Fernanda Stracke
Dentre os tipos de fundações profundas, as estacas raiz se destacam por ter a possibilidade de perfurar camadas muito resistentes de rocha. Embora amplamente utilizadas, há poucos livros que abordam detalhadamente as suas particularidades de execução e aspectos relacionados à estimativas de seus prazos e custos associados.
Quando utilizamos as estacas raiz ?
Por: Fernanda Stracke
As estacas raiz são estacas moldadas in loco, utilizadas principalmente quando há a presença de camadas de alteração de rocha ou rocha no subsolo. Dentro os tipos de fundações profundas, é um dos poucos tipos de estacas que perfuram a rocha. Entender quando elas são utilizadas e quais são todas as suas particularidades é muito importante para gerenciar a obra na etapa de fundações.
Há duas situações onde as estacas raiz são mais utilizadas:
1) Quando temos a presença de alteração de rocha ou rocha no subsolo: a estaca raiz é amplamente utilizada neste caso. A sequência executiva da estaca e o equipamento permite perfurar camadas de alteração de rocha desde aquelas com uma qualidade mais baixa até as rochas mais duras.
2) Em locais com restrição de acesso ou pé-direito: quando comparados com equipamentos de outros tipos de estacas como as estacas hélice contínua ou escavadas, por exemplo, o equipamento de execução de estacas raiz possui porte reduzido, o que faz com que as estacas raiz sejam muito utilizadas em locais com alguma restrição de acesso como dentro de uma construção já existente, por exemplo, ou quando temos alguma restrição aérea como uma rede elétrica, por exemplo. Nestes casos, mesmo não havendo presença de camadas de rocha, a estaca raiz é utilizada devido à reduzida dimensão dos eqiupamentos que executam esse tipo de estaca.
A figura abaixo mostra um equipamento típico de estacas raiz.
As vantagens e desvantagens das estacas raiz
Um dos diferenciais das estacas raiz é ela suportar cargas muito elevadas. Isso ocorre pelo fato de ela perfurar camadas de rocha. Os diâmetros das estacas raiz, definidos pela NBR 6122/2022 – Projeto e execução de fundações são de 150mm, 250mm, 310mm, 400mm e 450mm. Para termos uma idéia da ordem de grandeza das cargas máximas utilizadas neste tipo de estaca, em estacas de 250mm se trabalha com cargas de até 70 tf, estacas de 310mm com cargas de até 100tf e estacas de 400mm com cargas de até 140tf. É importante destacar que a carga admissível deve ser determinada a partir do dimensionamento geotécnico (cálculo da sua capacidade de carga através de métodos como de Antunes e Cabral, por exemplo) e dimensionamento estrutural a partir dos critérios definidos na NBR 6122/2022.
Além disso, a estaca raiz também uma estaca bastante versátil pois pode ser executada em solos com a presença de água e menos resistentes, assim como pode também ser executada em solos com maior resistência e secos. Mas, embora possa ser utilizada em quase todos os tipos de solo, seu uso é recomendado somente quando necessário, pois sua baixa produtividade de estacas por dia e os custos mais elevados – quando comparamos com outros tipos de estacas – são alguns fatores negativos desse tipo de estaca.
Outra vantagem da estaca raiz é a possibilidade de execução de estacas inclinadas, que são muito úteis em obras como pontes e balanças onde temos a presença de cargas horizontais. A imagem abaixo demonstra uma das possibilidades de inclinação da torre de um equipamento de estaca raiz para execução das estacas inclinadas.
As etapas de execução das estacas raiz
Dentre os tipos de fundações profundas, as estacas raiz é um dos tipos de estacas que possui uma sequência executiva mais complexa.
Vamos entender a partir de agora cada etapa da execução:
1) Perfuração em solo: a depender do perfil de solo, podemos ter ou não uma camada inicial a ser perfurada em solo antes da perfuração em rocha.
Para a perfuração em solo, é cravada uma camisa metálica recuperável que irá estabilizar o solo e por vezes também vedar a presença de água. A camisa é cravada por meio de rotação realizada pela perfuratriz. Os tubos metálicos são posicionados em segmentos de 1,0 a 1,5m, rosqueados entre si. A figura abaixo mostra a camisa recuperável utilizada no trecho em solo.
Concomitante com a cravação desta camisa, é realizada a circulação de água injetada com pressão dentro desta camisa para expulsão do solo e avanço da perfuração.
2) Perfuração em rocha: quando se alcança a camada de rocha, uma ferramenta denominada de bits avança e, por roto-percussão, fragmenta a rocha com o auxílio de injeção de ar comprimido para ir ao mesmo tempo realizando a expulsão do material fragmentado de rocha.
