Pilha de fundação

O artigo se concentrará na tecnologia de construção de fundações por estacas. Vamos considerar os principais tipos de estacas, descobrir em que elementos são compostos, como são montados, em que condições são projetados. Vamos entender a mecânica do trabalho de fundações por estacas, vamos compreender todos os prós e contras.

Se você estiver interessado em outros tipos de fundações, sugerimos estudar nossos outros artigos sobre este tópico:

• Como drenar o site
• Que tipo de fundação escolher
• Fundação tira. Parte 1: tipos, solos, projeto, custo
• Fundação tira. Parte 2: preparação, marcação, terraplenagem, fôrma, reforço
• Fundação tira. Parte 3: concretagem, operações finais
• Fundação tira. Parte 4: montagem de estruturas de blocos de concreto
• Fundação da coluna
• Laje de fundação

A grande migração de pessoas, atraídas pela natureza, está seguindo seu curso – a construção suburbana está passando por um verdadeiro boom. Moradores de megalópoles desenvolvem áreas suburbanas com confiança e sistematicamente, construindo-as cada vez mais densamente. Infelizmente, nem sempre obtemos o local que gostamos com um relevo aceitável e solos “bons”. Acontece que todos os petiscos já pertencem a alguém ou, nesta área, não há necessidade de esperar estabilidade da terra – turfa, moscas volantes ou, pior ainda, algum tipo de permafrost. Mas, é claro, sempre há uma saída, neste caso vieram em socorro as tecnologias da construção civil industrial e de vários andares – são as fundações por estacas, cada vez mais utilizadas na construção de casas particulares..

Características do uso de fundações por estacas

A ideia de instalar estruturas em estacas não é nova, a tecnologia é conhecida pelas pessoas há vários séculos, mas entrou em um novo estágio de desenvolvimento na segunda metade do século XIX, quando em vez de estantes de madeira passaram a usar estruturas cravadas, compactadas e roscadas feitas de uma combinação de aço e concreto. A fundação por estacas possui uma clara especialização própria, seria incorreto falar sobre as suas vantagens sobre as outras opções de organização da fundação da casa e compará-las segundo quaisquer características. Nas condições para as quais foi desenvolvida, a fundação por estacas não tem concorrentes, não pode ser substituída de forma confiável por outra estrutura. As estacas podem ser utilizadas em qualquer tipo de solo, exceto, talvez, rochas e fundações com movimentos horizontais muito fortes, porém, é tecnológica e economicamente viável seu uso:

• para a construção de edifícios em áreas com elevado nível de água subterrânea;
• onde as camadas superiores da base natural são caracterizadas por uma fraca capacidade de carga (turfeiras, flutuadores), enquanto os solos densos estão localizados bem profundos;
• em uma grande profundidade de congelamento (latitudes do norte, permafrost);
• em encostas íngremes;
• se a massa do edifício for muito grande (por exemplo, edifícios de vários andares feitos de materiais pesados).

Se falamos sobre as características tecnológicas e funcionais das fundações por estacas, então podemos formular os seguintes pontos, muitos dos quais seguem logicamente um do outro:

1. Versatilidade e variabilidade (um grande número de soluções técnicas, há sempre uma escolha para qualquer condição).
2. Grande capacidade de carga.
3. Praticamente nenhum trabalho manual é necessário (mecanização completa dos processos é aceitável).
4. Industrialização (é possível utilizar elementos que são totalmente fabricados na fábrica, o “fator humano” é minimizado).
5. Alta velocidade de construção.
6. A capacidade de construir em qualquer época do ano.
7. Ausência total ou minimização de terraplenagem.
8. durabilidade (especialmente aplicável a estruturas de concreto armado).
9. eficiência relativa (baixo consumo de material – consumo reduzido de concreto, não há necessidade de remover e transportar grandes massas de terra).

O princípio de operação e construção da fundação por estaca

Uma fundação por estacas é um grupo de estacas localizadas sob a forma de um “campo de estacas” ou sob a forma de um “campo de estacas” (filas, “arbustos”, um a um) localizado por baixo de todo o edifício..

