serviço.
2 AOKI, N.; e VELLOSO, D. A. An approximate method to estimate the bearing capacity of piles. In: PAN AMERICAN CSMFE, 5., 1975, Buenos Aires. Proceedings ... Buenos Aires, 1975. v. 1, p. 367-376.
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Insumos: são itens como materiais, mão-de-obra e os demais
equipamentos necessários para se executar uma composição. Os insumos
apresentam uma unidade de medida e um coeficiente de consumo de
acordo com a composição que estão inseridos.
2.4.1 Blocos sobre Estacas
A Paraná Edificações, é uma entidade autárquica, vinculada à Secretaria de
Estado de Infraestrutura e Logística (SEIL). Tem por finalidade o planejamento, a
coordenação e a execução, centrada no desenvolvimento sustentável, de projetos,
obras e serviços de engenharia de edificações (PARANÁ EDIFICAÇÕES, 2016).
Para a execução dos blocos são necessários serviços de escavação, fôrmas,
armaduras e concreto, cujo composições são apresentadas abaixo.
2.4.1.1 Escavação
Escavação manual de vala em argila até 1,5 m, excluindo esgotamento e
escoramento (PARANÁ EDIFICAÇÕES, 2015). A composição adotada é apresentada
na Tabela 8.
Tabela 8 – Escavação manual de vala – unidade m³
Insumos Unidade Coeficiente
Servente h 4,800
Fonte: Paraná Edificações (2015).
2.4.1.2 Fôrmas
Fôrma de tábua para concreto em fundação sem reaproveitamento (PARANÁ
EDIFICAÇÕES, 2015). A composição adotada é apresentada na Tabela 9.
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Tabela 9 – Fôrma de madeira para fundação – unidade m²
Insumos Unidade Coeficiente
Ajudante de carpinteiro h 0,325
Carpinteiro h 1,300
Peça de madeira nativa regional (1x4”) n/ aparelhada m 3,500
Tábua de madeira de 2ª (1x12”) n/ aparelhada m 3,487
Prego 18 x 27 kg 0,150
Fonte: Paraná Edificações (2015).
2.4.1.3 Armaduras
Armadura de aço CA-50, diâmetro de 6,3 mm à 12,5 mm, incluindo
fornecimento, corte (perda de 10%), dobra e colocação (PARANÁ EDIFICAÇÕES,
2015). A composição adotada é apresentada na Tabela 10.
Tabela 10 – Armadura CA-50 6,3 mm à 12,5 mm – unidade: kg
Insumos Unidade Coeficiente
Ajudante de armador h 0,100
Armador h 0,100
Aço CA-50 10,0 mm kg 1,100
Arame recozido kg 0,030
Fonte: Paraná Edificações (2015).
Armadura de aço CA-50, diâmetro de 16,0 mm à 25,0 mm, incluindo
fornecimento, corte (perda de 10%), dobra e colocação (PARANÁ EDIFICAÇÕES,
2015). A composição adotada é apresentada na Tabela 11.
Tabela 11 – Armadura CA-50 16,0 mm à 25,0 mm – unidade: kg
Insumos Unidade Coeficiente
Ajudante de armador h 0,070
Armador h 0,070
Aço CA-50 20,0 mm kg 1,100
Arame recozido kg 0,030
Fonte: Paraná Edificações (2015).
Armação de aço CA-60, diâmetro 3,4 mm à 6,0 mm, incluindo fornecimento,
corte (perda de 10%), dobra e colocação (PARANÁ EDIFICAÇÕES, 2015). A
composição adotada é apresentada na Tabela 12.
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Tabela 12 – Armadura CA-60 3,4 mm à 6,0 mm – unidade: kg
Insumos Unidade Coeficiente
Servente h 0,100
Armador h 0,100
Aço CA-60 5,0 mm kg 1,100
Arame recozido kg 0,020
Fonte: Paraná Edificações (2015).
2.4.1.4 Concreto
Concreto preparado em betoneira, C203, sem lançamento (PARANÁ
EDIFICAÇÕES, 2015). A composição adotada é apresentada na Tabela 13.
Tabela 13 – Concreto estrutural C20 – unidade: m³
Insumos Unidade Coeficiente
Operador de máquinas e equipamentos h 1,834
Servente h 3,238
Betoneira 600l, capacidade de mistura 440l h 1,834
Areia média sem frete m³ 0,890
Cimento Portland composto CP-II 32 kg 320,000
Brita n° 1 sem frete m³ 0,836
Fonte: Paraná Edificações (2015).
2.4.1.5 Lançamento de Concreto
Lançamento e aplicação de concreto em fundações (PARANÁ
EDIFICAÇÕES, 2015). A composição adotada é apresentada na Tabela 14.
Tabela 14 – Lançamento e adensamento de concreto – unidade: m³
Insumos Unidade Coeficiente
Servente h 1,650
Pedreiro h 4,500
Vibrador de imersão h 0,300
Fonte: Paraná Edificações (2015).
3 Concreto com resistência característica de 20 Mpa.
44
2.4.2 Estacas
O Gerador de Preços da CYPE Ingenieros é uma base de dados interativa
que permite obter o preço para um artigo escolhido atendendo aos materiais,
equipamentos e processos construtivos selecionados (CYPE, 2016a).
Pertence a nova família de softwares do conceito Building Information Model
(BIM), sendo sua versão standard disponível gratuitamente na internet para Angola,
Brasil, Cabo Verde, Moçambique, Portugal e outros (CYPE, 2016b).
A CYPE Ingenieros é uma empresa espanhola com mais de 30 anos de
experiência em arquitetura, engenharia e construção. Ocupa hoje a liderança no setor
de software aplicado à engenharia e construção graças ao êxito de seus programas:
CYPECAD, CYPE3D, Arquimedes entre outros (CYPE, 2016b).
Para o presente trabalho, serão adotadas as composições geradas através da
plataforma do Gerador de Preços da CYPE, para o orçamento das estacas.
Como o presente trabalho não promoveu o dimensionamento estrutural das
estacas, para fins de orçamento, adotou-se os valores de armadura mínima, para
estacas de concreto moldadas in loco, de 0,5 % do volume de concreto, de acordo
com a NBR 6122: 2010; item 8.6.3, tabela 4 (ABNT, 2010).
