Estaca

Instalando as estacas dunha ponte en Napa, California, EUA.

Chámaselle estaca a un elemento construtivo utilizado para cimentación de obras, que permite trasladar as cargas até un estrato resistente do solo, cando este se encontra a unha profundidade tal que fai inviable, técnica ou economicamente, unha cimentación mediante zapatas ou placa.

As estacas poderán traballar individualmente, é dicir, estar illadas, ou traballar en grupo, estando as estacas enlazadas nas súas cabezas por un cepado.

Pola forma en que transmiten as súas cargas ao terreo temos as estacas flotantes, ou estacas de fuste, cando as cargas se transmiten fundamentalmente polo fuste, por rozamento, e úsanse cando non atopamos un estrato do solo óptimo; e as estacas columna, ou estacas de punta, que transmiten as cargas principalmente pola punta, sobre un terreo firme. Tamén entre estas dúas opcións poden darse outras intermedias.

Poden estar constituídas de:

• Formigón in situ
• Formigón prefabricado
• Aceiro
• Madeira
• Solucións mixtas, como poden ser as estacas de aceiro tubular cheo e rodeado de morteiro.

A forma da sección transversal da estaca adoita ser circular ou case circular (cuadrada, hexagonal ou octogonal).

Principio de funcionamento

As estacas trasmiten ao terreo as cargas que reciben da estrutura mediante unha combinación de rozamento lateral ou resistencia por fuste e resistencia á penetración ou resistencia por punta. Ambas dependen das características da estaca e do terreo, e a combinación idónea ten unhas razóns técnicas. Para unha estaca circular, formigonada in situ e apoiada cunha punta inferior sobre un estrato de resistencia apreciable, a carga de afundimento vén dada por:

$N_{u}=\mu (\pi \varnothing )\left(qH+{\frac {\gamma H^{2}}{2}}\right)+\pi \varnothing ^{2}\sigma _{t}$

Onde:

$H,\varnothing$, altura e diámetro da estaca.

$q\,$, sobrecarga [kN/m²] sobre a base de cimentación da estacaxe.

$\gamma ,\mu \,$, peso específico do terreo e coeficiente de rozamento terreo-estaca.

$\sigma _{t}\,$ presión admisible sobre o estrato no que se apoia a punta da estaca.

Cabe dicir que, como en todo traballo relacionado coa enxeñería xeotécnica, existe certo grao de incerteza na capacidade final dunha estaca. É por isto que boa parte da investigación que se vén facendo neste campo ten que ver con métodos que permitan realizar un control de calidade a baixo custo. O método máis obvio, aínda que o máis custoso, é facer unha proba de carga. Como métodos alternativos podemos mencionar: probas de resonancia, prensa hidráulica de Osterberg, probas de análise de ondas, probas sísmicas.

En moitos casos as teorías que permiten estimar a resistencia de fuste e a resistencia de punta son de tipo empírico, resultado dunha análise estatística do comportamento de certas estacas en determinadas condicións de terreo. Polo tanto, é sumamente importante coñecer a orixe e as condicións baixo as cales as fórmulas de cálculo son válidas.

Tipos

Poden ser de natureza e formas moi variadas. En xeral será un elemento máis ou menos prismático cunha lonxitude moito maior que a súa sección transversal. De forma xeral, atendendo á forma de colocar a estaca no terreo temos:

• Estacas fincadas, espétanse no terreo sen facer escavacións previas.
• Estacas escavadas ou perforadas, instálanse en escavacións previas realizadas no terreo.
• Ademais hai solucións intermedias, como fincar a estaca en preescavacións parciais.

Os tipos de estacas tamén evolucionan constantemente polas mudanzas nos procesos de construción.

Primeiras estacas

O tipo de estaca máis antigo constituíase normalmente de madeira, e inventouse para facer alicerces en zonas con solo húmido, co nivel freático alto ou inundadas, sabendo que a madeira en continuo remollo consérvase ben. Estas estacas construtivas primoxénitas eran troncos simplemente descascados e a súa capacidade portante baseábase en ben, chegaban a unha capa con pena no terreo suficientemente resistente, ou ben o rozamento do corpo co terreo era o que proporcionaba a suxeición, dándolle tamén máis cohesión ao terreo ao ser comprimido.

Estaca in situ

Proceso de execución dunha estaca in situ

Denomínase estaca in situ nos casos en que o método construtivo consiste en realizar unha perforación no chan, logo na cal se introduce unha armazón e posteriormente se enche de formigón.

Pode ser que os solos que se vaian perforar sexan pouco cohesivos, onde calquera movemento como o que produce a broca ou útil ao perforar, ou a simple presenza de auga, fai que rompa totalmente a cohesión. É por isto que se presentan derrubamentos no interior das paredes da perforación, fenómenos denominados "caídos".

Pola forma de execución do baleirado distínguense basicamente dous tipos: de extracción e de desprazamento. Unha estaca de extracción realízase escavándose o terreo, mentres que a de desprazamento execútase compactándoo. Para manter a estabilidades das paredes da escavación utilízanse diferentes técnicas.

