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Estacas de fundação: necessidade e projeto

As estacas de fundação são elementos estruturais que permitem alcançar os estratos de solo mais resistentes localizados em profundidade. Descubra como projetá-los

Existem situações em que não é possível encontrar solo suficientemente resistente em superfície para sustentar uma estrutura de forma segura e estável. No entanto, graças às fundações profundas e, em particular, às estacas de fundação, é possível resolver esse problema de forma eficaz.

No artigo a seguir, exploraremos as diferentes tipologias de estacas de fundação, cada uma com características específicas. Veremos como esses elementos podem ser utilizados de acordo com as necessidades do projeto e as características do solo. Além disso, forneceremos algumas dicas úteis para o seu projeto.

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O que são estacas de fundação?

As estacas de fundação são elementos estruturais que se enquadram na categoria das “fundações profundas ou indiretas”, pois têm a capacidade de transferir a carga vertical da estrutura para estratos de solo mais resistentes e estáveis localizados em maiores profundidades.

Ao contrário das fundações superficiais, que transferem a carga para o solo apenas através do plano de apoio, as estacas de fundação transmitem a carga tanto por atrito ao longo da superfície lateral da fundação quanto por carga de ponta, dependendo da relação entre o diâmetro da estaca e sua altura.

As estacas de fundação podem ser feitas de diferentes materiais, como concreto armado, aço ou madeira. Elas são cravadas no solo para alcançar os estratos portantes e fornecer a resistência necessária contra as forças externas que não seriam gerenciáveis por uma fundação superficial.

O principal objetivo das fundações em estacas é reduzir os recalques a longo prazo, aproveitando as características mecânicas dos substratos profundos e evitando os problemas relacionados à presença, nos estratos superficiais, de solos moles, lençóis freáticos ou cavidades.

Quando usar fundações em estacas?

Entre as diferentes tipologias de fundação às quais é possível recorrer para garantir a segurança e a estabilidade de uma obra, geralmente é aconselhável recorrer ao uso de estacas de fundação quando:

  • o solo em superfície tem capacidade portante insuficiente para suportar a carga da estrutura. As estacas de fundação permitem alcançar estratos de solo mais profundos e estáveis, distribuindo a carga de forma eficaz para evitar recalques e deformações excessivas;
  • a estrutura precisa ser isolada de solos superficiais sujeitos a fenômenos prejudiciais como erosão, lavagem ou ação de agentes externos. As estacas de fundação permitem posicionar as fundações abaixo desses solos problemáticos, protegendo assim a estrutura dos efeitos prejudiciais;
  • é tecnicamente impossível realizar fundações superficiais, como no caso de estruturas offshore ou na presença de solos caracterizados por altos gradientes de filtração, solos incoerentes ou situações que tornam impraticável o uso de outras tipologias de fundações;
  • os recalques previstos são incompatíveis com o tipo de estrutura a ser construída, pois excedem o limite máximo que a mesma pode suportar. As estacas de fundação, ao atingirem profundidades elevadas, permitem gerenciar de forma controlada os recalques absolutos e diferenciais, garantindo assim estabilidade e segurança a longo prazo para a estrutura.

Tipologias de estacas de fundação

As estacas de fundação podem ser classificadas com base em diferentes critérios que levam em consideração o material, as dimensões ou as tecnologias construtivas empregadas para a realização desses elementos estruturais.

Com referência às dimensões, é possível dividir as estacas de fundação em:

  • estacas de pequeno diâmetro: são aquelas com diâmetro inferior a 25 cm e comprimentos principalmente entre 5 e 20 m;
  • estacas de médio diâmetro: são aquelas com diâmetro entre 30 e 60 cm, com comprimentos geralmente variando de 5 a 25 m;
  • estacas de grande diâmetro: são aquelas com diâmetro superior a 80 cm e podem atingir comprimentos frequentemente da ordem de 20 a 40 m.