2.4.2.1 Franki
Estaca Franki de concreto armado, 45 cm de diâmetro, executada com
concreto C20, brita 1, rodado em obra. Aço CA-50, armadura 6,24 kg/m, incluindo
corte, dobra, montagem e colocação, considerando desperdício de 10% (GERADOR
DE PREÇOS, 2016). A composição adotada é apresentada na Tabela 15.
45
Tabela 15 – Estaca Franki 45 cm de diâmetro – unidade: m
Insumos Unidade Coeficiente
Espaçador de armaduras plástico und 4,000
Aço CA-50 kg 6,864
Arame recozido kg 0,044
Concreto rodado em obra C20 com brita n° 14 m³ 0,159
Execução estaca Franki diâmetro = 45 cm m 1,100
Armador h 0,048
Ajudante de armador h 0,069
Oficial de trabalhos de concretagem h 0,587
Ajudante de trabalhos de concretagem h 0,587
Fonte: Gerador de Preços, adaptada (2016).
Estaca Franki de concreto armado, 52 cm de diâmetro, executada com
concreto C20, brita 1, rodado em obra. Aço CA-50, armadura 8,33 kg/m, incluindo
corte, dobra, montagem e colocação, considerando desperdício de 10% (GERADOR
DE PREÇOS, 2016). A composição adotada é apresentada na Tabela 16.
Tabela 16 – Estaca Franki 52 cm de diâmetro – unidade: m
Insumos Unidade Coeficiente
Espaçador de armaduras plástico und 4,000
Aço CA-50 kg 9,163
Arame recozido kg 0,058
Concreto rodado em obra C20 com brita n° 1 m³ 0,212
Execução estaca Franki diâmetro = 52 cm m 1,100
Armador h 0,065
Ajudante de armador h 0,092
Oficial de trabalhos de concretagem h 0,775
Ajudante de trabalhos de concretagem h 0,775
Fonte: Gerador de Preços, adaptada (2016).
Estaca Franki de concreto armado, 60 cm de diâmetro, executada com
concreto C20, brita 1, rodado e obra. Aço CA-50, armadura 11,09 kg/m, incluindo
corte, dobra, montagem e colocação, considerando desperdício de 10% (GERADOR
DE PREÇOS, 2016). A composição adotada é apresentada na Tabela 17.
4 Composição adaptada para o uso de concreto preparado em obra, utilizado nos blocos.
46
Tabela 17 – Estaca Franki 60 cm de diâmetro – unidade: m
Insumos Unidade Coeficiente
Espaçador de armaduras plástico und 4,000
Aço CA-50 kg 12,199
Arame recozido kg 0,078
Concreto rodado em obra C20 com brita n° 1 m³ 0,283
Execução estaca Franki diâmetro = 60 cm m 1,100
Armador h 0,086
Ajudante de armador h 0,123
Oficial de trabalhos de concretagem h 0,997
Ajudante de trabalhos de concretagem h 0,997
Fonte: Gerador de Preços, adaptada (2016).
2.4.2.2 Hélice Contínua
Estaca Hélice Contínua de concreto armado, 40 cm de diâmetro, executada
com concreto C20, brita 0, dosando em central. Concretagem com bomba. Aço CA-
50, armadura 4,93 kg/m, incluindo corte, dobra, montagem e colocação, considerando
desperdício de 10% (GERADOR DE PREÇOS, 2016). A composição adotada é
apresentada na Tabela 18.
Tabela 18 – Estaca Hélice Contínua 40 cm de diâmetro – unidade: m
Insumos Unidade Coeficiente
Espaçador de armaduras plástico und 4,000
Aço CA-50 kg 5,423
Arame recozido kg 0,035
Concreto usinado bombeável C20 com brita n° 0 m³ 0,151
Execução estaca Hélice Contínua diâmetro = 40 cm m 1,005
Caminhão bomba estacionado na obra h 0,006
Armador h 0,038
Ajudante de armador h 0,055
Oficial de trabalhos de concretagem h 0,498
Ajudante de trabalhos de concretagem h 0,498
Fonte: Gerador de Preços, adaptada (2016).
Estaca Hélice Contínua de concreto armado, 50 cm de diâmetro, executada
com concreto C20, brita 0, dosando em central. Concretagem com bomba. Aço CA-
50, armadura 7,70 kg/m, incluindo corte, dobra, montagem e colocação, considerando
desperdício de 10% (GERADOR DE PREÇOS, 2016). A composição adotada é
apresentada na Tabela 19.
47
Tabela 19 – Estaca Hélice Contínua 50 cm de diâmetro – unidade: m
Insumos Unidade Coeficiente
Espaçador de armaduras plástico und 4,000
Aço CA-50 kg 8,470
Arame recozido kg 0,054
Concreto usinado bombeável C20 com brita n° 0 m³ 0,221
Execução estaca Hélice Contínua diâmetro = 50 cm m 1,005
Caminhão bomba estacionado na obra h 0,009
Armador h 0,060
Ajudante de armador h 0,085
Oficial de trabalhos de concretagem h 0,432
Ajudante de trabalhos de concretagem h 0,432
Fonte: Gerador de Preços (2016).
Estaca Hélice Contínua de concreto armado, 60 cm de diâmetro, executada
com concreto C20, brita 0, dosando em central. Concretagem com bomba. Aço CA-
50, armadura 11,09 kg/m, incluindo corte, dobra, montagem e colocação,
considerando desperdício de 10% (GERADOR DE PREÇOS, 2016). A composição
adotada é apresentada na Tabela 20.
Tabela 20 – Estaca Hélice Contínua 60 cm de diâmetro – unidade: m
Insumos Unidade Coeficiente
Espaçador de armaduras plástico und 4,000
Aço CA-50 kg 12,199
Arame recozido kg 0,078
Concreto usinado bombeável C20 com brita n° 0 m³ 0,308
Execução estaca Hélice Contínua diâmetro = 60 cm m 1,005
Caminhão bomba estacionado na obra h 0,012
Armador h 0,086
Ajudante de armador h 0,123
Oficial de trabalhos de concretagem h 0,465
Ajudante de trabalhos de concretagem h 0,465
Fonte: Gerador de Preços (2016).
Transporte de terras em caminhão à aterro específico ou área de destinação
licenciada, distância máxima 10 km, incluindo carga e descarga (GERADOR DE
PREÇOS, 2016). A composição adotada é apresentada na Tabela 21.
Tabela 21 – Transporte de solo caminhão basculante – unidade: m³
Insumos Unidade Coeficiente
Caminhão basculante 12 t de carga h 0,096
Fonte: Paraná Edificações (2015).
