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antolara.2007.12.04
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Fundações e contenções com perfis metálicos | ||
fonte: Revista Techne - Edicao 128 - Novembro/2007 - www.piniweb.com.br As estacas metálicas podem ser cravadas em profundidades dificilmente atingíveis pelas estacas pré-moldadas de concreto, o que acaba por lhes conferir capacidade de carga maior, podendo-se utilizar, na maioria dos casos, a totalidade de sua capacidade estrutural. Tal fato se deve às suas características de resistência à percussão sem que ocorra quebra durante a cravação. por Ivan Joppert Jr., engenheiro civil, diretor da Infraestrutura Engenharia e professor da Escola de Engenharia Mackenzie, infraestrutura@infraestrutura.eng.br Sob o aspecto geotécnico, as estacas metálicas são utilizadas como fundações profundas nos seguintes casos: a) Ocorrência de solo residual (alteração de rocha) onde a profundidade das estacas não é constante, o que gera perdas por sobras e quebras quando se utilizam estacas pré-moldadas; b) Em solos sedimentares quando há necessidade de ultrapassar horizontes de argila dura ou pedregulho; c) Em locais com camadas espessas de solos orgânicos moles e/ou areias fofas onde é possível a diminuição da seção da estaca com a profundidade. Fundações
Atualmente, com a disponibilidade de perfis estruturais laminados no mercado brasileiro, com ampla variedade de bitolas, nas formas I e H, tornou-se mais interessante, sob o aspecto técnico e econômico, o uso de perfis novos, aproveitando integralmente a sua capacidade estrutural. Para tanto, devem-se considerar aspectos tais como a resistência do aço utilizado para fabricação, uniformidade e retilinidade das peças, e o seu desempenho frente à corrosão. Os perfis laminados fabricados no Brasil seguem as especificações da norma ASTM A6/6M e são produzidos em aço ASTM A 572, grau 50, com tensão de escoamento de ƒ = 3.500,00 kg/cm² (38% maior em comparação com o aço ASTM A 36). A aplicação dos perfis estruturais laminados em obras de fundações e contenções vem crescendo exponencialmente, em função, basicamente, dos seguintes fatores:
Nesse caso, substituem-se com muita vantagem as gaiolas de armação por uma peça estrutural de aço, tendo como resultado a conseqüente diminuiçãodemão-de-obra e agilização dos serviços. Normas de cálculo vigentesSegundo a norma NBR 8800/1986 – Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios (Método dos Estados Limites) para fins de dimensionamento estrutural dos perfis trabalhando como estacas comprimidas, devem-se levar em consideração os seguintes fatores que vão limitar as suas tensões de trabalho:
Fatores de segurança – NBR 6122 – Projeto e Execução de FundaçõesSegundo a NBR 6122 as fundações profundas devem ser dimensionadas para trabalhar com fator de segurança com relação à ruptura maior ou igual a 2. Pode-se trabalhar com fator de segurança de 1,6 desde que seja executada uma prova de carga prévia nas estacas antes do detalhamento do projeto de fundações. Sendo assim, a carga de trabalho das estacas fabricadas em aço ASTM A572, grau 50, deverá ser dimensionada segundo as proposições abaixo: a) Estacas dimensionadas por método de calculo de capacidade de carga Efeito da corrosão nas estacas O efeito de corrosão nas estruturas enterradas está condicionado basicamente aos seguintes fatores:
A NBR 6122 estabelece a redução de 1,5 mm da espessura do perfil, em todo o seu perímetro. Como conseqüência, as estacas devem ser dimensionadas com uma área útil menor do que as especificadas nos catálogos do fabricante de acordo com a fórmula Aútil = Areal – (perímetro x 0,15), e com a tabela 1. Deve ser ressaltado que esse requerimento está sendo reavaliado com base em parâmetros menos conservadores que levam em conta as condições de contorno do solo local. Diversas análises feitas em peças de aço enterradas em todo o mundo demonstram que os atuais parâmetros de perda de massa adotados pela NBR 6122 seriam válidos para uma estaca com uma vida útil de 50 anos, implantada em solo orgânico muito ácido (pH<4), condição raramente observada na grande maioria dos solos brasileiros. Exemplo de aplicação: verificação estrutural de uma estaca HP 310 x 110 Comparativo de resistência entre perfis Quando se analisam os vários tipos de perfis existentes no mercado é possível verificar que para perfis com mesma capacidade estrutural, os perfis laminados de abas paralelas produzidos em aço ASTM A 572, grau 50, proporcionam uma economia de material de aproximadamente 13% quando comparados com os perfis tradicionais produzidos em aço ASTM A 36; e em torno de 45% quando se trata de trilhos usados. Também se deve levar em consideração o fato de que os perfis laminados são peças homogêneas (mesma composição de aço em toda a sua massa) e têm qualidade certificada. Estacas