Na maioria dos casos, na parte superior, as estacas são combinadas em um único sistema usando uma grade – um conjunto de vigas (travessas), uma treliça (pórtico) ou uma laje maciça. Além de estabilizar pilares de fundação individuais, a grade é projetada para distribuir uniformemente as cargas do edifício, portanto, é um elemento de suporte de carga. Dependendo de estar apoiada no solo (talvez até enterrada), ou se houver um vão entre a superfície e a viga / laje, a grade é dividida em: baixa e alta. Uma grade baixa também pode participar da transferência de pressão para o solo (embora em pequena extensão), mas está sujeita a forças de levantamento e não pode ser usada em solos que são perigosos a este respeito, ou almofadas complexas são dispostas sob ela. O gradeamento alto não participa diretamente da interação solo / edificação, portanto não é empurrado pela expansão dos solos e não se move “a rasgar” em relação às estacas. Não se pode afirmar que a grade é parte integrante da fundação por estaca, pois existem estruturas com cabeçote único para cada estaca..

Qualquer pilha é um longo elemento em forma de haste (às vezes com extensões em várias partes), através do qual o talão e a superfície lateral são transferidas para o solo as cargas da parte acima do solo da casa. Claro, aqui você pode traçar um certo paralelo com os postes da fundação colunar, apenas as estacas são colocadas uma ordem de magnitude mais profundas, e devido ao seu comprimento (leia-se: a grande área total das superfícies laterais) atuam na base, usando também uma força de atrito significativa.

É interessante que as estacas sejam instaladas não apenas estritamente verticalmente, algumas delas podem estar localizadas em certos ângulos em relação ao eixo do prumo, o que permite aumentar a rigidez espacial de toda a fundação, uma vez que alguns de seus elementos atuam de forma diferente na compressão, flexão e tensão. De acordo com a mecânica de interação com os solos, as estacas são divididas em:

• cremalheiras – cortam camadas instáveis ​​e com o fundo apoiado em camada densa, pouco compressível e com boa capacidade de carga (brita, pedras);
• friccional (estacas de fricção, suspensão) – ao cravar, compactam o solo na área de trabalho e transferem a carga para uma base fraca apenas devido às forças de fricção, o efeito de apoio da extremidade inferior da estaca é insignificante.

As estacas são aprofundadas de várias formas, portanto, de acordo com a tecnologia de imersão no solo, as estacas são divididas em várias classes, que podem abranger, por assim dizer, o principal sortido de escolha na engenharia civil:

1. Estacas cravadas – elementos prontos que se instalam sobre uma base natural sem escavação, por prensagem, vibração, martelagem.
2. As estacas cravadas são feitas no canteiro de obras enchendo o poço com concreto. O poço pode ser perfurado ou retirado (deslocamento e compactação).
3. As estacas de parafuso são tubos de aço com lâminas na parte inferior. São aparafusados ​​ao solo e, em seguida, preenchidos por dentro com uma mistura de concreto..
4. Pilares – produtos acabados são imersos em um orifício perfurado.
5. Estacas de suporte – os produtos acabados são instalados no fundo das cava, em cava ou vala, após o que são fixados com aterro.
6. As estacas de injeção são obtidas por bombeamento de concreto de granulação fina no solo sob alta pressão.
7. As estacas Caisson (submersíveis, poço) são cravadas na base com seu próprio peso ou com o uso de carga adicional. Em paralelo com a imersão, o solo é selecionado de dentro da concha.

Alguns métodos de cravação de estacas envolvem o uso de diferentes tipos de conchas que podem cumprir uma função específica. Assim, para estacas perfuradas rasas, são utilizados ativamente tubos não removíveis feitos de material de cobertura, que são tanto impermeabilizantes da parte subterrânea quanto fôrmas no topo. Na tecnologia de tubos móveis verticalmente, a casca atua como uma fôrma, é removida do corte em paralelo com a obra monolítica. O concreto e os tubos de estaca têm uma casca que desempenha uma função de suporte de carga. A maioria dos poços de estaca não são equipados com carcaças – temos contato direto “concreto / solo”.

Os materiais mais tradicionais são utilizados para a fabricação de estacas:

1. As estacas de madeira foram as primeiras a serem utilizadas, e deve-se dizer que tiveram muito sucesso. Por exemplo, na construção de pilares de pontes em São Petersburgo, foram usados ​​troncos de coníferas com um diâmetro de 20 a 40 cm, alguns dos quais sobreviveram até nossos dias. Em solos secos, as estacas de madeira normalmente podem cumprir sua função por muito tempo, principalmente com novos tipos de processamento, mas, é claro, não são capazes de competir em durabilidade com produtos de concreto armado.
2. As estacas de concreto armado são as mais populares no momento. São produtos acabados de 3 a 12 metros de comprimento, na maioria das vezes têm seção quadrada sólida (de 20×20 a 40×40 cm), embora existam outras opções – redondo, prismático, triangular, complexo. A gaiola de reforço para o produto de concreto acabado é necessária principalmente para suportar cargas de flexão, mas para imersão acionada, o metal também ajuda a suportar cargas de choque, portanto, o número de reforço estrutural transversal nas extremidades da estaca é aumentado.
3. As estacas de concreto não têm reforço de corpo inteiro, mas armações de aço são aplicadas no topo.
4. Estacas de entulho de concreto podem conter em sua massa até 30% de entulho.
5. As estacas metálicas são tubos redondos ou retangulares.
6. Combinações de diferentes materiais são bastante comuns, por exemplo, um tubo de aço de uma pilha de parafuso é preenchido com concreto, ou uma ponta de metal com lâminas é colocada em um tronco de madeira.