48
2.4.2.3 Strauss
Estaca Strauss de concreto armado, 32 cm de diâmetro, executada com
concreto C20, brita 1, rodado em obra. Aço CA-50, armadura 3,16 kg/m, incluindo
corte, dobra, montagem e colocação, considerando desperdício de 10% (GERADOR
DE PREÇOS, 2016). A composição adotada é apresentada na Tabela 22.
Tabela 22 – Estaca Strauss 32 cm de diâmetro – unidade: m
Insumos Unidade Coeficiente
Espaçador de armaduras plástico und 3,000
Aço CA-50 kg 3,476
Arame recozido kg 0,022
Concreto rodado em obra C20 com brita n° 15 m³ 0,088
Execução estaca Strauss diâmetro = 32 cm m 1,005
Armador h 0,025
Ajudante de armador h 0,036
Oficial de trabalhos de concretagem h 0,901
Ajudante de trabalhos de concretagem h 0,901
Fonte: Gerador de Preços (2016).
Estaca Strauss de concreto armado, 38 cm de diâmetro, executada com
concreto C20, brita 1, dosando em central. Aço CA-50, armadura 4,45 kg/m, incluindo
corte, dobra, montagem e colocação, considerando desperdício de 10% (GERADOR
DE PREÇOS, 2016). A composição adotada é apresentada na Tabela 23.
Tabela 23 – Estaca Strauss 38 cm de diâmetro – unidade: m
Insumos Unidade Coeficiente
Espaçador de armaduras plástico und 3,000
Aço CA-50 kg 4,895
Arame recozido kg 0,031
Concreto rodado em obra C20 com brita n° 1 m³ 0,121
Execução estaca Strauss diâmetro = 38 cm m 1,005
Armador h 0,035
Ajudante de armador h 0,050
Oficial de trabalhos de concretagem h 1,082
Ajudante de trabalhos de concretagem h 1,082
Fonte: Gerador de Preços (2016).
5 Composição adaptada para o uso de concreto rodado em obra, utilizado nos blocos.
49
Estaca Strauss de concreto armado, 45 cm de diâmetro, executada com
concreto C20, brita 1, dosando em central. Aço CA-50, armadura 6,24 kg/m, incluindo
corte, dobra, montagem e colocação, considerando desperdício de 10% (GERADOR
DE PREÇOS, 2016). A composição adotada é apresentada na Tabela 24.
Tabela 24 – Estaca Strauss 45 cm de diâmetro – unidade: m
Insumos Unidade Coeficiente
Espaçador de armaduras plástico und 3,000
Aço CA-50 kg 6,864
Arame recozido kg 0,044
Concreto rodado em obra C20 com brita n° 1 m³ 0,167
Execução estaca Strauss diâmetro = 45 cm m 1,005
Armador h 0,049
Ajudante de armador h 0,070
Oficial de trabalhos de concretagem h 1,420
Ajudante de trabalhos de concretagem h 1,420
Fonte: Gerador de Preços (2016).
50
3 METODOLOGIA
Com relação a classificação da pesquisa, segundo à sua abordagem, Fachin
(2001) descreve que a mesma pode ser classificada em quantitativa e qualitativa.
Segundo a autora, a quantificação científica é uma maneira de atribuir números a
propriedades, objetos, acontecimento, materiais, de forma a proporcionar informações
úteis. De maneira diversa, a pesquisa qualitativa é caracterizada pelos seus atributos
e relaciona aspectos não apenas mensuráveis, mas também definidos
descritivamente. Neste sentido, o presente trabalho é de caráter quantitativo e
qualitativo, visto que serão dimensionadas soluções de fundações profundas em
estacas do tipo Franki, Hélice Contínua e Strauss para o caso em estudo, com o
objetivo de obtenção de resultados para o comparativo técnico e econômico entre as
alternativas adotadas.
Em relação aos procedimentos técnicos adotados, baseando-se na
delimitação do tema e na definição dos objetivos do presente trabalho, optou-se pela
utilização da pesquisa bibliográfica e de estudo de caso que, por sua vez, segundo Gil
(2002), consiste em um estudo profundo e exaustivo de um ou poucos objetos,
permitindo seu amplo e detalhado conhecimento.
Ainda em relação aos objetivos deste trabalho, podemos classifica-lo como
uma pesquisa exploratória, que segundo Gil (2002), tem como objetivo proporcionar
maior familiaridade com o problema, buscando torná-lo mais explícito, tendo como
objetivos principais o aprimoramento de ideias ou a descoberta de intuições – visto
que, com este projeto, pretende-se dimensionar e comparar soluções de fundações
profundas em estacas do tipo Franki, Hélice Contínua e Strauss para o caso em
estudo.
3.1 ETAPAS DO TRABALHO
Para se atingir o objetivo proposto, a primeira etapa deste trabalho
comtemplou a realização de grande revisão bibliográfica sobre solos, sondagens e
fundações profundas. Isso foi realizado através de consulta a livros, artigos, normas,
pesquisa em sites, portais da Internet e outros. A pesquisa deu ênfase às estacas do
51
tipo Franki, Hélice Contínua e Strauss, visto que, na cidade de Pato Branco-PR,
verificou-se, através de conversas com empresas do ramo de fundações e
profissionais da área que, muitas são as edificações que se utilizaram de estacas
Franki e Strauss em suas fundações, porém, algumas poucas se utilizam de estacas
do tipo Hélice Contínua, o que fomentou o comparativo entre esses tipos de estaca.
Na segunda etapa, realizou-se a análise e levantamento de dados a partir do
laudo de sondagem do terreno de implantação do edifício em estudo, onde foram
obtidas informações necessárias ao projeto de fundações como, níveis d’água, tipos
de solo e profundidade dos furos.
A partir dos dados levantados no laudo de sondagem, a terceira etapa desse
trabalho contemplou o dimensionamento geométrico de estacas do tipo Franki, Hélice
Contínua e Strauss, para o edifício em estudo, utilizando-se do método proposto por
Aoki e Velloso para a determinação da capacidade de carga axial de estacas a partir
de ensaios in situ (CPT e SPT). Para se obter melhores resultados no estaqueamento,
optou-se em dimensionar as estacas, adotando-se três diâmetros comerciais para
cada uma das alternativas.
