PATOLOGIA EM ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA

UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ

Fábio Luís Heiss

MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTACAS

DO TIPO HÉLICE CONTÍNUA

Curitiba - PR

2008



UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ

Fábio Luís Heiss



Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado ao

Curso de Pós-Graduação em Patologia nas Obras

Civis da Universidade Tuiuti do Paraná, como

requisito para obtenção do título de Especialista

em Patologias das Obras Civis.

Professor Orientador: Luis César De Luca, M.Sc.

Curitiba - PR

2008

UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ Fábio Luís Heiss



Este trabalho foi julgado e aprovado para a obtenção do título de Especialista em

Patologias nas Obras Civis do Curso de Pós-Graduação em Patologias nas Obras

Civis da Universidade Tuiuti do Paraná.

Curitiba, 13 de Agosto de 2008.

Programa de Pós-Graduação Lato-Sensu Patologias nas Obras Civis Universidade Tuiuti do Paraná

Luis César De Luca, M.Sc. Universidade Tuiuti do Paraná

César Henrique Daher, Esp. Universidade Tuiuti do Paraná

Thomas Carmona, M.Sc. Universidade Tuiuti do Paraná

Armando Edson Garcia, Dr. Universidade Tuiuti do Paraná

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................ 6

LISTA DE TABELAS ................................................................................................ 10

LISTA DE SÍMBOLOS .............................................................................................. 11

RESUMO ............................................................................................................... 12

1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 13

1.1JUSTIFICATIVA .................................................................................................. 13

1.2 PROBLEMA DE PESQUISA .............................................................................. 14

1.3 OBJETIVOS ....................................................................................................... 14

1.3.1 Objetivo Geral ................................................................................................. 14

1.3.2 Objetivos Específicos ...................................................................................... 15

1.4 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ........................................................... 15

1.5 APRESENTAÇÃO DO TRABALHO ................................................................... 15

2 ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA ........................................................................... 17

2.1 DEFINIÇÃO ........................................................................................................ 17

2.2 HISTÓRICO ....................................................................................................... 17

2.3 EQUIPAMENTOS E APLICAÇÕES ................................................................... 18

2.4 METODOLOGIA EXECUTIVA ........................................................................... 23

2.4.1 Perfuração ....................................................................................................... 24

2.4.2 Concretagem ................................................................................................... 24

2.4.3 Colocação da armação .................................................................................... 25

2.4.4 Preparo da cabeça da estaca .......................................................................... 29

2.5 VANTAGENS E DESVANTAGENS ................................................................... 32

2.5.1 Adequação ...................................................................................................... 32

2.5.2 Segurança ....................................................................................................... 32

2.5.3 Velocidade ....................................................................................................... 33

2.5.4 Economia ........................................................................................................ 33

2.6 CAPACIDADE DE CARGA ................................................................................ 34

2.6.1 Métodos de cálculo para capacidade de cálculo ............................................. 36

2.6.1.1 Método Décourt-Quaresma ......................................................................... 36

2.6.1.2 Método Antunes e Cabral ............................................................................ 39

2.6.1.3 Método de Alonso ....................................................................................... 39

3 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA .......... 42

3.1 PATOLOGIAS DO CONCRETO ........................................................................ 42

3.2 EXCENTRICIDADE ............................................................................................ 48

3.3 PRUMO DA ESTACA HÉLICE CONTÍNUA ....................................................... 49

3.4 SECCIONAMENTO DO FUSTE ......................................................................... 49

3.5 ARMADURA ....................................................................................................... 52

4 ENSAIOS PARA O CONTROLE DE QUALIDADE .............................................. 57

4.1 EXAME DE INTEGRIDADE ............................................................................... 57

4.1.1 Exame de fuste ............................................................................................... 57

4.1.2 Sondagem rotativa .......................................................................................... 58

4.1.3 Ensaio de PIT (Pile Integrity Tester) ............................................................... 59

4.1.4 Prova de Carga Estática .................................................................................. 62

4.1.5 Prova de carga à tração .................................................................................. 65

4.1.6 Prova de carga à compressão ......................................................................... 66

4.1.7 Prova de carga transversal ............................................................................. 67

4.1.8 Ensaio dinâmico ou prova de carga dinâmica ................................................. 67

4.1.9 ENSAIO “CROSS-HOLE” - TOMOGRAFIA DE ESTACAS ..................................... 71

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES PARA FUTUROS TRABALHOS ........................................................................................................ 74

5.1 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................... 74

5.2 RECOMENDAÇÕES PARA FUTUROS TRABALHOS ...................................... 75

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 76

7 REFERÊNCIAS CONSULTADAS ........................................................................ 78

6

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 – EQUIPAMENTO DE HÉLICE CONTINUA MONITORADA. ................ 18

FIGURA 2 – MICRO COMPUTADOR DE BORDO .................................................. 19

FIGURA 3 – GRÁFICA DE CONTROLE DE CADA ESTACA .................................. 20

FIGURA 4 – APLICAÇÃO DE ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA COMO CONTENÇÃO

COM TIRANTES ................................................................................. 21


SEM TIRANTES .................................................................................. 21

FIGURA 6 – PROJETO EM PLANTA DA ESTACA SECANTE ................................ 22

FIGURA 7 – FASES DA EXECUÇÃO DA ESTACA HÉLICE CONTÍNUA ............... 23

FIGURA 8 – COLCAÇÃO DE ARMADURA MANUALMENTE COM AÇÃO DA

GRAVIDADE ....................................................................................... 26

FIGURA 9 – INTRODUÇÃO DE ARMADURA COM PILÃO ..................................... 28

FIGURA 10 – DETALHES DA ARMADURA ............................................................. 29

FIGURA 11 – FALTA DE LIMPEZA NA CABEÇA DA ESTACA ............................... 30

FIGURA 12 – CABEÇA DA ESTACA PREPARADA PARA RECEBER O BLOCO .. 30

FIGURA 13 – PREPARAÇÃO DA CABEÇA DA ESTACA ....................................... 31

FIGURA 14 – FATOR DE CAPACIDADE DE CARGA SEGUNDO DIVERSOS

AUTORES .......................................................................................... 35

FIGURA 15 – TRANSFERÊNCIA DE CARGA DE UMA ESTACA ISOLADA .......... 36

FIGURA 16 – SEGREGAÇÃO NO TOPO E NAS BORDAS DA AMOSTRA DE

CONCRETO HETEROGÊNIO ............................................................ 42

FIGURA 17 – DETALHE DO CONCRETO SEGREGADO NAS BORDAS DO

ENSAIO DE ABATIMENTO (“SLUMP TEST”) .................................. 43

FIGURA 18 – EXSUDAÇÃO NO TOPO DA ESTACA RECÉM-EXECUTADA ......... 43

7

FIGURA 19 – EXSUDAÇÃO NO TOPO DA ESTACA RECÉM-EXECUTADA ......... 44

FIGURA 20 – EXSUDAÇÃO CONSTATADA NO CORPO DE PROVA

ENDURECIDO. ................................................................................. 44

FIGURA 21 – ESTACA COM ARGAMASSA DE BAIXA RESISTÊNCIA NOS SEUS

2,20M DE EXTENSÃO A PARTIR DO TOPO ................................... 45

FIGURA 22 – CONSTATAÇÃO DE BAIXA RESISTÊNCIA À 1,5M DE

PROFUNDIDADE EM RELAÇÃO AO TOPO.DA ESTACA ............... 45

FIGURA 23 – DETALHE DO CORPO DE PROVA QUE APRESENTA CONCRETO

POROSO COM VISUALIZAÇÃO DOS AGREGADOS ...................... 46

FIGURA 24 – AFUNDAMENTO CENTRAL NO TOPO DA ESTACA: EFEITO DA

ARMAÇÃO NO APRISIONAMENTO DO CONCRETO,

CONSTATAÇÃO DE MATERIAL POROSO E FRACO NOS SEUS

PRIMEIROS 1,5M A PARTIR DO TOPO ........................................... 46

FIGURA 25 – DETALHE DE CRAVAÇÃO DO PIQUETE ........................................ 48

FIGURA 26 – CORTINA COM ESTACAS DESAPRUMADAS E CURVATURA

VISÍVEL ............................................................................................. 49

FIGURA 27 – SECCIONAMENTO DE FUSTE OCASIONADO POR

CONCRETAGEM NÃO PRESSURIZADA ......................................... 50

FIGURA 28 – EXECUÇAO DE ESTACAS PRÓXIMAS COM CONCRETO FRESCO

........................................................................................................... 52

FIGURA 29 – EXCENTRICIDADE DE ARMADURA ................................................ 53

FIGURA 30 – DIFICULDADE DE COLOCAÇÃO DE ARMADURA DA ESTACA

HÉLICE CONTÍNUA .......................................................................... 53

FIGURA 31 – PROBLEMAS DE ARMADURA: (A) COLOCAÇÃO CORRETA E

INCORRETA DE ESPAÇADORES NA ARMADURA; (B) PRESENÇA

DE ENRIJECEDORES DE ARMADURA BEM E MAL POSICIONADOS

8

.......................................................................................................... 54

FIGURA 32 – (A) ARMADURAS DE FRETAGEM DE SEÇÃO CIRCULAR E

RETANGULAR; (B) POSIÇÃO INCORRETA; (C) AUSÊNCIA DE

ARMADURA DE FRETAGEM ........................................................... 55

FIGURA 33 – COTA DE ARRAZAMENTO DIFERENTE DA COTA DE PROJETO 56

FIGURA 34 – BARRILETE DUPLO GIRATÓRIO ..................................................... 58

FIGURA 35 – EXTRAÇÃO DE TESTEMUNOS DE CONCRETO DAS ESTACAS .. 58

FIGURA 36 – ILUSTRAÇÃO DO ENSAIO PIT ......................................................... 59

FIGURA 37 – EXECUÇÃO DO ENSAIO PIT ........................................................... 60

FIGURA 38 – VARIAÇÃO DA SEÇÃO DO FUSTE .................................................. 61

FIGURA 39 – CORTINA COM ESTACAS DESAPRUMADAS E ARMADURA

APARENTE ....................................................................................... 61

FIGURA 40 – TRAJETÓRIA DE EQUILÍBRIO DA ESTACA (CURVA CARGA VS.