Com base no material utilizado, podem-se ter:

  • estacas de madeira: são feitas a partir de troncos de árvores e são caracterizadas por um fuste com fibras retas, sem impurezas e nós. São cravadas no solo por meio de batida. Quanto maior a presença de resina na madeira, maior será a resistência e a durabilidade da estaca. A disponibilidade de estacas de madeira de grandes dimensões pode ser limitada, e sua durabilidade ao longo do tempo pode ser influenciada pela umidade do solo e por organismos xilófagos;
  • estacas metálicas: feitas de aço, essas estacas oferecem maior resistência e durabilidade, sendo adequadas para situações que exigem alta capacidade de carga. São frequentemente utilizadas na construção de arranha-céus ou estruturas industriais. Durante o processo de instalação, as estacas metálicas são batidas ou perfuradas, dependendo da técnica construtiva adotada. Em comparação com outros tipos de estacas, são mais resistentes e duráveis, o que as torna especialmente adequadas em casos em que é necessário superar solos compactos ou rochosos. No entanto, seu custo pode ser mais elevado, razão pela qual são mais frequentemente utilizadas em projetos que exigem particular robustez e resistência estrutural;
  • estacas de concreto: a maioria das fundações em estacas é realizada utilizando estacas de concreto armado. Este tipo pode ser dividido em duas categorias principais:
    • estacas pré-fabricadas: esta categoria inclui estacas de concreto armado que são pré-fabricadas fora do canteiro de obras. Após um período adequado de cura e endurecimento, são transportadas para o local de instalação. Lá, são cravadas no solo por técnicas como batida ou perfuração, aproveitando sua resistência estrutural;
    • estacas moldadas in loco: nesta categoria estão incluídas as estacas de concreto armado que são construídas diretamente no canteiro de obras, ao contrário das pré-fabricadas. A característica distintiva deste tipo é o método de inserção da camisa metálica, usada como cofragem. Esta camisa pode ser cravada no solo por batida ou perfuração e pode ser do tipo “perdida” ou recuperada após o concreto completar o processo de endurecimento.

Por fim, com base na tecnologia construtiva adotada para a realização da estaca, é possível fazer uma distinção entre:

  • estacas batidas: são feitas inserindo a estaca de fundação no solo por meio do processo de batida ou percussão. Esse procedimento envolve a cravação da estaca por meio de empuxo, sem remover material, apenas movendo ou compactando-o;
  • estacas perfuradas: envolvem a remoção e substituição do solo por meio do uso de equipamentos de perfuração. Geralmente, uma broca ou uma hélice é usada para perfurar o solo, removendo o material durante a operação. Posteriormente, a estaca é inserida no furo criado. Este método é particularmente útil na presença de solos mais compactos ou rochosos, onde a simples batida pode ser ineficaz. A remoção e substituição do solo permitem criar uma fundação mais resistente e estável.
Tipologias de estacas de fundação

Tipologias de estacas de fundação

O cálculo das estacas de fundação: fatores e etapas

O cálculo das estacas de fundação é um processo complexo que requer uma avaliação precisa de vários fatores geotécnicos, estruturais e ambientais. Abaixo, vamos ilustrar as principais etapas envolvidas neste processo:

  • caracterização do solo: antes de iniciar o projeto, é fundamental realizar uma investigação geológica e geotécnica adequada para entender as características do solo onde as fundações serão construídas. Este estudo pode incluir vários tipos de testes (como sondagens, ensaios de penetração estática, ensaios pressiométricos, etc.). Os dados coletados fornecerão informações cruciais sobre a composição do solo, sua resistência, a presença de lençóis freáticos e outros fatores que podem influenciar o projeto das fundações;
  • definição das cargas: o próximo passo é determinar as ações que as fundações terão que suportar. Com base nas características do solo e das cargas previstas, é selecionado o tipo de estaca mais adequado;
  • dimensionamento das estacas: o dimensionamento das estacas é realizado levando em consideração as características do solo e as cargas aplicadas. São considerados parâmetros como a resistência na ponta da estaca, a resistência lateral, etc.;
  • verificação da capacidade de carga: é necessário verificar se as estacas são capazes de suportar as cargas previstas sem exceder os limites permitidos. Isso é feito calculando a capacidade de carga das estacas e comparando-a com as cargas aplicadas. A capacidade de carga pode ser determinada usando métodos analíticos ou por meio de testes de carga em estacas.
Cálculo das estacas de fundação - EdiLus

Cálculo das estacas de fundação – EdiLus

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Como inserir estacas de fundação

Como definir a estratigrafia do solo para as fundações e configurar as opções de cálculo da carga limite

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