De posse da capacidade de carga axial das estacas, a quarta etapa desse
trabalho realizou o dimensionamento estrutural dos blocos sobre estacas através do
software de cálculo estrutural Eberick V96, onde foram geradas as plantas de locação
dos blocos e os quantitativos de materiais. Através do programa, realizou-se o
cadastramento das estacas dimensionadas e determinou-se condições para a
realização do estaqueamento como, distribuição de estacas buscando blocos de
menor área, espaçamento entre estacas, cobrimento mínimo dos blocos e altura
mínima dos blocos.
De posse das plantas de locação e dos quantitativos dos materiais, a quinta
etapa desse trabalho contemplou o orçamento das soluções apresentadas. O
orçamento, referente às estacas, utilizou-se de composições geradas através do
Gerador de Preços da CYPE. Quanto ao orçamento dos blocos, esse utilizou-se de
composições obtidas através da Paraná Edificações. Os custos referentes a execução
das estacas e a mobilização dos equipamentos necessários, foram levantados junto
6 Software produzido por S3ENG Tecnologia Aplicada à Engenharia S/A, Licença 77076-8 de propriedade de Jairo Trombetta.
52
as empresas Fungeo Fundações e Geologia, localizada na cidade de Cascavel-PR e
Completa Projetos e Serviços, localizada na cidade de Pato Branco-PR. Os custos
dos materiais e mão-de-obra necessários foram levantados a partir do Sistema
Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil (SINAPI).
Por fim, na sexta etapa, foi realizado o comparativo técnico e econômico entre
as soluções apresentadas, onde se definiu qual a melhor opção para o caso em
estudo.
Para facilitar o entendimento das etapas que serão desenvolvidas no presente
trabalho, apresenta-se um fluxograma (Figura 9) que mostra o caminho seguido até a
obtenção dos objetivos:
Figura 9 – Fluxograma das etapas da pesquisa Fonte: O autor (2016).
53
4 ESTUDO DE CASO
4.1 DESCRIÇÃO DO EDIFÍCIO
O edifício (Figura 10) em estudo possui 2074,55 m² de área construída, sendo
o mesmo concebido para fins residenciais (5 pavimentos), e comerciais (pavimento
térreo mais mezanino). O mesmo situa-se na rua Tocantins, lote 11, quadra 770,
bairro Vila Isabel na cidade de Pato Branco-PR, em fase de execução.
As construções vizinhas ao edifício tratam-se, de edificações térreas recentes,
tanto residenciais, quanto comerciais (Figura 11).
Figura 10 – Edifício Aliane Tonial Fonte: Tonial e Knopf (2016).
54
Figura 11 – Construções vizinhas ao edifício em execução Fonte: O autor (2016).
4.2 ANÁLISE DE LAUDO DE SONDAGEM
É requisito prévio para o projeto de fundações a realização de investigações
geotécnicas preliminares, constituída, no mínimo, de sondagens a percussão. Tais
investigações foram realizadas, no terreno de implantação do caso em estudo, por
empresa especializada. Os procedimentos de ensaio realizados, bem como a validade
dos dados obtidos, foram verificados através da análise do relatório de sondagem
(Anexo A).
Verificou-se, através dos perfis individuais dos furos (Anexo B), a
predominância de argila pouco siltosa em todas as camadas ensaiadas, classificadas
de acordo com a tabela de compacidade e consistência (Anexo C).
A partir da análise da locação dos furos (Anexo D), e do perfil de sondagem
(Anexo E), verificou-se grande variação da profundidade dos furos na região de
implantação da obra.
55
4.3 DIMENSIONAMENTO DAS ETACAS
4.3.1 Diâmetros Adotados
Para se ter maior flexibilidade no estaqueamento do projeto, optou-se em
dimensionar, para cada alternativa, estacas com três bitolas diferentes. Buscou-se
trabalhar com bitolas de maior uso comercial. As estacas foram dimensionadas de
acordo com as bitolas apresentadas na Tabela 25:
Tabela 25 – Diâmetros utilizados para o dimensionamento
Tipo de Estaca Diâmetros Utilizados (cm)
Franki 45 52 60 Hélice Contínua 40 50 60
Strauss 32 38 45
Fonte: O autor (2016).
4.3.2 Capacidade de Carga Axial
De posse dos dados levantados a partir da análise do laudo de sondagem,
deu-se início a determinação da capacidade de carga axial das estacas através do
método proposto por Aoki e Velloso. Porém, devido à grande variação da
profundidade dos furos, não se pode determinar uma única cota de assentamento
para o dimensionamento de todas as estacas. Logo, optou-se em dimensionar as
estacas utilizando-se, como cota de assentamento, a cota da última camada de ensaio
de cada um dos furos (SP1 à SP5), escolhendo-se ao final as que apresentaram
menor capacidade de carga, buscando a pior situação de projeto.
Conforme proposto pelo método de Aoki e Velloso, realizou-se os cálculos das
resistências laterais e de ponta das estacas camada por camada, até se atingir a cota
de assentamento desejada, definida anteriormente como a cota da última camada
ensaiada de cada furo (Anexo B).
Deu-se início ao dimensionamento a partir do furo SP1, utilizando estaca tipo
Franki de 45 cm de diâmetro.
De acordo com o Anexo B, para a primeira camada de SP1 observou-se:
56
𝐿 = 1,00 𝑚
𝑆𝑃𝑇 = 3
Observou-se também que, a cota da última camada de ensaio de SP1 era
igual a 11 metros, sendo adotado este valor para a cota de assentamento da estaca.