RECALQUE) ..................................................................................... 63

FIGURA 41 – ILUSTRAÇÃO DA PROVA DE CARGA ESTÁTICA – REAÇAO POR

TIRANTES ......................................................................................... 64


CHUMBADORES .............................................................................. 64


CARGUEIRAS ................................................................................... 65

FIGURA 44 – SISTEMAS DE REAÇÃO PARA PROVAS DE CARGA .................... 66

FIGURA 45 – SISTEMA BÁSICO DE REAÇÃO COM CARGUEIRA ....................... 67

FIGURA 46 – ILUSTRAÇÃO DA PROVA DE CARGA DINÂMICA .......................... 68

FIGURA 47 – CONDIÇÕES BÁSICAS PARA PROVA DE CARGA DINÂMICA ...... 69

FIGURA 48 – TELA DO PDA MODELO PAK ........................................................... 70

FIGURA 49 – INSTRUMENTOS INSTALADOS NA ESTACA DO ENSAIO PDA .... 70

9

FIGURA 50 – SEÇÃO DA ESTACA POR TOMOGRAFIA ....................................... 73

FIGURA 51 – VISTA EM 3D DA ESTACA POR TOMOGRAFIA .............................. 73

10

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 – CARACTERÍSTICAS NOMINAIS DAS ESTACAS (2006) .................. 22

TABELA 2 – BITOLAS MÍNIMAS PARA ARMADURAS COM MAIS DE 6M (1998) 28

TABELA 3 – VALORES DE α E β (1996) ................................................................ 38

TABELA 4 – VALORES DE β1 E β2 (ANTUNES E CABRAL 1996) ......................... 39

11

LISTA DE SÍMBOLOS

H:V – relação entre medida horizontal e medida vertical;

Fck – resistência característica à compressão do concreto;

Ø – diâmetro;

rl - atrito lateral;

N - número de golpes do ensaio SPT;

Rp - resistência de ponta;

Np - média entre os valores de N na profundidade da ponta da estaca;

PR - carga de ruptura;

PP - parcela de carga resistida pelo solo da ponta da estaca;

PL - parcela de carga resistida por atrito lateral ao longo do fuste da estaca;

P - carga admissível;

rp - resistência de ponta;

fs - adesão calculada a partir do torque máximo (em kgf.m);

£ - penetração total (em cm) do amostrador, no ensaio tradicional de SPT;

Tmín(1) - média aritmética dos valores do torque mínimo (em Kgf.m) no trecho 8D,

medido para cima, a partir da ponta da estaca;

Tmín(2) - média aritmética dos valores do torque mínimo (em Kgf.m) para o trecho 3D,

medido para baixo, a partir da ponta da estaca.

12

RESUMO

Este trabalho apresenta os principais conceitos sobre estacas do tipo hélice

contínua, com o objetivo de um entendimento geral deste tema para melhor

relacionarmos como as técnicas executivas podem originar manifestações

patológicas a este tipo de estaca e como poderemos identificá-las. Para isso foi

realizada pesquisa em bibliografia específica, como artigos, teses, livros

aprofundados neste tema, normas, como também se levou em consideração as boas

técnicas executivas usadas em obra.

Assim, este material serve como fonte de consulta aos responsáveis pela

execução deste tipo de fundação para que se tenha um melhor controle da

qualidade do serviço prestado evitando a ocorrência de manifestações patológicas a

estacas do tipo hélice contínua.

Palavras-Chave: fundações; estacas, manifestações patológicas.

13

1 INTRODUÇÃO

A temática principal deste trabalho são as patologias referentes à execução

de estacas tipo hélice contínua, objetivando levantar os agentes que possam

interferir no desempenho destas estacas, no intuito de se obter uma fundação

segura, atingindo a capacidade de carga a ela imposta. Pretende este trabalho trilhar

pelos aspectos mais relevantes já explorados pela bibliografia consagrada.

Serão abordados neste trabalho: a definição deste tipo de estaca,

equipamentos necessários para a sua execução, aplicações, métodos de execução,

vantagens, desvantagens, capacidade de carga, patologias e ensaios referentes ao

tipo de estaca de hélice contínua para maior qualidade deste tipo de fundação.

As estacas hélice contínua, introduzidas no Brasil em 1987, tiveram uma

utilização crescente nos últimos anos. Os estudos do comportamento dessas

estacas têm crescido na mesma proporção, com a realização de inúmeras provas de

carga e de eventos técnicos específicos, tratando desse assunto. Historicamente,

após passados duas décadas da introdução da estaca tipo “hélice-contínua”

persistem certos questionamentos acerca do projeto, execução, controle e

resultados.

1.1 JUSTIFICATIVA

A escolha deste tema deveu-se à pretensão de se extinguir os problemas

de manifestações patológicas referentes à execução da estaca tipo hélice contínua,

já que este tipo de estaca pode ser utilizado em terrenos de baixa resistência ou

submersos; possibilita a execução de estacas próximas a prédios vizinhos não

causando a descompressão do terreno, ruídos e vibrações.

14

Oferece maior segurança e maiores capacidades de carga e possibilita

centrar o eixo da perfuração sobre o pilar com precisão milimétrica, o que elimina

solicitações adicionais não previstas; permite operar em qualquer superfície de solo,

requerendo pequenos espaços para manobras.

O equipamento permite maior velocidade, reduz as preocupações do

construtor na administração da compra de materiais e controle do preparo do

concreto para fundações. A velocidade de escavação e a concretagem imediata sob

pressão, evita a desestruturação do solo pelo alívio de tensões.

A velocidade diminui os custos, e é mais barata do que as similares

executadas usando processos convencionais, principalmente em solos submersos,

também dispensa o uso de lama bentonítica para a concretagem nas estacas

submersas.

São muitas as vantagens referentes a esse tipo de estaca, e deve-se tomar

conhecimento de suas principais manifestações patológicas para uma perfeita

execução.

1.2 PROBLEMA DE PESQUISA

Quais são as manifestações patológica nas estacas tipo hélice contínua?

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 Objetivo Geral

Identificar todas as manifestações patológicas em estacas hélice contínua,

observando a relação entre os processos executivos e a patologia relacionado e

eles.

15

1.3.2 Objetivos Específicos

• Identificar os procedimentos executivos que geram manifestações patológicas em

estacas tipo hélice contínua;

• Levantar ensaios para a identificação das manifestações patológicas em estacas

tipo hélice contínua.

1.4 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

A pesquisa é notoriamente exploratória e também se enquadra nos

propósitos definidos pelas pesquisas descritivas e explicativas, pois há variáveis de

monitoramento assim como universo amostral definido e também, por se tratar de

uma pesquisa sem o objetivo de justificar as razões pelas quais as técnicas foram

aplicadas.

São importantes e imprescindíveis os estudos baseados em livros, trabalhos

científicos, visando o embasamento da pesquisa, o trabalho será baseado

exclusivamente em função de publicações, documentos impressos e manuscritos

devido à necessidade de observações de campo, relatório fotográfico, análise

documental entre outros. Desta forma, a pesquisa bibliográfica e documental se

adequa aos objetivos definidos.

1.5 APRESENTAÇÃO DO TRABALHO

Alem deste primeiro capítulo, o capítulo 2 trata do tema estacas hélice

contínua, apresentando sua definição, histórico, equipamentos, aplicações,

metodologia executiva, vantagens, desvantagens e a capacidade de carga destas

estacas.

No capítulo 3 são abordadas as manifestações patológicas em estacas

16

hélice contínua.

Já o capítulo 4 apresenta os ensaios para o controle de qualidade das

estacas tipo hélice contínua para averiguar sua integridade.

E por fim o capítulo 5 apresenta as considerações finais e as

recomendações para futuros trabalhos.

17

2 ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA

Neste capítulo aborda-se definição das estacas hélice contínua, os

equipamentos necessários para sua execução, a aplicação destas estacas, os

métodos executivos, suas vantagens, desvantagens e capacidade de carga para

esse tipo de fundação.

2.1 DEFINIÇÃO

A estaca tipo “hélice-contínua” tem sido uma vantajosa alternativa para

obras de médio a grande porte que requerem rapidez, versatilidade e minimização

dos impactos de vizinhança comparada com outros tipos de estacas a percussão.