O tipo específico de pilha e a tecnologia de sua imersão são escolhidos de acordo com muitos fatores, os principais dos quais são:

• a massa e estrutura do edifício;
• capacidade de carga de cada elemento da fundação por estaca;
• características da base natural;
• condições de trabalho no canteiro de obras (alta densidade de construção, estanqueidade …).

Apesar de nem todas as estacas listadas acima serem utilizadas na construção privada, na maioria das vezes várias opções de fundação por estacas são adequadas para resolver um determinado problema, então a mais economicamente rentável é escolhida entre as disponíveis. Falaremos mais sobre eles..

Construção de uma fundação por estacas

A construção de uma fundação por estaca começa com as mesmas operações preparatórias da criação de qualquer outra. A vegetação da área de trabalho é limpa e o gramado é removido, as estradas de acesso são preparadas, as operações de drenagem e desaguamento são realizadas, os materiais são importados na íntegra e outras questões logísticas são resolvidas. Além disso, as marcas dos eixos do edifício e a localização de cada poço são levadas à natureza. Descrevemos em detalhes a etapa preparatória do ciclo zero no artigo “Fundação em tira. Parte 2: preparação, marcação, terraplenagem, fôrma, reforço “.

Naturalmente, levantamentos geológicos de engenharia preliminares são realizados no local, com base nos quais todas as propriedades principais dos solos existentes são reveladas – sua composição camada por camada, capacidade de suporte (compressibilidade), o grau e a natureza da umidade (balanço hídrico). Paralelamente à exploração geológica, é calculada a carga operacional da parte aérea do edifício, que será aplicada aos solos.

Atenção especial é dada às condições de trabalho. Nuances como a presença de outros edifícios próximos que podem ser danificados ou o espaço apertado em um local de construção podem afetar drasticamente a escolha de uma tecnologia específica..

Os dados obtidos são considerados de forma complexa, eles se tornarão o ponto de partida no desenvolvimento do projeto de fundação por estacas. O projeto da fundação por estaca consistirá nos seguintes pontos:

• determinação da capacidade de carga do solo e cargas da estrutura;
• seleção do tipo (seção, material, construção) das estacas;
• escolha racional da tecnologia de imersão (incluindo as especificações do equipamento);
• cálculo do número necessário de estacas e a natureza da sua localização;
• cálculo da profundidade do mergulho;
• projeto da grade (altura / profundidade, material, seção);
• modelar a obra da fundação – comparar possíveis deformações com as aceitáveis;
• justificativa econômica.

À medida que a série de artigos se desenvolvia, tocamos repetidamente nos problemas de desenvolvimento de fundações e, quando possível, demos recomendações práticas sobre o assunto: “Tira a fundação. Parte 1: Tipos, Solos, Projeto, Custo ”ou na seção Column Foundation Design da publicação anterior. No caso das fundações por estacas, a situação é muito mais complicada, principalmente pelo facto de, uma vez que escolhemos e iniciamos o cálculo das estacas, significa que, por definição, se trata de solos muito problemáticos e de uma casa relativamente pesada. Portanto, é melhor confiar a criação de um projeto de trabalho a organizações especializadas neste, que usam programas de modelagem de computador para cálculos e são guiados pelos GOSTs atuais.

Imersão de estacas acabadas

Já observamos que as estacas que são fabricadas na fábrica (via de regra, são produtos de concreto) e já estão acabadas e imersas na base são chamadas de estacas cravadas. Esta versão da fundação por estaca é caracterizada por uma maior capacidade de carga, uma vez que o solo próximo ao fuste é compactado. Um efeito colateral do deslocamento do solo pode ser considerado o estresse dinâmico emergente na fundação, como resultado, uma série de restrições nas condições de trabalho. Em geral, a natureza industrial das estacas de fábrica (em oposição às compactadas) garante todos os climas e alta taxa de construção da fundação, logística conveniente, baixa dependência da saturação de água dos solos, alta capacidade de carga (devido à compactação) e baixo consumo de material..