Visto que, o mesmo tipo de solo é encontrado em todos os furos (anexo B),
extraímos os coeficientes K e α apresentados na Tabela 7. Para argila siltosa temos:
𝐾 = 220 𝑘𝑃𝑎
α = 0,04
Com o diâmetro da estaca definido, obtivemos:
𝐴 = 0,1590 𝑚²
𝑈𝑙 = 1,41 𝑚
Optou-se em utilizar base alargada de tamanho normal para as estacas
Franki. De acordo com a Tabela 3:
𝑉𝑏 = 360 𝑙
Para se calcular a resistência de ponta das estacas Franki, utiliza-se a área
da projeção da esfera que depende do volume de sua base. Para uma base de 360 l,
obteve-se:
𝐴𝑝 = 0,6118 𝑚²
Em seguida, obteve-se os valores dos coeficientes F1 e F2, relacionados ao
tipo de estaca, apresentados na Tabela 6:
57
𝐹1 = 2,5
𝐹2 = 5,0
De pose dos dados, através da equação (8), determinamos qc:
𝑞𝑐 = 𝐾×(𝑆𝑃𝑇) (8)
𝑞𝑐 = 220×(3)
𝑞𝑐 = 660 𝑘𝑃𝑎
Em seguida, determinou-se as resistências unitárias lateral e de ponta através
das equações (5) e (6):
𝑟𝑙 = (𝑞𝑐×α)
𝐹2
(5)
𝑟𝑙 = (660×0,04)
5
𝑟𝑙 = 5,28 𝑘𝑃𝑎
𝑟𝑝 = 𝑞𝑐
𝐹1
(6)
𝑟𝑝 = 660
2,5
𝑟𝑝 = 264 𝑘𝑃𝑎
Obteve-se, através das equações (3) e (4), as resistências lateral e de ponta
da camada em análise:
58
𝑅𝑙 = 𝑟𝑙×𝑈𝑙×𝐿 (3)
𝑅𝑙 = 5,28×1,41×1,00
𝑅𝑙 = 7,46 𝑘𝑁
𝑅𝑝 = 𝑟𝑝×𝐴𝑝 (4)
𝑅𝑝 = 264×0,6118
𝑅𝑝 = 161,52 𝑘𝑁
Por fim, determinou-se as resistências total e admissíveis da estaca, através
das equações (2) e (9):
𝑅𝑡 = 𝑅𝑝 + 𝑅𝑙 (2)
𝑅𝑡 = 161,52 + 7,46
𝑅𝑡 = 168,98 𝑘𝑁
𝑅𝑎𝑑𝑚 = 𝑅𝑡
2,0
(9)
𝑅𝑎𝑑𝑚 = 168,98
2,0
𝑅𝑎𝑑𝑚 = 84,49 𝑘𝑁
O procedimento anterior se repetiu para todas as camadas do furo SP1 até se
atingir a cota de assentamento de 11 m, sendo as resistências laterais acumuladas
59
conforme a equação (7). A Tabela 26 mostra os resultados obtidos em cada camada,
Diferente das soluções anteriores, o estaqueamento utilizando estacas do tipo
Strauss apresentou problemas consideráveis.
As estacas apresentaram baixa capacidade de carga, em relação as outras
soluções adotadas (Tabela 28), devido:
Ao tipo de solo que, através de suas características, resultou em menores
capacidades de carga para todas as soluções adotadas, fator esse
considerado no método de cálculo através dos coeficientes K e α (Tabela
7), e dos valores de SPT;
As características do processo construtivo da própria estaca que, por se
tratar de uma estaca do tipo escavada, não promove melhorias
significativas no solo (diferente das demais soluções adotadas), fator este
considerado no método de cálculo através dos coeficientes F1 e F2
(Tabela 6);
Aos diâmetros comerciais adotados, visto que as outras soluções
trabalham com diâmetros de maior grandeza (Tabela 25).
A menor capacidade de carga resultou em um grande número de estacas para
se atender as necessidades do edifício em estudo, conforme Tabela 35:
Tabela 35 – Quantidade total de estacas
Franki Hélice Contínua Strauss
52 68 138
Fonte: O autor (2016).
A grande quantidade de estacas Strauss resultou em blocos de maiores
dimensões. Se comparados aos obtidos nas soluções anteriores, os blocos sobre
estacas Strauss apresentaram dimensões muito superiores, o que acabou gerando
sobreposições de blocos (Figura 7).
68
Figura 12 – Sobreposição de blocos sobre estacas Strauss. Fonte: O autor (2016).
Outra consequência das grandes dimensões dos blocos, foi a grande
quantidade de materiais necessários para a execução dos mesmos, valores muito
superiores às soluções anteriores, conforme a Tabela 36:
Tabela 36 – Quantitativo total de materiais para execução dos blocos
Materiais Unidade Franki Hélice Contínua Strauss
Aço CA-50 kg 2068,7 2976,4 3085,2 Aço CA-60 kg 194,1 270,7 791,6 Área de Formas m² 163,7 256,5 359,9 Volume de Concreto m³ 32,9 68,4 168,8
Fonte: O autor (2016).
Em consequência da menor capacidade de carga das estacas, o bloco B30
apresentou tensão nas bielas maior do que a admissível, uma vez que o mesmo
atingiu o limite, imposto pela versão do software, de 10 estacas por bloco, as quais
não foram suficientes para o correto dimensionamento, não sendo o bloco
representado em planta (Apêndice E).
69
Com base nos problemas observados, considerou-se, desde já a inviabilidade
da aplicação deste tipo de estaca, uma vez que, para o caso em estudo, a mesma não
apresenta viabilidade técnica, devido as sobreposições e aos blocos não
dimensionados, e viabilidade econômica, devido ao grande número de estacas e ao
grande volume de materiais necessários para a execução dos blocos.
Em vista disto, desta etapa de estudo em diante, somente serão abordados
os tipos de estaca Franki e Hélice Contínua.
4.5 ORÇAMENTO
Para o presente trabalho, os preços unitários de cada insumo foram
levantados a partir do SINAPI, onde foi selecionada a região da cidade de Curitiba,
sendo estes compatíveis com os valores praticados no mercado da região de Pato
Branco-PR.
Os custos unitários levantados são apresentados nas tabelas abaixo:
Tabela 37 – Materiais
Materiais para a execução de estacas e blocos Und. Preço (R$)
Aço CA-50 10,0 mm kg 3,20 Aço CA-50 20,0 mm kg 2,85 Aço CA-60 5,0 mm kg 3,18 Arame recozido 18 BWG kg 7,70 Areia média sem frete m³ 56,00 Brita n° 1 sem frete m³ 42,00 Cimento Portland composto CP-II 32 kg 0,48 Concreto usinado bombeável C20 com brita n° 0 m³ 318,75 Espaçador de armaduras plástico und 0,12 Peça de madeira nativa regional (1x4”) n/ aparelhada m 1,37 Prego 18 x 27 kg 7,25 Tábua de madeira de 2ª (1x12”) n/ aparelhada m 8,07
Fonte: SINAPI (2016).
Tabela 38 – Mão-de-obra com encargos
Função Und. Preço (R$)
Ajudante de armador h 11,85 Ajudante de carpinteiro h 11,85 Ajudante oficial de concretagem h 11,85 Armador h 15,77 Carpinteiro h 15,77 Oficial de concretagem h 15,77 Operador de máquinas e equipamentos h 11,85 Pedreiro h 15,77 Servente h 11,18
Fonte: SINAPI (2016).