A estaca hélice contínua é uma estaca de concreto moldada "in loco",

executada por meio de trado contínuo ou segmentado e injeção de concreto através

da haste central do trado simultaneamente a sua retirada do terreno.

A haste de perfuração é composta por uma hélice espiral solidarizada a um

tubo central, equipada com bitz de vídia ou tungstênio na extremidade inferior que

possibilitam a sua penetração no terreno, colocando-se a armação após a sua

concretagem. (ALONSO, 1998)

2.2 HISTÓRICO

Foi desenvolvida nos E.U.A., na década de 80 foi difundida em toda Europa

e Japão, e foi executada pela primeira vez no Brasil em 1987 com equipamentos

desenvolvidos aqui, montados sob guindastes de esteiras, com torque de 35KN e

hélices com 275mm, 350 e 425mm de diâmetro, executando estacas de até 15m de

profundidade.

O mercado brasileiro foi invadido por máquinas européias a partir da década

18

de 90, principalmente da Itália com torque de 90KNm a mais de 200KNm, diâmetros

de hélice de até 1000mm, executando estacas de até 24m de profundidade

(HACHICH et al, 1998).

Hoje no mercado podemos encontrar equipamentos com capacidade para

executar estacas de até 30m de profundidade.

2.3 EQUIPAMENTOS E APLICAÇÕES

O equipamento empregado pelas empresas para cravar a hélice no terreno

é constituído de um guindaste de esteiras (Figura 1), sendo nele montada a torre

vertical de altura apropriada à profundidade da estaca, equipada com guias por onde

corre a mesa de rotação de acionamento hidráulico. Os equipamentos disponíveis

permitem executar estacas de no máximo 30m de profundidade e inclinação de até

1:4 (H:V).

Esses equipamentos destacam-se pela alta produtividade e versatilidade e

possuem todos os itens tecnológicos e operacionais das perfuratrizes de grande

porte.

FIGURA 1 – EQUIPAMENTO DE HÉLICE CONTINUA MONITORADA.

Fonte: Exata Engenharia (2008).

19

Isento de vibrações e com baixo nível de ruído, executa trabalhos em locais

em difícil acesso ou em obras internas com pé direito de 8,50m e com distancia

mínima de 0,35cm da divisa ao eixo da estaca.

Para se controlar a pressão de bombeamento do concreto, a Fundesp

possui instrumento medidor digital, que informa todos os dados de execução da

estaca, tais como: inclinação da haste, profundidade da perfuração, torque e

velocidade de rotação da hélice, pressão de injeção, perdas e consumo de concreto.

Os parâmetros indicados no mostrador digital são registrados e fornecidos a um

microcomputador para aplicação de software que imprime o relatório da estaca com

as informações obtidas no campo.

Tem-se também, o monitoramento por Micro Computador de bordo (figura 2)

que permite o registro em software e posterior impressão de relatórios.

FIGURA 2 – MICRO COMPUTADOR DE BORDO.

FONTE: (BRASFOND..., 2006)

Este relatório contém o gráfico de controle de cada estaca, indicando a

inclinação da haste, profundidade de perfuração, pressão de injeção-vazão e

consumo de concreto, velocidade de subida do trado, desenho do provável perfil da

estaca, torque e velocidade de rotação da hélice, data/horário de início e término dos

serviços executados (figura 3).

20

FIGURA 3 – GRÁFICO DE CONTROLE DE CADA ESTACA.

FONTE: (PENNA et al, 1999)

As estacas tipo hélice continua oferecem uma solução técnica e

economicamente interessante nos seguintes casos:

Em centros urbanos, próximos a estruturas existentes, escolas, hospitais e

prédios históricos, por não produzir distúrbios ou vibrações e de não causar

descompressão do terreno.

Em obras industriais e conjuntos habitacionais onde, em geral, há um

grande numero de estacas sem variar o diâmetro, pela produtividade alcançada.

Lembrando que a resistência de ponta de uma estaca varia de uma de grande

diâmetro para uma de menor diâmetro, logo se tivermos muita variação de seção em

21

uma obra, a variação de recalques proporcionará danos à estrutura (MILITITSKY,

2005).

Como estrutura de contenção associado ou não a tirantes protendidos

(figuras 4 e 5), próximos a estruturas existentes, desde que os esforços transversais

sejam compatíveis com os comprimentos de armação permitidos, respeitando as

fichas mínimas.


COM TIRANTES.

FONTE: Metro Linha 2 estação Klabin, São Paulo/SP (BRASFOND..., 2006)


SEM TIRANTES.

FONTE: (HACHICH et al, 1998)

22

Outra aplicação das estacas hélice contínua é chamada de estaca secante,

onde são executadas uma ao lado da outra com uma certa sobreposição, formando

uma parede de conteção contínua estanque hidraulicamente (figura 6).

FIGURA 6 – PROJETO EM PLANTA DA ESTACA SECANTE .

FONTE: Execução de fundações e contenções em empreemdimentos imobiliários – Sussumu

Niyama, Dr. Eng.

Devido à alta capacidade estrutural das estacas com pequenos diâmetros de

(25cm a 50cm), profundidade de até 20m e cargas de 20ton/f a 100ton/f, tornando-

se uma opção interessante quando comparado aos métodos executivos de outras

estacas. As características destas estacas podem ser observadas na tabela 1.

TABELA 1 – CARACTERÍSTICAS NOMINAIS DAS ESTACAS (2006).


23

2.4 METODOLOGIA EXECUTIVA

As fases de execução da estaca tipo hélice contínua são: perfuração,

concretagem simultânea a extração da hélice do terreno e colocação da armação. O

preparo da cabeça da estaca não faz parte da execução da estaca, mas será

abordado neste trabalho por ser uma fase importante para o desempenho da estaca.

As fases executivas poderão ser visualizadas na figura 7.

FIGURA 7 – FASES DA EXECUÇÃO DA ESTACA HÉLICE CONTÍNUA.

FONTE: (ALONSO, 1998)

24

2.4.1 Perfuração

A perfuração consiste em fazer a hélice penetrar no terreno por meio de

torque apropriado para vencer a sua resistência.

A haste de perfuração é composta por uma hélice espiral solidarizada a um

tubo central, equipada com dentes na extremidade inferior que possibilitam a sua

penetração no terreno.

A metodologia de perfuração permite a sua execução em terrenos coesivos

e arenosos, na presença ou não do lençol freático e atravessa camadas de solos

resistentes com índices de STP`s acima de 50 dependendo do tipo de equipamento

utilizado.

A velocidade de perfuração produz em média 250m por dia dependendo do

diâmetro da hélice, da profundidade e da resistência do terreno.

2.4.2 Concretagem

Alcançada a profundidade desejada, o concreto é bombeado através do tubo

central, preenchendo simultaneamente a cavidade deixada pela hélice que é

extraída do terreno sem girar ou girando lentamente no mesmo sentido da

perfuração.

Segundo a ABEF (Associação Brasileira de Empresas de Engenharia de

Fundações e Geotecnia), o concreto normalmente utilizado apresenta resistência

característica fck de 20 Mpa, é bombeável é composto de areia e pedriscos, o

consumo mínimo de cimento é de 400 Kg/m3, sendo facultativa a utilização de

aditivos. O cimento utilizado é o CP III, sem adição de escoria.

O abatimento ou "Slump" é mantido entre (22±2)cm, o slump flow é de 48 a

53 cm, fator água cimento entre 0,53 a 0,56, exsudação ≤ 1,0%, teor de ar

25

incorporado ≥ 1,5% e início de pega ≥ 3,0 horas (Manual...,2008). Normalmente é

utilizada bomba de concreto ligada ao equipamento de perfuração através de

mangueira flexível. O preenchimento da estaca com concreto é normalmente

executado até a superfície de trabalho sendo possível o seu arrastamento abaixo da

superfície do terreno, guardadas as precauções quanto a estabilidade do furo no

trecho não concretado e a colocação da armação.

Para uma perfeita concretagem é recomendado que se uma limpeza da

calda da "rede de concretagem" antes de se executar a primeira estaca. Ao final de

um dia de trabalho, o cocho é limpo com aplicação de óleo. Antes de se começar a

primeira estaca do dia seguinte a rede precisa ser "Iubrificada" para permitir uma

fluência do concreto. Para esta lubrificação costuma-se misturar 2 sacos de cimento

(de 50 kg) em cerca de 200 l de água (calda de lubrificação) dentro do cocho. Esta

calda se misturará com o óleo remanescente da limpeza do dia anterior. Se a estaca

for de pequeno diâmetro (abaixo de 50 cm), o volume por metro será pequeno em

comparação ao volume da calda de lubrificação. Se esta não for lançada fora, antes

de se iniciar a estaca, na sua ponta poderá ficar parte desta calda que, além de ser

de baixa resistência, ainda possui resto de óleo. Por isso, antes de se iniciar a

primeira estaca, o trado deve ser levantado e a seguir começa-se a lançar a calda e

o concreto. Quando toda a calda tiver sido lançada fora e estiver garantido de que

toda a rede já está com concreto, interrompe-se o lançamento do mesmo, tampa-se

o trado e inicia-se a perfuração da estaca (é o que se chama "limpeza de rede")

(VELLOSO, 2000).