O processo de cravação de estacas no solo é feito por meio de martelos maciços (a massa da parte de impacto é de 1,5 a 9 toneladas), instalados em veículos automotores pesados. Normalmente usados ​​são escavadeiras hidráulicas e de cabo, guindastes de esteira, que possuem um mastro guia giratório e um martelo a diesel, mecânico ou hidráulico movendo-se ao longo dele. Martelos vibratórios e martelos vibratórios, instalações de prensagem também podem ser usados ​​como equipamento de empilhamento..

O ciclo de cravação da estaca cravada é assim: a máquina agarra a pilha e a puxa – a pilha sobe e é cravada na estrutura de copra – a parte de impacto do martelo atua sobre o produto e o cravam no solo. Existem várias maneiras de influenciar.

Se for usado um martelo a diesel, o trabalho principal é realizado ciclicamente, de acordo com o princípio ICE (o percussor cai de uma altura, a mistura de combustível se inflama, o martelo é levantado devido ao recuo).

O abaixamento e levantamento da parte de trabalho do martelo hidráulico ocorre devido ao sistema hidráulico – não há queda e recuo, o que permite o ajuste fino da frequência e força motriz.

Vibradores pesados ​​são fixados no topo da estaca e fornecem vibrações direcionadas ao longo do eixo do tronco. A operação do equipamento vibratório é realizada por uma estação hidráulica ou um motor elétrico com mecanismo excêntrico.

No projeto das prensadoras SVU, os principais elementos são: os cilindros hidráulicos do curso de trabalho e reverso, bem como um quadro de carga para suspender a carga âncora. O princípio de funcionamento de tais instalações é a aplicação de pressão estática constante.

A cravação de estacas de impacto é justamente considerada o método de imersão mais rápido e barato (de cerca de 300 rublos por metro linear), no entanto, é acompanhada por um nível significativo de ruído e vibração do solo, portanto, não pode ser usada em edifícios densos ou, por exemplo, em zonas de deslizamento. Outro ponto importante – você precisa de um local razoavelmente grande (cerca de 15×35 metros).

O aprofundamento de estacas por indentação é utilizado se o canteiro de obras estiver localizado na parte histórica da cidade, próximo a edifícios degradados ou emergenciais, em solos móveis. A vantagem indiscutível do recuo é a alta precisão de cravar a estaca, mantendo a integridade de sua cabeça, a capacidade de medir a capacidade de carga de cada elemento de fundação em tempo real, compactação (você pode trabalhar em condições apertadas – um local medindo 10×10 metros, até a estrutura mais próxima – a partir de 1 metro). As estacas de canto e laterais também podem ser cravadas por prensagem. Esta tecnologia é um pouco mais cara – aproximadamente, de 800 rublos por metro corrido.

Examinamos os princípios de imersão de força da pilha acabada, esta é, por assim dizer, a ação principal. No entanto, deve-se observar que antes do início da imersão em massa dos poços, são instaladas no local estacas-teste, que, após retidas por vários dias (de 1 a 10, dependendo das características do solo), são submetidas a testes experimentais. A estaca é batida com um martelo (método dinâmico), ou carregada de forma escalonada (método estático), após o que o recalque é medido. O objetivo desta etapa é determinar a capacidade real de suporte de cada elemento da fundação por estaca. Com base nos resultados obtidos, ou os cálculos do projeto são confirmados, ou o comprimento, seção, quantidade e sistema do campo de estacas são ajustados..

A perfuração líder pode ser usada para otimizar o processo de afundamento de estacas acabadas. Este procedimento permite reduzir a carga no solo, reduzir ruídos e vibrações, usar furos mais longos e passar camadas de areia com mais de 2 metros de espessura. Os poços possuem diâmetro menor que a seção transversal dos produtos de concreto armado, não atingindo o nível de imersão da pilha calculado em 0,5-1 metro de profundidade.

Se a estaca parar durante a imersão (o fenômeno é denominado “rompimento”), o excesso de sua parte aérea é removido e a parte enterrada é testada quanto à conformidade com a capacidade de carga projetada. Se forem obtidos resultados insatisfatórios, uma pilha adicional duplicada é instalada nas proximidades.

Depois de criar o campo de estacas, o concreto de todas as estacas é cortado na mesma altura, os elementos da gaiola de reforço podem ser salvos e dobrados para trás para ligação com a estrutura gradeada.