70
Tabela 39 – Equipamentos
Equipamentos Und. Preço (R$)
Betoneira 600l h 1,24 Caminhão basculante carga 12 t h 126,86 Caminhão bomba estacionado na obra h 384,47 Vibrador de imersão h 1,08
Fonte: SINAPI (2016).
Tabela 40 – Execução de estacas Franki
Execução e mobilização de equipamento Und. Preço (R$)
Execução estaca Franki Ø = 45 m 80,00 Execução estaca Franki Ø = 52 m 90,00 Execução estaca Franki Ø = 60 m 100,00 Mobilização gb 5.000,00
Fonte: Completa, Serviços e Projetos LTDA, Pato Branco-PR (2016).
Tabela 41 – Execução de estacas Hélice Contínua
Execução e mobilização de equipamento Und. Preço (R$)
Execução estaca hélice cont. Ø = 60 cm m 1,005 55,00 55,28
Caminhão bomba estacionado na obra h 0,012 384,47 4,61
Armador h 0,086 15,77 1,36
Ajudante de armador h 0,123 11,85 1,46
Oficial de trabalhos de concretagem h 0,465 15,77 7,33
Ajudante de trabalhos de concretagem h 0,465 11,85 5,51
Total 209,59
Fonte: O autor (2016).
74
Tabela 54 – Transporte de solo caminhão basculante – unidade: m³
Insumos
Und.
Coef.
Preço Material
(R$)
Preço Mão de Obra
(R$)
Preço Total (R$)
Caminhão basculante carga 12 t h 0,096 126,86 12,18
Total 12,18
Fonte: O autor (2016).
De posse do preço unitário de cada composição, deu-se início ao orçamento
das soluções apresentadas.
4.6.1 Estacas Franki
A partir do quantitativo de materiais necessários para a execução dos blocos
(Apêndice B), e do número total de estacas Franki e seus respectivos diâmetros
(Apêndice A), obteve-se os valores apresentados na Tabela 55, considerando estacas
de 11 m de comprimento:
Tabela 55 – Orçamento estacas Franki
Serviço Und. Quant. Preço (R$)
Total (R$)
Execução estaca Franki Ø = 45 cm m 396,00 173,68 68.777,28 Execução estaca Franki Ø = 52 cm m 99,00 212,90 21.077,10 Execução estaca Franki Ø = 60 cm m 77,00 257,75 19.846,75 Escavação de vala para blocos m³ 32,90 53,66 1.765,41 Armadura CA-50, 6.3 mm à 12.5 mm para blocos kg 1242,70 6,52 8.102,40 Armadura CA-50, 16 mm à 25 mm para blocos kg 826,00 5,30 4.377,80 Armadura de aço CA-60 para blocos kg 194,10 6,42 1.246,12 Fôrmas de tábua para blocos m² 163,70 58,38 9.556,81 Concreto C20 rodado em obra para blocos m³ 32,90 298,75 9.828,88 Aplicação de concreto em fundações m³ 32,90 89,74 2.952,45
Mobilização de equipamento gb 1,00 5.000,00 5.000,00 Total 152.531,00 R$
Fonte: O autor (2016).
4.6.2 Estaca Hélice Contínua
A partir do quantitativo de materiais para a execução dos blocos (Apêndice
D), e do número total de estacas tipo Hélice Contínua e seus respectivos diâmetros
(Apêndice C), obteve-se os valores apresentados na Tabela 56, considerando estacas
de 11 m de comprimento:
75
Tabela 56 – Orçamento estacas Hélice Contínua
Serviço Und. Quant. Preço (R$)
Total (R$)
Estaca Hélice Contínua, diâmetro 50 cm m 308,00 158,06 48.682,48 Estaca Hélice Contínua, diâmetro 60 cm m 440,00 209,59 92.219,6 Transporte de solo caminhão basculante10 m³ 258,83 12,18 3.152,57 Escavação de vala para blocos m³ 68,40 53,66 3.670,34 Armadura CA-50, 6.3 mm à 12.5 mm para blocos kg 1337,70 6,52 8.721,80 Armadura CA-50, 16 mm à 25 mm para blocos kg 1638,70 5,30 8.685,11 Armadura de aço CA-60 para blocos kg 270,70 6,42 1.737,89 Fôrmas de tábua para blocos m² 256,50 58,38 14.974,47 Concreto C20 rodado em obra para blocos m³ 68,40 298,75 20.434,50 Aplicação de concreto em fundações m³ 68,40 89,74 6.138,22
Mobilização e desmobilização do equipamento gb 1,00 13.000,00 13.000,00 Total 221.095,58 R$
Fonte: O autor (2016).
10 Para o cálculo do volume de solo foi considerado uma taxa de empolamento de 40%.
76
5 ANÁLISE DE RESULTADOS E CONCLUSÃO
5.1 COMPARATIVO
As soluções finais apresentaram diferentes características, através dos
resultados expostos acima.
A primeira característica observada, diz respeito aos custos finais para a
execução de cada uma das soluções, apresentados na Tabela 57. Nela, estão
discriminados os valores referentes ao custo total das estacas, blocos e mobilização.
O tempo de execução para das estacas de cada uma das soluções é
apresentado na Tabela 58:
Tabela 58 – Tempo para execução das estacas
Estaca Produtividade (m/dia) Quantidade (m) Total (dias)
Franki 50 572 12 Hélice Contínua 150 748 5
Fonte: O autor (2016).
11 Valor médio repassado por empresa (Fungeo, Fundações e Geologia).
152,531.00
109,701.13
37,829.87
5,000.00
221,095.58
144,054.65
64,040.93
13,000.00
Total Estacas Blocos Mobilização
Franki Hélice Contínua
78
Em relação ao tempo para a execução dos blocos, foi considerada a seguinte
equipe de trabalho:
4 serventes para a escavação;
2 carpinteiros e 2 ajudantes para a execução das fôrmas;
2 armadores e 2 ajudantes para a execução das armaduras;
2 pedreiros e 2 serventes para a execução do concreto e lançamento.
Com a equipe acima, foram montados os cronogramas apresentados nas
Figuras 14 e 15, desconsiderando os finais de semana.
Figura 14 – Cronograma blocos sobre estacas Franki Fonte: O autor (2016).