3) Posicionamento da armadura: após a perfuração e limpeza do fuste, é posicionada a armadura sempre integral ao longo de toda estaca.
4) Injeção da argamassa: depois de instalada a armadura, é introduzido o tubo de injeção até o final da perfuração para proceder à injeção, de baixo para cima, até que a argamassa extravase pela boca do tubo de revestimento, garantindo-se assim que a água ou a lama de perfuração seja substituída pela argamassa.
O traço normalmente utilizado contém 80 litros de areia para 1 saco de 50 Kg de cimento e 20 a 25 litros de água, o que confere à argamassa uma resistência característica superior a 20 MPa e atende ao consumo mínimo de cimento conforme ABNT – NBR 6122:2022.
É importante observar que a NBR 6122/2022 não especifica o traço da argamassa das estacas raiz, mas sim as seguintes características:
a) consumo de cimento igual ou superior a 600 kg/m3
b) fator água/cimento entre 0,5 e 0,6
c) agregado: areia
d) fck ≥ 20 Mpa
É fortemente recomendado que, finalizada a etapa de injeção da argamassa e antes da retirada do tubo de revestimento recuperável do trecho em solo, se realiza o procedimento da dar pressão na cabeça da estaca com o ar comprimido. Neste momento, em geral a argamassa entra entre os veios da alteração de rocha e a argamassa desce na cabeça da estaca. Então se preenche com mais um pouco de argamassa até o seu topo novamente.
5) Retirada do tubo de revestimento recuperável: após esta etapa a estaca raiz está finalizada.
Custos e produtividade
Definida uma solução em estacas raiz como fundação, é fundamental estimar corretamente os seus custos e prazos associados.
Há poucas informações sobre as estacas raiz em relação ao gerenciamento desta solução e seus prazos e custos associados. É importante compreender todas as variáveis envolvidas, estas serão detalhadas a seguir:
1) Armaduras das estacas raiz: ao elaborar um orçamento de estacas raiz, devemos sempre lembrar que este tipo de estaca é sempre armada ao longo de todo seu comprimento. O número de barras longitudinais e seu diâmetro assim como o diâmetro e passo dos estribos é definido no Projeto de Fundações. A imagem abaixo demonstra a especificação de número de barras e estribos de uma armadura típica de estacas raiz.
2) Argamassa para concretagem da estaca: ao contrário de outros tipos de estacas moldadas in loco como estacas escavadas e hélice, por exemplo, que são de concreto, as estacas raiz são concretadas com uma argamassa executada em obra. Não há praticamente registros em livros de consumos dos materiais desta argamassa. A tabela abaixo apresenta os consumos de areia e cimento por cada metro de estaca, para os diferentes diâmetros de estacas raiz.
3) Locação de compressor: o método de execução de uma estaca raiz exige que, junto com a perfuratriz, se tenha na obra um compressor com potência ideal recomendada de 1.100 p.c.m. e 950 bar alugado. Para incluir no orçamento a verba de locação de compressor, precisamos estimar o prazo previsto para execução das estacas. Para fins de estimativa, pode-se considerar uma produção média entre 4 e 6 estacas por dia. Essa produção pode variar a depender da dureza da rocha perfurada (rochas muito “duras” tendem a levar um tempo maior para perfurar havendo impacto direto na produtividade), da logística do canteiro de obras (em obras de pontes por exemplo, há a necessidade de movimentar o equipamento de execução de estacas raiz de uma margem para a outra e esta manobra irá impactar na produção. Ou ainda, também no caso de estacas raiz executadas em obras de ponte, é necessário colocar o equipamento sobre uma balsa e estas manobras também demandam tempo).
Mas, de maneira geral, se considerarmos uma produção de 5 estacas raiz por dia, e tivermos o número total de estacas, teremos o prazo de duração para saber o tempo de locação do compressor na estimativa de custos.
4) Custos de perfuração das estacas: de maneira geral, precisamos orçar com empresas de execução os preços unitários para mobilização e desmobilização do equipamento na obra e os valores de perfuração da estaca raiz, por cada diâmetro, em solo e rocha. Os preços de perfuração são maiores para a perfuração do trecho em rocha. Realizamos então a composição de custos a partir dos valores unitários orçados.
Levando em consideração estes 4 itens você pode realizar uma composição de custos para orçar as fundações em estacas raiz da sua obra, compondo o valor total de material e mão-de-obra.
Considerações finais
As estacas raiz possuem muitas particularidades tanto do ponto de vista da sua execução quanto do seu orçamento. Compreender quando elas são utilizadas, qual é o seu processo executivo e saber orçar e prever os prazos de execução destes serviços é fundamental para o gerenciamento assertivo da sua obra.