Ao escolher uma organização para a construção de uma fundação por estacas, é imprescindível levar em consideração as características do equipamento do empreiteiro – peso (pressão específica do chassi na base), características do martelo.

Fabricação de estacas compactadas

As estacas compactas são feitas de concreto diretamente no local da construção. Essas fundações são mais difíceis de fabricar e mais caras (de 23.000 rublos por metro cúbico); durante a construção, são altamente dependentes das condições climáticas e do equilíbrio da água no solo. A vantagem das estacas monolíticas pode ser considerada a possibilidade de construção junto aos edifícios, bem como no interior dos edifícios (para reconstrução, reforço da fundação). Além disso, existem opções para não usar equipamentos pesados ​​no local – às vezes você pode fazer com uma furadeira motorizada ou mesmo manual (se o diâmetro do projeto for de até 30 cm). Acrescentamos que ao organizar a expansão do talão é possível aumentar significativamente a capacidade de carga da estaca e da fundação como um todo. Em princípio, o processo de erguer uma pilha perfurada comum consiste nas seguintes operações:

1. Com a ajuda de um parafuso com furo, são feitos poços no solo. Existem muitas opções para produzir um poço com um método de percussão – deslocando o solo por percussão vibratória, martelamento de conchas recuperáveis ​​/ não recuperáveis.
2. Uma gaiola de reforço é colocada no poço.
3. Com macacos, um tubo de concreto é levado para a cavidade, no topo do qual um funil de recepção é instalado.
4. O concreto é alimentado no poço, o tubo é extraído quando o poço é preenchido.
5. O concreto é compactado por compactação mecânica, pneumática ou hidráulica.
6. A cabeça da pilha é formada (condutor de estoque).
7. A pilha é assentada até que a mistura de concreto esteja completamente endurecida.
8. Se necessário, os cabeçotes da estaca são cortados na altura do projeto.

Para a maioria dos estágios da produção de estacas compactadas, SNiP 3.02.01–87 “Estruturas de terra, fundações e fundações” e SNiP 3.03.01-87 “Estruturas de rolamento e fechamento” podem ser aplicados. Você pode encontrar muitas coisas úteis em nosso artigo “Base da coluna”, bem como “Base da tira. Parte 3: concretagem, operações finais “.

Pilhas de parafuso

Este tipo de estaca é único, pois é uma classe completa em termos de método de construção e imersão. A pilha do parafuso é um tubo de aço (diâmetro 50–300 mm, espessura da parede de 3–6 mm, comprimento de uma única peça até 12 metros) com uma extremidade pontiaguda, ao corpo do qual uma lâmina especial é soldada, e uma cabeça de metal na extremidade da parte acima do solo. Muitos fabricantes revestem seus produtos com compostos anticorrosivos à base de resinas epóxi; a vida útil das estacas de parafuso de alta qualidade é declarada por eles como “150 anos ou mais”.

As vantagens tecnológicas e funcionais das fundações em estacas de parafuso são consideradas como:

• alta velocidade de construção;
• imersão sem choque;
• a possibilidade de instalação manual;
• precisão de instalação;
• falta de terraplenagem;
• resistência sísmica;
• alta resistência às forças de elevação do gelo (superfície lateral lisa com uma pequena área total).

As estacas aparafusadas são montadas aparafusando, não sendo necessário o uso de uma carga adicional de atuação vertical. Portanto, a imersão da pilha do parafuso pode ser feita com ferramenta motorizada ou mesmo manualmente. Se necessário (camadas arenosas, maior profundidade), pode-se usar a perfuração piloto de poços auxiliares. Além das estacas cravadas, este método de submersão permite que o solo seja compactado ao redor do poço. Dependendo do diâmetro do produto, área da lâmina, espessura da parede, cada pilha pode suportar pressão de 1 a 30 toneladas.

As estacas instaladas são cimentadas de dentro para fora com concreto com resistência de M300 e superior. Para melhorar a capacidade de carga, a cavidade de um grande tubo pode ser reforçada com uma estrutura de aço.

Depois de instalar todo o campo de estacas, os corpos das estacas aparafusadas são cortados em altura, as cabeças do projeto exigido são montadas e soldadas sobre eles, o que depende do tipo de grade (para uma barra ou primeiro tronco de coroa, para uma verga de concreto armado, para uma laje monolítica).

É aproximadamente assim que vemos as fundações de estacas modernas. Claro, era possível descrever longe para todos os tipos de pilhas, mas para entender em que direção se mover e, como resultado, fazer a escolha certa, deve haver informações suficientes. Em seguida, temos uma base monolítica em laje.

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