Figura 15 – Cronograma blocos sobre estacas Hélice Contínua Fonte: O autor (2016).
De posse do tempo de execução das estacas e, do cronograma dos blocos,
obteve-se o tempo necessário para a execução de cada umas das soluções:
Estacas Franki e blocos = 29 dias;
Estacas hélice e blocos = 34 dias.
Observa-se, de acordo com os dados acima, que mesmo as estacas do tipo
Hélice Contínua apresentando alta produtividade, em relação as estacas tipo Franki,
a diferença de cronograma entre as duas soluções foi muito pequena. Isso se deve
ao fato dos blocos sobre estacas Hélice Contínua terem apresentado dimensões
superiores aos blocos sobre estacas Franki (função do número de estacas), o que
aumentou muito o tempo de execução dos mesmos.
79
A terceira característica observada, diz respeito ao processo executivo de cada
uma das soluções.
As estacas tipo Franki produzem vibrações excessivas devido as
características de seu processo construtivo. Em contrapartida, as estacas do tipo
Hélice Contínua são executadas sem produzir vibrações.
Visto que, o edifício em estudo está cercado por obras térreas, ambas as
soluções podem ser empregadas, não sendo as vibrações geradas pelo processo
construtivo das estacas Franki um impedimento.
Por fim, a última característica observada, diz respeito a disponibilidade e
mobilização dos equipamentos para e execução das estacas.
Para a mobilização do equipamento necessário para executar as estacas
Franki, seriam gastos R$ 5.000,00 (cinco mil reais), pois, este equipamento encontra-
se na cidade de Pato Branco-PR. Em contrapartida, para a mobilização do
equipamento necessário para a execução de estacas Hélice Contínua, seriam gastos
R$ 13.000,00 (treze mil reais), pois, o equipamento encontra-se na cidade de
Cascavel – PR.
Analisando os resultados apresentados por ambas as soluções, observa-se
que, para o caso em estudo, a solução mais viável técnica e economicamente, é o
uso de estacas tipo Franki, pois:
Menor número de estacas (função de sua capacidade de carga);
Blocos de menores dimensões (função do menor número de estacas);
Menor tempo de execução (devido a dimensão dos blocos);
Disponibilidade de equipamento na cidade de Pato Branco-PR.
5.2 CONCLUSÃO E CONSIDERAÇÕES FINAIS
Fundações são elementos estruturais responsáveis pela transmissão dos
esforços da superestrutura ao solo, sendo esse, material de origem natural, de alta
heterogeneidade e complexa análise. Perante condições de implantação cada vez
mais complexas, nos mais diversos tipos de terreno, a engenharia de fundações
passou a exercer um papel cada vez mais importante, pois, as soluções de fundação,
muitas vezes, definem a viabilidade de um empreendimento. Na cidade de Pato
80
Branco-PR, no que diz respeito a fundações profundas, muitos são os edifícios que
se utilizam de fundações em estaca tipo Franki e Strauss, enquanto, alguns poucos
se utilizam de fundações em estacas do tipo Hélice Contínua. O objetivo deste
trabalho foi dimensionar e comparar fundações em estacas do tipo Franki, Hélice
Contínua e Strauss, buscando encontrar ao final, a solução mais viável técnica e
economicamente para o caso em estudo.
O trabalho realizou revisão bibliográfica sobre fundações, solos e sondagens,
onde foi possível conhecer o material solo e sua influência nas estruturas de
fundações, métodos de sondagens para o reconhecimento do solo, os processos
executivos e as características das estacas tipo Franki, Hélice Contínua e Strauss, os
métodos de cálculo da capacidade de carga de estacas e toda a normativa envolvida
para a concepção de projetos de fundações.
A análise e interpretação do laudo de sondagens foi realizada com êxito,
levantando dados de grande importância ao projeto de fundações como níveis d’água,
tipos de solo, NSPT das camadas. A correta análise se deu devido ao conhecimento
adquirido através da revisão bibliográfica.
O dimensionamento geométrico das estacas tipo Franki, Hélice Contínua e
Strauss foi realizado sem grandes dificuldades, uma vez que os dados necessários
para se utilizar o método proposto por Aoki e Velloso, foram levantados a partir da
análise do laudo de sondagens. A única dificuldade encontrada nesta etapa, foi a falta
de critério específico para a determinação da cota de assentamento de estacas na
bibliografia, quando se utiliza mais de um único furo de sondagem, sendo então
dimensionadas as estacas para todos os furos (SP1 à SP5), até a cota da última
camada de ensaio de cada um, adotando ao final as estacas com menor capacidade
de carga axial, buscando a pior situação de projeto.
O dimensionamento dos blocos via software ocorreu sem nenhum problema,
atendendo as recomendações da bibliografia, bem como da normativa vigente, sendo
todo o aporte necessário para o compreensão e domínio do software fornecidos pelo
engenheiro civil Jairo Trombetta.
O orçamento das soluções, ocorreu utilizando-se de composições obtidas
através da Paraná Edificações e do Gerador de Preços CYPE, buscando se aproximar
ao máximo dos valores praticados no mercado. Porém, sabe-se que, empresas
81
possuem suas próprias equipes e por consequência, suas próprias composições.
Encontrou-se grande dificuldade nesta etapa devido a ausência de composições de
estacas do tipo Hélice Contínua na bibliografia.
Por fim, realizou-se o comparativo técnico e econômico entra as soluções,
onde foi considerado o custo de cada uma das alternativas, o tempo de execução, as
vibrações produzidas durante a execução e a disponibilidade e mobilização de
equipamentos.
Os resultados mostraram que, para o edifício em estudo, as estacas tipo Franki
são a solução mais viável pois, apresentou menor número de estacas, blocos de
menores dimensões, menor cronograma executivo, e menor gasto com mobilização
de equipamentos, atingido assim o objetivo estabelecido pelo presente trabalho.