2.4.3 Colocação da armação

O método de execução da estaca hélice contínua exige a colocação da

26

armação após a sua concretagem.

A armação, em forma de gaiola, é introduzida na estaca por gravidade

(figura 8) ou com o auxílio de um pilão de pequena carga ou vibrador.

FIGURA 8 – COLOCAÇÃO DE ARMADURA MANUALMENTE COM AÇÃO DA

GRAVIDADE.


As estacas submetidas a esforços de compressão levam uma armação no topo,

em geral de 2 a 5,5m de comprimento. Embora a NBR 6122 permita não armar as

27

estacas comprimidas, quando a tensão máxima de compressão for de 5 MPa,

neste tipo de estacas, sempre se deve dispor de armadura, recomenda-se um

mínimo de 4Ø12,5mm para estacas de até 40 cm de diâmetro, 6 Ø l6mm para 50

cm, 8 Ø l6mm para 60 e 70 cm, 6 Ø 20mm para 80 cm, 8 Ø 20m para 90 cm e 10

Ø 20mm para 100cm de diâmetro. O comprimento mínimo (abaixo da cota de

arrasamento) é de 3 m para as estacas com diâmetro de até 50 cm e 5 m para as

demais.

Em estacas com arrasamento profundo, deve-se concretar até as imediações

do nível do terreno e, a seguir, instalar a armadura, neste caso dotada de estribos

e enrijecida que será instalada até seu topo atingir o terreno e a seguir empurrada

pelo trado do equipamento (ou outro procedimento similar) até atingir a cota

especificada no projeto (VELOSO, 2000).

No caso de estacas submetidas a esforços transversais ou de tração,

somente será possível para comprimentos de armações de no máximo 16m, em

função do método construtivo. No caso de armações longas, as "gaiolas" devem ser

constituídas de barras grossas e estribo espiral soldado na armação longitudinal

para evitar a sua deformação durante a introdução no fuste da estaca.

A armadura longitudinal deve ser adequadamente projetada de modo a ter peso e

rigidez compatíveis com seu comprimento, permitindo introdução ao concreto. A

introdução manual da armadura, deve obedecer a requisitos acima mencionados,

além de utilizar concreto com abatimento mínimo de 22cm e diminuir ao máximo de

5 min o tempo entre o final da concretagem e o início da instalação da armadura,

podendo-se introduzir nesse caso, até 12m de comprimento. Acima deste

comprimento, aconselha-se o uso de pilão (figura 9), sendo este mais eficiente que

vibradores recomendados por normas internacionais (ALONSO, 1998).

28

FIGURA 9 – INTRODUÇÃO DE ARMADURA COM PILÃO.


As bitolas sugeridas à estas estacas estão referidas na tabela 2 e o detalhe

da armadura com seus devidos recobrimentos e os espaçadores utilizados neste

tipo de estaca: “bico de sapato” e ”sky” podem ser observados na figura 10, a seguir:

TABELA 2 – BITOLAS MÍNIMAS PARA ARMADURAS COM MAIS DE 6M (1998)


29

FIGURA 10 – DETALHES DA ARMADURA.


2.4.4 Preparo da cabeça da estaca

A cabeça da estada deve ser limpa e preparada para vinculação da mesma ao

bloco, pois a falta desse procedimento pode gerar deformações durante o

carregamento. Deve-se verificar a o preparo da cabeça da estaca em casos de

demora na execução da concretagem do bloco, em locais onde pode haver

contaminação ou presença de sujeira na interface como mostra a figura 11.

A preparação da cabeça da estaca não faz parte da execução da estaca,

30

mas é parte importante para o seu perfeito desempenho, na figura 12 podemos

observar uma cabeça de estaca já preparada para a execução do bloco.

FIGURA 11 – FALTA DE LIMPEZA NA CABEÇA DA ESTACA.

FONTE: (MILITITSKY, 2005)

FIGURA 12 – CABEÇA DA ESTACA PREPARADA PARA RECEBER O BLOCO.

FONTE: (PENNA et al, 1999)]

31

Logo, antes da execução do bloco, para a eficiência adequada deste tipo de

fundação, deve-se remover o excesso de concreto acima da cota de arrasamento

utilizando-se um ponteiro, trabalhando-se com pequena inclinação para cima

conforme figura 13. Para estacas com diâmetro superior a 40cm é permitido o uso

de martelete leve (com peso na ordem de 10Kg). Não é permitido o uso de

rompedores de concreto, vulgarmente chamados de “picão”.

FIGURA 13 – PREPARAÇÃO DA CABEÇA DA ESTACA.

FONTE: (HACHICH et al, 1998)

Caso o concreto apresente qualidade insatisfatória ao se chegar à cota de

arrasamento, deve-se continuar o corte até encontrar concreto são e emendar a

estaca. Prosseguindo o processo, observar se a estaca trabalha apenas à

compressão e/ou se é tracionada ou submetida a esforços transversais para o

dimensionamento da armadura de reforço e garantir um transpasse adequado entre

a ferragem da estaca e a complementar. Podem ser adotados procedimentos

rotineiros de emendas de barras por luvas prensadas ou rosqueadas. As emendas

por soldas devem ser evitadas, pois normalmente não se dispõe de pessoal

qualificado para este serviço em campo, e as condições para a sua execução não

são favoráveis (PENNA et al, 1999; BOLETIM..., 2008).

32

2.5 VANTAGENS E DESVANTAGENS

Serão abordadas neste tópico as vantagens e desvantagens referentes as

fundações utilizando estacas tipo hélice contínua.

2.5.1 Adequação:

- É o método adequado para ser utilizado em terrenos de baixa resistência

ou submersos;

- O ruído e as vibrações são extremamente baixos, este método tem se

mostrado particularmente eficiente em áreas densamente populadas, onde os ruídos

e vibrações podem afetar seriamente os prédios vizinhos (BRASFOND..., 2006).

Segundo Antunes e Tarozzo, a hélice contínua oferece uma solução técnica e

econômica em centros urbanos próximo a estruturas existentes e edifícios históricos

por não produzir distúrbios ou vibrações e de não causar descompressão do terreno

(HACHICH et al, 1998).

2.5.2 Segurança:

- O concreto é bombeado para o interior da perfuração ao mesmo tempo em

que se retira a hélice, preenchendo os espaços vazios e evitando o

desmoronamento das paredes da perfuração, e conseqüentemente o seccionamento

da estaca (BRASFOND..., 2006).

- O concreto é bombeado sob pressão (aprox. 10 kg/cm2), o que aumenta o

atrito lateral e, portanto confere à estaca uma capacidade de carga maior do que as

executadas por processos convencionais;

- Oferece maior segurança, pois ultrapassa camadas resistentes a outros

tipos de fundações, o que permite transferir as cargas para camadas de maior

33

suporte, resultando em maiores capacidades de carga;

- A perfuração rotativa elimina a percussão, possibilitando a execução de

estacas próximas a prédios vizinhos, que não são afetados por vibrações;

- O equipamento possui recursos hidráulicos que possibilitam centrar o eixo

da perfuração sobre o pilar com precisão milimétrica. Iniciada a perfuração, um piloto

automático garante a perfeita verticalidade das estacas, o que elimina solicitações

adicionais não previstas;

- Por estar montado em equipamento sobre esteiras permite operar em

qualquer superfície de solo, requerendo pequenos espaços para manobras;

2.5.3 Velocidade:

- O equipamento permite maior velocidade, colocando as fundações à

disposição do cliente mais rapidamente, influenciando no cronograma de obra e

antecipando a sua conclusão;

- É um sistema industrializado para produção de fundações, por operar como

numa linha de montagem. Utilizando concreto pré-misturado bombeável, reduz as

preocupações do construtor na administração da compra de materiais e controle do

preparo do concreto, ficando o mesmo liberado para suas atividades específicas;

- A velocidade de escavação e a concretagem imediata sob pressão, evita a

desestruturação do solo pelo alívio de tensões que ocorre nos processos mais

lentos;

2.5.4 Economia:

- A velocidade diminui os custos, pois as características do sistema

permitem grande produtividade diária, e isto resulta num preço menor por metro

34

escavado e um menor tempo de execução. A estaca é mais barata do que as

similares executadas usando processos convencionais, principalmente em solos

submersos.

-Nas estacas submersas, dispensa o uso de lama bentonítica para a

concretagem.

Mas é importante lembrar que para que a obra fique mais econômica deve-

se fazer uma análise de carga para que a carga do pilar fique próxima à carga da

estaca.

2.6 CAPACIDADE DE CARGA

A estimativa do comprimento das estacas era feita de maneira empírica até

princípios da década de 70, pois não existiam os procedimentos de cálculo que re-

tratassem a experiência brasileira.

As fórmulas teóricas, para a previsão da carga admissível, como por

exemplo as de Terzaghi, Meyerhof e outros, conduziam a valores muito discrepantes

entre si, conforme se pode ver na figura 14 .

Somente em 1975 houve o surgimento do primeiro método brasileiro de

estimativa da transferência de carga de estacas num trabalho dos engenheiros

Nelson Aoki e Dirceu de Alencar Velloso, que, por assim dizer, impôs uma

sistemática para os outros métodos que vieram a seguir.