Os tipos de pilotes in situ están recollidos nas Normas Tecnolóxicas da Edificación.

Estaca in situ de desprazamento con punteira

Usualmente emprégase como estaca de pouca profundidade que traballa por punta, apoiada en rocha ou capa dura de terreo, despois de atravesar capas brandas. Tamén se usa como estaca que resiste por fuste e punta en terreos granulares medios ou frouxos, ou en terreos de capas alternadas coherentes e granulares con algunha consistencia.

Estaca in situ de desprazamento con tapón de gravas

Emprégase normalmente como estaca que traballa por fuste en terreos granulares de compacidade media ou en terreos con capas alternadas coherentes e granulares con algunha consistencia.

Estaca in situ de extracción con entubación recuperable

Este tipo de estaca execútase escavando o terreo e utilizando unha funda (un tubo metálico), que evita que se derrube a escavación. Unha vez completado o baleirado, e segundo se vai formigonando a estaca, vaise retirando gradualmente a camisa, que pode ser reutilizada.

Para estacas de pouca profundidade que traballan por punta, apoiadas en pena. Tamén como estacaxe traballando por fuste en terreos coherentes de consistencia firme, practicamente homoxéneos.

Estaca in situ de extracción con funda perdida

Séguese o mesmo método do tipo in situ de extracción con entubación recuperable, coa diferenza de que a camisa metálica non se extrae, senón que fica unida definitivamente á estaca.

Úsase como estacaxe traballando por punta apoiada en rocha ou capa dura de terreo e sempre que se atravesen capas de terreo incoherente fino en presenza de auga, ou exista fluxo de auga e nalgúns casos, con capas de terreo coherente brando; ou cando existan capas agresivas ao formigón fresco. A funda utilizarase para protexer o tramo das estacas exposto á acción do terreo agresivo ou a un fluxo de auga. A lonxitude do tubo que constitúe a funda será tal que, suspendida desde a boca da perforación, profundice dous diámetros por debaixo da capa perigosa.

Estaca in situ perforado sen entubación con lodos tixotrópicos

É unha estaca de extracción, na que a estabilidade da escavación élle confiada aos lodos tixotrópicos. Usualmente emprégase como estaca traballando por punta, apoiada en rocha ou capa dura de terreo. Ou tamén cando se atravesen capas brandas que se manteñen estables ante os lodos.

Estaca in situ barrenada sen entubación

Barrena para a execución de estacas.

Úsase normalmente como estaca que traballa por punta, apoiada en capa de terreo coherente duro. Tamén como estaca traballando por fuste en terreo coherente de consistencia firme practicamente homoxéneo ou coherente de consistencia media no que non se produzan desprendementos das paredes.

Estaca in situ barrenada e formigonada por tubo central de barrena

Trátase de estacas por desprazamento de terras por medio dunha barrena continua. Posteriormente execútase o formigonado por bombeo polo tubo central existente no interior da barrena.

Este sistema resulta apropiado para solos brandos e inestables e con presenza de auga. A armadura introdúcese unha vez perforada e formigonada a estaca, polo que xera o inconveniente de que debido á densidade do formigón, a lonxitude de armado non supera os 7,00- 9,00 m.

Utilízase normalmente como estaca traballando por punta, apoiada en rocha ou capas duras de terreo. Tamén como estaca traballando por fuste e punta en terreos de compacidade ou consistencia media, ou en terreos de capas alternadas coherentes e granulares dalgunha consistencia

Estacas fincadas

Consiste en introducir elementos prefabricados de formigón similares a postes de luz ou seccións metálicas por medio dun batestacas no solo.

Ditos elementos son colocados verticalmente sobre a superficie do terreo e posteriormente "fincados" no chan a base de golpes de "martinete", isto fai que o elemento descenda, penetrando no terreo, tarefa que se prolonga até que se alcance a profundidade do estrato resistente e se produza o "rexeitamento" do solo, no caso de ser unha estaca que traballe por "punta", ou de chegar á profundidade de deseño, no caso de ser unha estaca que traballe por "fricción".

Estacas prefabricadas

Tamén son coñecidas polo nome de estacas premoldeadas. Poden estar construídas con formigón armado ou con formigón pretensado.

As estacas de formigón armado convencional utilízanse para traballar a compresión; os de formigón pretensado funcionan ben a tracción, e serven para estacados, e cando deben quedar somerxidas baixo a auga. Estas estacas crávanse no terreo por medio de golpes que efectúa un batestacas.

A súa sección normalmente é cadrada e as súas dimensións son de 30 cm x 30 cm ou 45 cm x 45 cm. Tamén se constrúen con seccións hexagonais en casos especiais. Están compostos por dúas armaduras: unha lonxitudinal con catro varillas de 25 mm de diámetro, e outra transversal composta por estribos de varilla de 8 mm de sección como mínimo. A cabeza da estaca refórzase mediante cercos cunha separación de 5 cm nunha lonxitude dun metro. A punta vai reforzada cunha peza metálica especial para facilitar a penetración.

Véxase tamén

• Esteo