82
6 REFERÊNCIAS
ALONSO, Rodriguez Urbano. Exercícios de fundações. 2. ed. São Paulo: Edgard Blücher Ltda, 2010. ALTOQI. Sobre o Altoqi Eberick V9. Disponível em: <http://www.altoqi.com.br/software/projeto-estrutural/eberick-v9>. Acesso em: 15 de out. 2016. ABNT. NBR 6118 – Projeto de estruturas de concreto- Procedimento. Rio de Janeiro, 2014. ABNT. NBR 6122 – Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2010. ABNT. NBR 6484 – Solo- Sondagens de simples reconhecimento com SPT- Método de ensaio. Rio de Janeiro, 2001. ABNT. NBR 8036 – Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios. Rio de Janeiro, 1983. AZEREDO, Hélio Alves de. O edifício até sua cobertura: Prática da construção civil. 2. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 1977. CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos solos e suas aplicações: fundamentos. V.1. 6. ed. rev. e ampl. Rio de Janeiro: LTC, 1988. CYPE. O que é o gerador de preços. Disponível em: <http://geradordeprecos.cype.pt/#que_e>. Acesso em: 18 de out. 2016a. CYPE. Programas. Disponível em: <http://programas.cype.pt/>. Acesso em: 18 de out. 2016b. FACHIN, Odília. Fundamentos da metodologia. 3. ed. São Paulo: Saraiva, 2001. FUNGEO, FUNDAÇÕES E GEOLOGIA. Serviços: Sondagem SPT e a trado. Disponível em: <http://www.fungeo.com.br/wp-content/uploads/2014/04/sondagemspteatrado.jpg>. Acesso em: 10 de out. 2016. GEOSERVICE, GEOTECNIA E FUNDAÇÕES LTDA – MEKSOL. Serviços: Estaca Hélice Contínua monitorada. Disponível em: <http://www.meksol.com.br/servicos/>. Acesso em: 10 de out. 2016. GERADOR DE PREÇOS. Gerador de preços: Brasil. Disponível em: <http://www.brasil.geradordeprecos.info/>. Acesso em: 18 de out. 2016. GIL, Antonio C. Como elaborar projetos de pesquisa. 4. ed. São Paulo: Atlas, 2002.
83
HACHICH, Waldemar (ed.) et al. Fundações: teoria e prática. 2. ed. São Paulo: Pini, 1998. JOPPERT JUNIOR, Ivan. Fundações e contenções de edifícios: qualidade total na gestão do projeto e execução. São Paulo: PINI Ltda, 2007.
MILITITSKY, Jarbas; CONSOLI, Nilo Cesar; SCHNAID, Fernando. Patologia das fundações. 1o Ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2008. OLIVEIRA FILHO, Ubirajara Marques. Fundações profundas: estudos. 2. ed. rev. e ampl. Porto Alegre: D. C. Luzzatto Ed., 1985. PARANÁ EDIFICAÇÕES. Apresentação. Disponível em: <http://www.paranaedificacoes.com.pr.gov.br/modules/conteudo/conteudo.php?conteudo=1>. Acesso em: 20 de out. 2016. PARANÁ EDIFICAÇÕES. Composições de serviços de edificações com desoneração. 2015. Disponível em: <http://www.paranaedificacoes.com.pr.gov.br/modules/conteudo/conteudo.php?conteudo=6>. Acesso em: 20 de out. 2016. SCHNAID, Fernando. Ensaios de campo e suas aplicações à engenharia de fundações. São Paulo: Oficina de Textos, 2000. SINAPI. SINAPI-SIPCI Sistema de preços, custos e índices. Disponível em: <https://www.sipci.caixa.gov.br/SIPCI/servlet/TopController>. Acesso em: 19 de out. 2016. SOUZA, Karine Cunha de. Configurando estacas no Eberick. 2013. Disponível em: <http://faq.altoqi.com.br/content/232/257/pt-br/configurando-estacas-no-eberick.html>. Acesso em: 15 de out. 2016. TCPO. TCPO 12: Tabela de composições de preços para orçamentos. 12. ed. São Paulo: Pini, 2003. TONIAL E KNOPF. Tonial e Knopf Imóveis e Construtora. Disponível em: <http://alianetonial.com.br/imoveis-venda/37-apto-na-planta>. Acesso em: 12 de out. 2016. VELLOSO, Dirceu de Alencar; LOPES, Francisco de Rezende. Fundações: critérios de projeto: investigação de subsolo: fundações superficiais. V.1. Nova Ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2004. VELLOSO, Dirceu de Alencar; LOPES, Francisco de Rezende. Fundações: fundações profundas. V.2. Nova Ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2010. .
84
7 APÊNDICES
APÊNDICE A – Locação dos Blocos Estaca Franki
85
86
87
88
89
APÊNDICE B – Quantitativo Blocos Estaca Franki
Aço Diâmetro (mm) Comp. total (m) Peso + 10%
CA – 50 6.3 78.3 21.0
8.0 32.6 14.2
10.0 399.4 270.9
12.5 883.9 936.6
16.0 261.0 453.2
20.0 137.4 372.8
CA – 60 5.0 1096.8 185.9
6.0 33.6 8.2
Peso total (kg) Vol. concreto total (m³) Área de forma total (m²)
CA – 50 2068.7 C20 32.9 163.71
CA – 60 194.1
90
APÊNDICE C – Locação dos Blocos Estaca Hélice Contínua
91
92
93
94
95
APÊNDICE D – Quantitativo Blocos Estaca Hélice Contínua
Aço Diâmetro (mm) Comp. total (m) Peso + 10%
CA – 50 6.3 351.7 94.7
8.0 431.6 187.3
10.0 818.5 555.1
12.5 472.4 500.6
16.0 740.1 1284.9
20.0 130.4 353.8
CA – 60 5.0 1537.8 260.7
6.0 40.8 10.0
Peso total (kg) Vol. concreto total (m³) Área de forma total (m²)
CA – 50 2976.4 C20 68.4 255.88
CA – 60 270.7
96
APÊNDICE E – Locação dos Blocos Estaca Strauss
97
98
99
100
101
102
APÊNDICE F – Quantitativo Blocos Estaca Strauss
Aço Diâmetro (mm) Comp. total (m) Peso + 10%
CA – 50 6.3 892.6 240.2
8.0 173.7 75.4
10.0 432.3 293.2
12.5 817.9 866.7
16.0 705.0 1224.1
20.0 142.1 385.6
CA – 60 5.0 4629.5 784.9
6.0 27.6 6.7
Peso total (kg) Vol. concreto total (m³) Área de forma total (m²)
CA – 50 3085.2 C20 168.8 359.94
CA – 60 791.6
103
8 ANEXOS
ANEXO A – Relatório de Sondagem
104
105
ANEXO B – Perfis Individuais dos Furos
106
107
108
109
110
ANEXO C – Tabela dos Estados de Compacidade e Consistência