Tanto o método de Aoki e Velloso, como os demais que se

seguiram, usam o esquema de transferência de carga de uma estaca ilustrado na

figura 15 como ponto de apoio (VELLOSO, 2000).

35

FIGURA 14 – FATOR DE CAPACIDADE DE CARGA SEGUNDO DIVERSOS

AUTORES.

FONTE: (VELLOSO, 2000)

É necessário atentar para a obtenção por correlações com

ensaios de penetração, de valores de capacidade de carga de fundações profundas

sem observar números limites para atrito lateral e resistência de ponta, pela

extrapolação para valores elevados ou profundidades dos elementos de fundação

impossíveis de serem atingidos.

36

FIGURA 15 – TRANSFERÊNCIA DE CARGA DE UMA ESTACA ISOLADA.


Os resultados obtidos acabam sendo incompatíveis com os reais e

provocam o mau comportamento das fundações submetidas a cargas mais

elevadas, superiores àquelas que podem ser transferidas ao solo (MILITITSKY,

2005).

2.6.1 Métodos de cálculo para capacidade de cálculo

Existem três métodos de cálculo específicos para estacas hélice contínua: o

de Décourt, os de Antunes e Cabral e o método de Alonso (1996).

2.6.1.1 Método Décourt-Quaresma

Segundo Décourt-Quaresma, o atrito lateral rl é obtida pela eq. (5.1) abaixo:

(5.1) )/(1

3Nr 2

l mtf+=

37

Onde:

rl é o atrito lateral;

N é número de golpes do ensaio SPT.

Não se adotando valores de N inferiores a 3 nem superiores a 15, e não se

considerando os valores de N que serão utilizados na avaliação da resistência de

ponta rp.

A resistência de ponta é estimada por:

(5.2)

em que :

Rp é a resistência de ponta;

C = 12 tf/m2 para as argilas;

C = 20 tf/m2 para os siltes argilosos;

C = 25 tf/m2 para os siltes arenosos e;

C = 40 tf/m2 para as areias;

Np = média entre os valores de N na profundidade da ponta da estaca, o

imediatamente acima e o imediatamente abaixo.

Décourt introduz os coeficientes α e β na fórmula de capacidade de carga

(Tabela 3):

(5.3)

Onde:

PR é a carga de ruptura;

α e β são coeficientes da tabela B;

PP é a parcela de carga resistida pelo solo da ponta da estaca;

PL é a parcela de carga resistida por atrito lateral ao longo do fuste da

estaca.

pNC.R p =

PLPPR βα +=P

38

Décourt propõe a utilização de coeficientes de segurança parciais para as

parcelas de atrito (CS = 1,3) e para a parcela de ponta (CS = 4). Assim, a carga

admissível deve atender, simultaneamente a: (VELLOSO, 2000).

(5.4)

e

(5.5)

Onde:

P é a carga admissível;

α e β são coeficientes da tabela B;

PL é a parcela de carga resistida por atrito lateral ao longo do fuste da

estaca.

PP é a parcela de carga resistida pelo solo da ponta da estaca;

PR é a carga de ruptura.

TABELA 3 – VALORES DE α E β (1996)

Nota: Com exceção dos valores de α da 1a e 2a colunas, todos os demais são, segundo Décourt,

orientativos, diante do reduzido número de dados disponíveis.


43,1P PPPL αβ

+=

2P PR=

39

)/(.r 21l cmKgfNβ=

22p /40.r cmKgfN ≤= β

KPaf s 002£.65,0rl =

2.6.1.2 Método Antunes e Cabral

Este método utiliza os ensaios SPT, propondo os autores as seguintes

correlações, valores de β1 e β2 na tabela 4: (VELLOSO, 2000).

(5.6)

(5.7)

Onde:


rp é a resistência de ponta;

β1 e β2 são coeficientes da tabela 4;

N é número de golpes do ensaio SPT.

TABELA 4 – VALORES DE β1 E β2 (ANTUNES E CABRAL 1996)


2.6.1.3 Método de Alonso

Este método foi estabelecido usando-se os ensaios SPTT (sondagens à

percussão com medida de torque, Ranzini, 1988 e 1994). Segundo este autor:

(5.8)

40

)/(032,0.41,0

100f 2

s cmKgfh

Tmáx

−=

)(032,0.41,0

100fs KPa

hTmáx

−=

)/(18

f 2s cmKgf

Tmáx=

)(18

fs KPaTmáx=

Em que:


fs é a adesão calculada a partir do torque máximo (em kgf.m);

£ a penetração total (em cm) do amostrador, no ensaio tradicional de SPT.

Neste ensaio, normalmente a penetração total do amostrador é 45 cm, a não

ser em solos muito moles (onde a penetração é maior que 45 cm) e em solos muito

resistentes (onde a penetração total é menor que 45 cm). Esta observação é

importante, porque a aplicação do torque só deve ser feita após se contar o número

de golpes para as 3 penetrações de 15 cm. Por falta de uma diretriz de execução

deste ensaio, já tivemos a oportunidade de ver o sondador aplicar o torque a cada

penetração de 15 cm, o que, convenhamos, é um absurdo, pois para cada SPT, ele

obtinha 3 torques. Ainda bem que ele só lia o torque máximo, senão, seriam 6

leituras para cada SPT.

(5.9)

(5.10)

Para a penetração total h do amostrador igual a 45 em, a expressão acima

assume a forma:

(5.11)

(5.12)

41

2r

)2()1(

pmínmín TT +

= β

Para o cálculo de rp o autor usa o modelo de De Beer.

(5.13)

Em que:

Tmín(1) = média aritmética dos valores do torque mínimo (em Kgf.m) no trecho

8D, medido para cima, a partir da ponta da estaca, adotando-se nulos os Tmín, acima

do nível do terreno, quando o comprimento da estaca for menor que 8D.

Tmín(2) idem, para o trecho 3D, medido para baixo, a partir da ponta da

estaca.

Os valores de Tmín superiores a 40 kgf.m devem ser adotados iguais a 40

kgf.m. Os valores b (em kPa/kgf.m) = 200 para as areias; 150 para os siltes e 100

para as argilas.

Seguindo a tradição dos demais métodos semi-empíricos, Alonso

apresentou correlações estatísticas (Tmáx = 1,2N e Tmín = N) para o caso de não se

dispor de ensaios SPTT. Entretanto, cabe ressaltar que estas correlações foram

obtidas para os solos da Bacia Sedimentar de São Paulo, devendo serem usadas,

com reserva, para outras localidades. Lembra-se que as correlações acima

propostas apresentaram grande dispersão. Na própria Bacia de São Paulo obteve-

se 1,00N < Tmáx < 1,48N. Para os solos residuais que se encontram nesta mesma

Bacia a correlação é da ordem de Tmáx = 1,8 N.

É por esta razão que Alonso já alertava em seu trabalho que antes de se aplicar o

método em outros locais, onde não se disponha de ensaios SPTT, devia-se

inicialmente obter essas correlações e, aí sim, usar o SPT, com essas correlações,

para outras obras da região, onde não se disponha de ensaios SPTT (VELLOSO,

2000).

42

3 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTACAS TIPO HÉLICE CONTÍNUA

Neste capítulo serão abordadas as manifestações patológicas referentes à

estaca tipo hélice contínua:

3.1 MANIFESTAÇÕES PATOLOGICAS DO CONCRETO

Podem ocorrer diversas manifestações patologicas no concreto, tais como

segregação, exsudação, efeito parede que serão abordados a seguir:

A Segregação trata-se da separação da argamassa em relação aos outros

agregados. Pode-se detectar a segregação do concreto no teste “slump”, em dois

casos: quando os agregados graúdos se mostram separados no topo e na borda da

amostra (figura 16) e quando a base da amostra não é regular (figura 17).

FIGURA 16 – SEGREGAÇÃO NO TOPO E NAS BORDAS DA AMOSTRA DE

CONCRETO HETEROGÊNIO.


43

FIGURA 17 – DETALHE DO CONCRETO SEGREGADO NAS BORDAS DO

ENSAIO DE ABATIMENTO (“SLUMP TEST”).


A exsudação do concreto, que é caso especial de segregação onde ocorre a

separação da água do traço das partículas finas do concreto, pode ser observada

por um “borbulhamento” de água com carregamento de finos no topo da estaca

recém executada, formando uma lâmina de água que pode ser verificada nas figuras

18 e 19.

FIGURA 18 – EXSUDAÇÃO NO TOPO DA ESTACA RECÉM-EXECUTADA.


44

FIGURA 19 – EXSUDAÇÃO NO TOPO DA ESTACA RECÉM-EXECUTADA.


Este fenômeno pode ser observado no topo dos corpos de prova que

diminuem sua altura na ordem de 3,5 a 5% em média (figura 20).

FIGURA 20 – EXSUDAÇÃO CONSTATADA NO CORPO DE PROVA

ENDURECIDO. NOTA-SE DIMINUIÇÃO SIGNIFICATIVA DO VOLUME DE

CONCRETO.


45

No concreto seco há presença de uma grande quantidade de bolhas e

apresenta baixa resistência observada nas figuras 21, 22 e 23.