com seção variável Atualmente estão sendo utilizadas com relativo sucesso as estacas metálicas com seção variável ao longo da profundidade. Essa solução é aplicável em locais onde as estacas são muito longas, a exemplo da região da Baixada Santista, litoral de São Paulo, onde as estacas atingem até 50 m de profundidade. A solução conta com a dissipação da carga que incide no topo da estaca ao longo da profundidade por meio de atrito lateral. Devido à necessidade de emendar a estaca por meio de solda, é possível compô-la com o mesmo tipo de perfil (por exemplo, HP 310) em segmentos de espessura de aba e alma diminuindo com a profundidade, a exemplo da figura 2. Contenções utilizando-se perfis metálicos Perfis com pranchada A utilização de perfis metálicos como contenção, quando cravados junto ao limite das suas escavações, traz as seguintes vantagens ao construtor:
No caso da utilização desse tipo de contenção com a finalidade da implantação de subsolos em edifícios urbanos, é comum que ela seja encarada como provisória, sendo que o trecho prancheado fica normalmente em balanço e o restante do perfil engastado no solo. Como essa etapa da obra é relativamente rápida (um ano aproximadamente), não se considera a diminuição da seção do perfil devido à corrosão, sendo que o momento máximo do perfil pode ser obtido pela fórmula: No quadro 1 podemos estabelecer as correlações entre os momentos máximos dos perfis metálicos utilizados nessas contenções. Parede-diafragma com estacas secantes A solução "parede-diafragma com estacas secantes" vem ganhando mercado, sendo uma concorrente direta da parede-diafragma executada com o auxílio da lama bentonítica. Tal fato se deve à sua grande versatilidade quando comparada com as técnicas tradicionais, por tratar-se de processo limpo, que envolve equipamentos de menor porte, além de penetrar em materiais de grande resistência tais como argila dura e rocha gnaisse A4. Sua execução segue a seguinte metodologia: •Perfuração O equipamento utilizado na execução da cortina de estacas secantes é uma perfuratriz de hélice contínua que possui um acessório na torre de perfuração, chamado "cabeça dupla", que possibilita a execução de perfuração encostada na divisa e o recorte de peças de concreto. A cabeça dupla é composta por um tubo de revestimento que gira no sentido anti-horário e um trado helicoidal que gira no sentido horário, de modo que o tubo de revestimento perfura e o trado helicoidal limpa a parte interna da perfuração. A ponta do tubo de revestimento é composta por aço-vídea que possibilita o recorte de peças de concreto. •Concretagem Faz parte do processo de execução o preenchimento das estacas com argamassa fluida pós-misturada de cimento e areia, fornecida por silos ou com argamassa proveniente de usina transportada por caminhão betoneira. A argamassa deve possuir slump mínimo de 27 cm ± 2 cm, slump flow de 32 cm ± 4 cm e o fck deve estar entre 18 MPa e 25 MPa. •Armação As primeiras estacas executadas na obra não devem ser armadas, ou seja, devem ser apenas preenchidas com argamassa. As peças devem ser implantadas deixando-se a previsão para a execução, em uma segunda etapa, de outras estacas entre as já preenchidas com argamassa. As estacas da segunda etapa devem recortar as estacas já preenchidas, de forma a promover a interação de toda a cortina. Essas estacas da segunda etapa receberão a armação necessária para suportar a solicitação dos empuxos à qual estarão expostas (veja figura 4A). Também é possível a utilização de perfis I de aço laminado para a estruturação das estacas (veja figura 4B) tornando a obra mais versátil e com custos bastante competitivos. Outra possibilidade é implantar perfis estruturais em vez de armadura nas estacas iniciais possibilitando maior estruturação da parede para absorver grandes esforços cortantes e flexão (veja figura 4B). Quando se utilizam os perfis laminados como núcleo das estacas é comum que sejam os das linhas W250 ou W310, que devem ser dimensionados de acordo com os esforços solicitantes sem qualquer perda por corrosão, tendo em vista que as estacas estarão sempre protegidas pela argamassa de enchimento das estacas. A determinação do embutimento abaixo dos subsolos, bem como os esforços e condições de estabilidade da cortina, são os mesmos adotados no cálculo da parede-diafragma escavada com lama bentonítica. Essa técnica foi utilizada na execução dos shafts para emboques verticais e horizontais dos túneis da passagem da avenida Cidade Jardim sob a avenida Brigadeiro Faria Lima (veja fotos), e também no emboque dos túneis que estão sendo construídos na estação Vila Sonia da Linha Amarela do Metrô com total sucesso, sem que tenha ocorrido qualquer patologia nessas obras.
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| antolara 4.12.2007 |
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