FIGURA 21 – ESTACA COM ARGAMASSA DE BAIXA RESISTÊNCIA NOS SEUS

2,20M DE EXTENSÃO A PARTIR DO TOPO.


FIGURA 22 – CONSTATAÇÃO DE BAIXA RESISTÊNCIA À 1,5M DE

PROFUNDIDADE EM RELAÇÃO AO TOPO.DA ESTACA.


46

FIGURA 23 – DETALHE DO CORPO DE PROVA QUE APRESENTA CONCRETO

POROSO COM VISUALIZAÇÃO DOS AGREGADOS.


Outro fenômeno de segregação é o efeito parede, que ocorre próximo à

superfície lateral das paredes da estaca, devido à elevada taxa de armadura o

agregado graúdo é peneirado pela armadura, fazendo com que a parede da estaca

fique com um concreto mais argamassado, de pouca resistência e mais poroso.

(figura 24).

FIGURA 24 – AFUNDAMENTO CENTRAL NO TOPO DA ESTACA: EFEITO DA

ARMAÇÃO NO APRISIONAMENTO DO CONCRETO, CONSTATAÇÃO DE

MATERIAL POROSO E FRACO NOS SEUS PRIMEIROS 1,5M A PARTIR DO

TOPO.


47

Essas manifestações patologicas são provocadas pelo erro do traço do

concreto, na falta de homogeneidade e qualidade dos agregados; inadequado fator

água-cimento; entre outras causas descritas a seguir:

- Falta de finos no concreto, em especial abaixo da peneira 0,3 mm, causada

pela presença de areia artificial grossa no traço. Neste caso, o consumo de cimento

de 400 kg/m3 pode ser insuficiente.

-O não emprego de um aditivo incorporador de ar para correção da

granulometria dos agregados.

- O emprego de cimentos fabricados com escórias “vitrificadas“, que

agravam os efeitos da exsudação do traço de concreto.

- O consumo efetivo de cimento no traço inferior a 400kg/m3. Muitos

fornecedores de concreto se balizam apenas no fck de 20 MPa e considerando o

consumo de cimento de 400kg/m3 elevado, optam por reduzir este consumo, sem

informar ao contratante.

- O descontrole da adição de água no ato do recebimento do concreto no

campo no momento de ajuste da trabalhabilidade “slump teste”.

Recomendações para evitar manifestações patológicas no concreto:

- Não empregar pó de pedra;

- Teor de ar incorporado no traço – máximo 4,5%;

- Exsudação máxima 1,0%;

- Emprego de aditivos plastificantes incorporadores de microbolhas de ar;

- Não permitir redosagem de aditivos, a não ser o autorizado pelo fabricante;

- Dar preferência aos cimentos sem adição de escórias de auto forno,

especialmente o cimento CP III.

- Empregar finos totais no traço em valor não inferior a 650 kg/m3 (passante

48

na peneira n 200), sendo que pelo menos 400 kg/m3 destes seja de materiais

cimentícios.

- Não usar aditivos superplastificantes, pois são incompatíveis com os

tempos do processo de estacas hélice contínua, pois elevam a trabalhabilidade do

concreto por período de apenas 20 a 30minutos, iniciando a pega em seguida

(BOLETIM..., 2008; MILITITSKY, 2005).

3.2 EXCENTRICIDADE

Excentricidade é a medida do deslocamento entre o centro da estaca

projetada e a estaca executada. Por normal, se limita à 10 % do diâmetro da estaca.

Uma vez ultrapassado este limite, o projetista deverá ser informado para

providencias como reforçar o bloco ou criar vigas de reforço, alavancar ou relocar

uma estaca, ou até projetando nova configuração para o conjunto de estacas deste

apoio. (BOLETIM..., 2008).

Para se evitar a excentricidade ao locar a obra, é recomendado que ao se

executar o gabarito e a marcação da estaca, deve-se cravar o piquete 20cm abaixo

da cota do terreno e colocar cal para evitar erros de locação.(FIGURA 25)

FIGURA 25 – DETALHE DE CRAVAÇÃO DO PIQUETE.

49

3.3 PRUMO DA ESTACA HÉLICE CONTÍNUA

Em terrenos moles ou em aterros recém executados há uma grande

probabilidade de desvio do prumo da estaca devido ao desnivelamento do

maquinário de perfuração (figura 26).

FIGURA 26 – CORTINA COM ESTACAS DESAPRUMADAS E CURVATURA VISÍVEL

FONTE: Marcos Carnaúba - Engenheiro Civil Consultor

Para se evitar esta manifestação patologica, recomenda-se a retirada do

solo mole, na profundidade de pelo menos 2 metros, colocação de seixo rolado em

seu lugar e compactação do mesmo. Após este processo inicia-se o procedimento

padrão de execução de estacas.

3.4 SECCIONAMENTO DO FUSTE

Os problemas de integridade das estacas de hélice contínua se restringem,

50

na maioria dos casos, ao trecho superior da estaca, por se ter menor pressão de

terra. Uma das causas da variação de seção ao longo do comprimento deste tipo de

fundação se dá pelo desconfinamento de solo pela ação do trado e pela diminuição

de pressão de concreto na concretagem desta estaca (figura 27). A remoção do solo

durante o processo de introdução do trado, aliviando as tensões horizontais

existentes quando da execução da estaca e reduzindo consideravelmente a

resistência lateral antes verificada (MILITITSKY, 2005).

FIGURA 27 – SECCIONAMENTO DE FUSTE OCASIONADO POR

CONCRETAGEM NÃO PRESSURIZADA.


Para se evitar o desconfinamento de solo, segundo PENNA et al, (1999,

p.75), deve-se retirar o menor volume de terra possível, fazendo com que o trado

penetre, a cada volta, o inferior ao seu passo de volta, para se evitar que o trado

51

funcione como um transportador vertical do solo. O trado deve ter torque suficiente e

haste compatível ao comprimento da estaca, caso contrário a estaca com menor

comprimento também terá menor resistência (MILITITSKY, 2005).

Para se verificar se ocorreu ou não desconfinamento do solo, geralmente é

feita uma prospeccção antes e depois da perfuração.

Já durante a concretagem, a velocidade de subida da haste está

diretamente relacionada com a pressão e o consumo de concreto. O operador deve

atentar para a pressão do concreto que deve está sempre positiva. Não deixando

apresentar vazios entre a retirada da hélice do terreno e o preenchimento da

cavidade, evitando possíveis estrangulamentos ou seccionamento do fuste. Sendo

assim os operadores menos experientes tem a tendência de retirar o trado com

maior velocidade, reduzindo a pressão de injeção do concreto. Quando o concreto

começa a sair pelo lado do trado, o operador equivocadamente desliga a bomba de

injeção de concreto, mesmo abaixo da cota de arrasamento. O procedimento correto

seria deixar a bomba de injeção do concreto em operação e a pressão de

concretagem positiva até, pelo menos, a cota de arrasamento, quer esteja ou não

saindo concreto pelo lado do trado (BOLETIM..., 2008; MILITITSKY, 2005;

VELLOSO, 2000).

A execução de estaca próxima a outro elemento recentemente concretado,

em solos instáveis ou pouco resistentes, afeta sua integridade, ocorrendo alteração

do fuste da estaca e alteração da posição do topo da estaca, caso que pode ser

verificado na figura 28. (MILITITSKY, 2005) A boa técnica recomenda o

espaçamento entre estacas na ordem de 2 a 3 diâmetros de distância entre elas,

mas por garantia de execução recomenda-se de 3 a 4 diâmetros de distância o

espaçamento entre as estacas.

52

FIGURA 28 – EXECUÇAO DE ESTACAS PRÓXIMAS COM CONCRETO FRESCO


3.5 ARMADURA

O processo de colocação de armadura também é um fator que gera

manifestações patologicas na estaca, como é o caso de dano da estaca provocado

pela colocação de armadura de forma inadequada com uso de equipamento

inadequado ou choques na armadura. Em solos moles pode ocorrer a posição da

armadura fora do corpo da estaca devido a procedimentos impróprios de colocação.

Podemos observar um exemplo de excentricidade na figura 29.

53

FIGURA 29 – EXCENTRICIDADE DE ARMADURA

FONTE: Edifício Maria Radavelli (2008)

A dificuldade ou impossibilidade da colocação da armadura (figura 30) se

deve ao mal detalhamento de projeto, baixa trabalhabilidade do concreto ou demora

entre concretagem e colocação da armadura (MILITITSKY , 2005).

FIGURA 30 – DIFICULDADE DE COLOCAÇÃO DE ARMADURA DA ESTACA

HÉLICE CONTÍNUA


54

Em estacas de grande diâmetro, deve-se ter cuidado especial quando é

colocado enrijecimento em sua armadura, estes podem dificultar ou prejudicar a

concretagem (figura 31) (MILITITSKY, 2005).

FIGURA 31 – PROBLEMAS DE ARMADURA: (A) COLOCAÇÃO CORRETA E

INCORRETA DE ESPAÇADORES NA ARMADURA; (B) PRESENÇA DE

ENRIJECEDORES DE ARMADURA BEM E MAL POSICIONADOS.


Deve-se verificar se não há ausência ou posição incorreta de armadura de

fretagem de projeto no bloco (figura 32), que é utilizada quando há mudança de

seção entre elementos estruturais evitando danos à estaca (MILITITSKY, 2005).

55

FIGURA 32 – (A) ARMADURAS DE FRETAGEM DE SEÇÃO CIRCULAR E

RETANGULAR; (B) POSIÇÃO INCORRETA; (C) AUSÊNCIA DE ARMADURA DE

FRETAGEM.


56

Em algumas situações o prolongamento do corpo da estaca, é executado

elemento em concreto simples, sem vinculação de qualquer natureza. A ausência de

armadura ao se prolongar a estaca quando a cota de arrasamento é diferente do

essencial resultando em necessidade de emenda ou perda de espera de pilar é uma

manifestação patológica grave (figura 33). Essa situação pode ser instável ou

produzir solicitações que as peças envolvidas não suportam com segurança.

FIGURA 33 – COTA DE ARRAZAMENTO DIFERENTE DA COTA DE PROJETO.


57

4 ENSAIOS PARA O CONTROLE DE QUALIDADE

Estacas moldadas in loco se constituem em uma solução freqüente na

engenharia de fundações. Muitas vezes, os elementos assumem grandes

dimensões e um número reduzido de estacas tende a ser utilizado para absorver os

carregamentos, de modo que a garantia da qualidade da concretagem é

fundamental para o sucesso de um projeto. A avaliação da integridade de fundações

profundas tem seguido internacionalmente uma tendência do uso de métodos

indiretos e não-destrutivos.

Existem diversos ensaios para averiguação da perfeita execução deste tipo

de fundação, estes ensaios serão explorados a seguir:

4.1 EXAME DE INTEGRIDADE

Existem vários métodos para verificar a integridade da estaca, como por

exemplo o exame de fuste, a retirada de testemunhos utilizando-se sondagens

rotativas, ensaio pile integrety tester (P.I.T.), para a verificação da integridade do

fuste. Já os ensaios de carga estática e o de carga dinâmica, além de verificar a

integridade do fuste ainda avaliam a capacidade de carga da estaca. (PENNA et al,

1999)

4.1.1 Exame de fuste

Como geralmente a manifestação patológica deste tipo de estaca está

próximo á superfície, escava-se a parte superior da estaca para se verificar a

integridade. Para se realizar este exame, utiliza-se uma retro-escavadeira para a

escavação do topo da estaca e completada manualmente por operários,

principalmente nas primeiras estacas, quando esta escavação deve ser aprofundada

58

ao máximo, porém sem ultrapassar 1/3 do comprimento da estacam para não

comprometer sua capacidade de carga. (PENNA et al, 1999)

4.1.2 Sondagem rotativa

Para a realização desta sondagem, é recomendado o barrilete duplo

giratório (figura 34), a ancoragem da sonda rotativa deverá ser feita evitando-se

trepidações durante a perfuração, que deve ser paralela ao eixo da estaca, evitando-

se que atinja o fuste da estaca antes de chegar à ponta da mesma.

FIGURA 34 – BARRILETE DUPLO GIRATÓRIO


Podemos observar os testemunhos da estaca na figura 35.

FIGURA 35 – EXTRAÇÃO DE TESTEMUNOS DE CONCRETO DAS ESTACAS.


Niyama, Dr. Eng.

59

4.1.3 Ensaio de PIT (Pile Integrity Tester)

Também chamado de “Low Strain Method” – Teste de Integridade com

Impacto de baixa Deformação. O teste se resume a vários golpes de martelo

aplicados no topo da estaca. O impacto do martelo gera uma onda de tensão que se

propaga ao longo do fuste até a ponta e, por reflexão, até o topo da estaca com uma

determinada velocidade, que é função do material da estaca. Essa onda causa uma

deformação muito pequena, mas uma alta aceleração que é medida por um

acelerômetro de alta sensibilidade fixado ao topo da estaca. Os sinais dessa

aceleração captados são amplificados e digitalizados em um computador portátil que

possui um programa que seleciona, analisa e interpreta estes sinais, conhecido

como PIT. O esquema do ensaio PIT pode ser observado nas figuras 36 e 37.

FIGURA 36 – ILUSTRAÇÃO DO ENSAIO PIT.


Niyama, Dr. Eng.

60

FIGURA 37 – EXECUÇÃO DO ENSAIO PIT.

FONTE: site www.insitu.com.br

Com esses dados pode-se caracterizar as condições de integridade

estrutural da estaca.

As anomolias que poderão ser verificadas com este ensaio são (figura 38 e

39):

- Juntas frias, descontinuidade e/ou seccionamento pleno da seção;

- Alargamento/estreitamento de seção;

- Mudanças nas propriedades dos materiais que constituem a estaca;

- Intrusões de solo significativas (5 a 10%, ou mais, do diâmetro da estaca);

- Determinação do provável comprimento (dispersões da ordem de ± 5 a

10%);

- Emendas (caso de estacas pré-fabricadas de concreto, aço, madeira e,

eventualmente, moldadas in loco);

- Concreto de má qualidade (PENNA et al, 1999).

61

FIGURA 38 – VARIAÇÃO DA SEÇÃO DO FUSTE


FIGURA 39 – CORTINA COM ESTACAS DESAPRUMADAS E ARMADURA APARENTE

FONTE: Marcos Carnaúba - Engenheiro Civil Consultor

62

4.1.4 Prova de Carga Estática As provas de carga estática são bastante difundidas no meio técnico e

recomendadas pela NBR 6122. De posse deste ensaio que corresponde à realidade

da estaca, ou seja, o comportamento da mesma em condições de carregamento.

Pode-se verificar a utilidade dos métodos de capacidade de carga para este tipo

especifico de fundação profunda.

A prova de carga estática é o único ensaio que reproduz as condições de

trabalho de uma estaca, pois os ensaios dinâmicos não necessitam de correlações.

Este ensaio também é o único utilizado para verificar a capacidade de carga de

estacas que foram projetadas para receber cargas de tração ou esforços

transversais.

O sistema de reação projetado para aplicação de carga à estaca pode ser a

tração, compressão ou transversal, e deve ser estável para o nível do carregamento

a atingir no teste.

Na execução da prova de carga, a estaca deverá ser carregada até duas

vezes o valor previsto para sua carga. Caso ocorra ruptura antes deste valor, o

projeto de estaqueamento deverá ser reavaliado.

O ensaio poderá ser realizado com carregamento lento e rápido, conforme

item 3.3.2 da NBR 12.131 ou com carregamento lento até 1,2 vezes a carga de

trabalho e daí até o final do ensaio, com carregamento rápido, conforme proposição

de Urbano R. Alonso (PENNA et al, 1999; BOLETIM..., 2008).

Na execução do ensaio há necessidade de se montar um sistema de reação

que se permita aplicar a carga com segurança, seguindo as prescrições dos ítens

2.1.4 e 2.1.8 da NBR 12131, para se obter estabilidade suficiente para execução do

ensaio, este sistema é projetado em função do tipo de carga (tração, compressão ou

63

transversal). No ensaio a estaca é carregada em incrementos progressivos medindo-

se os valores da carga aplicada (P) e o deslocamento correspondente do topo da

estaca (d) conforme indicado na figura 40. Conforme Burin e Maffei (1989), a partir

deste ensaio poderemos obter a trajetória de equilíbrio do conjunto estaca-solo

(genericamente chamado de estaca) (ALONSO,1996; PENNA et al, 1999).

FIGURA 40 – TRAJETÓRIA DE EQUILÍBRIO DA ESTACA (CURVA CARGA VS.

RECALQUE)


Poderemos observar os esquemas de prova de carga estática para reação por

tirantes na figura 41, reação por chumbadores na figura 42 e reação por cargueira

na figura 43.

64


TIRANTES

.


Niyama, Dr. Eng.


CHUMBADORES

.


Niyama, Dr. Eng.

65


CARGUEIRAS.


Niyama, Dr. Eng.

4.1.5 Prova de carga à tração

O sistema de reação para provas de carga de estacas tracionadas é

composto por dois esquemas estruturais: o apoio em “fogueiras” e apoio em

estacas, principalmente se a estaca a ensaiar for inclinada (figura 44). É importante

lembrar que nas provas de carga à tração usa-se, geralmente uma só viga de apoio

para o macaco hidráulico. Por esta razão é necessário escorar essa viga evitando o

tombamento que poderá causar acidentes. As escoras utilizadas podem ser de

madeira, ou uma estrutura de apoio em concreto, mesmo que a estaca a ensaiar

não seja inclinada (PENNA et al, 1999; BOLETIM..., 2008).

66

FIGURA 44 – SISTEMAS DE REAÇÃO PARA PROVAS DE CARGA.


4.1.6 Prova de carga à compressão

Atualmente, não só pela maior ordem de grandeza dos carregamentos das

estacas como pelas facilidades que existem em se encontrar um grande número de

empresas que executam tirantes, raras vezes se utilizam cargueiras formadas por

caixões de areia, chapa de aço e perfis metálicos nas provas de carga, representado

esquematicamente na figura 45.

Para cargas de reação baixas da ordem de até 600 KN, pode-se usar

apenas uma viga ancorada em dois tirantes de barra, mas neste caso é importante

que essa viga seja ancorada lateralmente evitando o tombamento que poderá

causar acidentes (PENNA et al, 1999; BOLETIM..., 2008).

67

FIGURA 45 – SISTEMA BÁSICO DE REAÇÃO COM CARGUEIRA.


4.1.7 Prova de carga transversal.

Nas provas de carga à tração, como sistema de reação pode-se usar o solo

como reação ou duas estacas com o macaco hidráulico reagindo contra elas

(PENNA et al, 1999; BOLETIM..., 2008).

4.1.8 Ensaio dinâmico ou prova de carga dinâmica

O objetivo desse ensaio é determinar a capacidade de ruptura da interação

estaca-solo, para carregamentos estáticos axiais. Ele diferencia das provas de carga

estática pelo carregamento a ser aplicado dinamicamente, materializado através do

impacto de um martelo, no topo da estaca ou bloco executado para este fim, caindo

de altura pré-determinada (figura 46).

68

FIGURA 46 – ILUSTRAÇÃO DA PROVA DE CARGA DINÂMICA (PDA).


Niyama, Dr. Eng.

A medição é feita através da instalação de sensores no fuste da estaca, em

uma seção situada a pelo menos duas vezes o diâmetro, abaixo do topo da mesma.

As condições básicas para o ensaio de prova de carga dinâmica pode ser observado

na figura 47.

Os sinais dos sensores são enviados por cabos ao equipamento PDA, que

armazena e processa os sinais “on-line”. (figura 48)

São utilizados dois pares de sensores sendo um transdutor de deformação

especifica que gera uma tensão proporcional à deformação sofrida pelo material da

estaca durante o golpe. O outro sensor é um acelerômetro, que gera uma tensão

proporcional à aceleração das partículas da estaca. Cada par de sensores é fixado

diametralmente oposto a fim de detectar e compensar os efeitos da excentricidade

do golpe (figura 49).

Além da capacidade de ruptura do solo, outros dados podem ser obtidos

pelo ensaio:

-Tensões máximas de compressão e de tração no material da estaca

durante os golpes;

69

FIGURA 47 – CONDIÇÕES BÁSICAS PARA PROVA DE CARGA DINÂMICA.


70

FIGURA 48 – TELA DO PDA MODELO PAK.


Niyama, Dr. Eng.

FIGURA 49 – INSTRUMENTOS INSTALADOS NA ESTACA DO ENSAIO PDA.

FONTE: (ALONSO,2007)

- Nível de flexão sofrido pela estaca durante o golpe;

- Informações sobre a integridade da estaca, com localização de eventual

71

dano e estimativa de sua intensidade;

- Energia efetivamente transferida para a estaca, permitindo estimar a

eficiência do sistema de cravação;

- Deslocamento máximo da estaca durante o golpe;

- Deslocamento, velocidade, aceleração e força máxima ao nível dos

sensores.

A analise deste ensaio é feita pelo programa utilizando método numérico, o

CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program), que possibilita separar a parcela de

resistência devida a atrito lateral da resistência de ponta, e determinar a distribuição

de atrito ao longo do fuste. Essa análise, geralmente feita posteriormente em

escritório a partir dos dados armazenados pelo PDA.

Em estacas moldadas “in loco” recomenda-se fazer um preparo prévio, que

consiste na execução de um bloco para receber os impactos. Os sensores devem

ser instalados no fuste da estaca e não no bloco. Nesses casos é necessário cautela

para que a estaca não entre em regime de cravação (PENNA et al, 1999;

BOLETIM..., 2008).

4.1.9 ENSAIO “CROSS-HOLE” - TOMOGRAFIA DE ESTACAS

O ensaio “cross-hole” em estacas tem como objetivo a verificação da

qualidade da concretagem do fuste. A tecnologia envolve a geração de pulsos

elétricos em uma unidade de controle e aquisição de dados. Em uma sonda

transmissora, os pulsos são convertidos em ondas ultra-sônicas, as quais são

captadas por uma sonda receptora e convertidas novamente em sinais elétricos. A

resposta da sonda receptora é filtrada em torno de sua freqüência de ressonância,

procedimento que permite minimizar o ruído eletrônico.

72

O transmissor e o receptor operam no interior de tubos preenchidos com

água, previamente incorporados à fundação durante a concretagem. Para garantir

uma "varredura" completa do interior do fuste, são empregados tubos dispostos em

círculo (geralmente um tubo para cada 25-30 cm de diâmetro), os quais são

instalados próximos à periferia da estaca e ao longo de todo seu comprimento. Os

tubos podem ser metálicos ou de PVC, sendo usualmente fixados na própria

armadura da fundação. Para garantir uma boa aderência com o concreto, é

recomendado preencher os tubos com água por ocasião da moldagem do fuste.

A execução do ensaio envolve o posicionamento do transmissor e do

receptor na porção inferior de dois tubos. Em seguida, faz-se com que as sondas

percorram simultaneamente a estaca, registrando-se continuamente a profundidade,

o tempo transcorrido entre a emissão do pulso e sua chegada no receptor e a

energia do sinal recebido. O movimento ascendente das sondas dentro dos tubos se

dá mediante o acionamento manual ou mecânico de cabos apropriados. O ensaio é

repetido diversas vezes, selecionando-se novas combinações de tubos. Com isso,

possíveis regiões defeituosas poderão ser mapeadas espacialmente, ao longo da

profundidade e também por "quadrante". Em estacas de menor diâmetro, é possível

executar o ensaio posicionando-se o emissor e o receptor em um único tubo (single

hole testing).

Os sinais monitorados em campo são analisados com softwares específicos.

A interpretação é efetuada com base no tempo de transmissão do pulso de ultra-

som. O princípio físico consiste no fato de que a presença de material de má

qualidade no fuste retardará ou impedirá a chegada do sinal emitido. Muitos dos

fatores que podem causar um atraso na chegada do pulso de ultra-som; tais como

intrusões de solo (ou lama bentonítica), concreto de baixa qualidade ou formação de

73

vazios; levam também a uma diminuição da energia do sinal transmitido, de modo

que esta grandeza também é considerada na análise. É possível ainda combinar os

dados obtidos para vários pares de tubos instalados na estaca, visualizando-se os

resultados em duas ou três dimensões (figuras 50 e 51). Esse ensaio, que facilita a

identificação de defeitos e confere ao ensaio uma interpretação objetiva, é

conhecido como tomografia (NETO, 2002)

FIGURA 50 – SEÇÃO DA ESTACA POR TOMOGRAFIA.

FONTE: (NETO, 2002)

FIGURA 51 – VISTA EM 3D DA ESTACA POR TOMOGRAFIA .

FONTE: (NETO, 2002)

74

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES PARA FUTUROS

TRABALHOS

Neste trabalho foi abordado o tema estaca tipo hélice contínua: sua

definição, equipamentos, aplicações, método de execução, suas vantagens e

desvantagens, capacidade de carga, com o objetivo do entendimento geral deste

tipo de estaca com o intuito de identificar as manifestações patológicas ocasionadas

por procedimentos executivos falhos.

5.1 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Sendo assim, com base na pesquisa realizada para que se obtenha uma

qualidade adequada das fundações utilizando estacas tipo hélice contínua, tentando

evitar as manifestações patológicas, recomenda-se tomar alguns cuidados durante o

processo de execução.

i) Verificar a qualidade do concreto que será utilizado, além de atentar para

que se não utilize concreto misturado com o material de limpeza da mangueira de

concretagem.

ii) Não é recomendável tirar o trado, quando próximo à superfície, muito

rápido para que não desmorone terra para dentro do fuste ou que se diminua a

pressão de concreto, causando o seccionamento do fuste, fazendo com que a

armadura fique aparente e causando outras manifestações patologicas.

iii) Aconselha-se colocar espaçadores na estaca e ter cuidado ao se colocar

a armadura para fique centrada ao fuste.

iv) Em solos moles ou aterros a excentricidade da armadura é muito comum,

além do guindaste de esteiras que devido ao seu peso tende a ficar em desaprumo,

para que isso não ocorra, recomenda-se um reaterro nas camadas superiores do

75

terreno.

v) Mas para termos garantias de que o processo executivo transcorreu como

desejado, é necessário fazer ensaios para verificação do fuste e capacidade de

carga.

5.2 RECOMENDAÇÕES PARA FUTUROS TRABALHOS

Recomendam-se para os futuros trabalhos futuros os seguintes temas:

i) Aprofundar os métodos de ensaio de estacas tipo hélice contínua;

ii) Verificar quais são os ensaios mais indicados para cada patologia

mencionada neste trabalho.

76

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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ALONSO, U. R. Prova de carga horizontal em estaca hélice contínua. Solos e Rochas,

São Paulo, v.21, n.1, p. 51-57, abr. 1998.

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http://www.gngfundacoes.com.br/boletim_tecnico_GNG.pdf. Acesso em: 02/07/2008.

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1989.

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Prova Carga Estática.

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Ensaios de Carregamento Dinâmico.

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Ensaios de compressão de corpos de prova cilíndricos.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122/1996: Projeto e

Execução de Fundações.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7211/1986: Agregados

para Concreto.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7211/1986: Agregados

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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7480/1992: Barras e

fios de Aço destinados às armaduras para concreto armado.

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Documents

PATOLOGIA EM ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA