Abismo I – Mega Metálica

SEFE IV – 2000  |  Autor: Armando de Oliveira

1 Resumo

1.1 O trabalho apresenta uma solução para reforço de fundação de um pilar de edifício já pronto, cuja carga aumentou em 280 toneladas. Propõe e justifica o uso de estacas cravadas à reação (“Mega”) metálicas inclinadas, constituídas de segmentos de tubos de aço especial com roscas mecânicas de alta precisão. Contra indica o uso de estacas raiz e de outros tipos de “Mega”, com frequência projetados em casos similares.

1.2 O Autor acredita que a divergência que se apresenta acima deve-se ao distanciamento, algumas vezes existente, entre executores e projetistas. À esta dificuldade de comunicação entre colegas que atuam na mesma obra dá o nome de “abismo”, símbolo anteriormente utilizado por Mello2 no Primeiro SEFE para questão filosófica semelhante.

1.3 O trabalho também apresenta considerações sobre “Megas” tais como a diferença entre carga de trabalho e de cravação; profundidades atingidas; transferências de cargas; “set up” etc…

2 Condições preliminares

2.1 Reforço de Fundações, especialmente quando com o uso de estacas cravadas à reação, também chamadas de estacas prensadas e popularmente designadas como estacas “MEGA”, é uma das áreas da Geotecnia relativamente pouco divulgadas em congressos e seminários.

2.2 É também um setor que com forte tradição prática e empírica com frequência tem uma atuação comercial e técnica isolada de outros setores da Geotecnia.

2.3 Os aspectos acima citados além de outros, tal como o crescente distanciamento de projetistas dos aspectos práticos de obras em geral, concorrem para a existência e o aumento de divergências de conceitos e opiniões entre projetistas e executores de estacas “MEGA”.

2.4 Como executores de reforço de fundações e de estacas “MEGA”, temos encontrado grande dificuldade em encontrar uma forma ou fórum adequado de discussão desta questão que nos conduza a uma conclusão segura de atuação científica, profissional e ética.

2.5 Projetos e soluções aparentemente óbvias e corretas do ponto de vista do projetista, transfiguram-se em inadequadas ou inaceitáveis para um executor qualificado.

2.6 Não é uma questão técnica. Trata-se da dificuldade de comunicação entre profissionais atuando na mesma área ou obra. A este fenômeno denominamos “abismo”, símbolo usado pelo Prof. Victor de Mello no I SEFE para o mesmo problema em outros setores da Geotecnia.

2.7 É nossa opinião que o problema do “abismo”, enfatizando, símbolo da dificuldade de comunicação entre colegas atuando na mesma área ou obra, abrange não somente a Geotecnia mas a Engenharia e outras áreas do conhecimento. No caso específico da Engenharia entendemos que o “abismo” é a causa maior dos acidentes ocorridos nos últimos anos.

2.8 O trabalho que apresentamos abaixo é um pequeno exemplo da questão filosófica e conceitual acima citada. Sua essência está na forma de conjugação e exercício dos conhecimentos teóricos e suas consequências práticas e/ou na inversão deste procedimento.

2.9 Pretendemos com este trabalho contribuir com nossa experiência executiva para o crescimento do conhecimento dos Geotécnicos e da comunicação entre a área de Projeto e Execução de estacas “MEGA”.

3 O Problema
3.1 Trata-se do caso de um edifício já pronto, que teve modificado seu tipo de uso com o acréscimo de dois elevadores grandes. Consequentemente, houve necessidade de reforçar as estruturas, alguns pilares e suas fundações.

Características de um dos pilares, cargas, bloco e fundações:
Sondagem próxima: aterro até 3 m; argila mole de 3 a 8 m; silte compacto a muito compacto até 20 m; nível d’água a 4 m.
Carga total prevista após colocação dos elevadores e reforço – 750 ton.

4 A Solução

4.1 Considerando que as fundações terão uma deficiência de 280 ton (750 – 470) propõe-se um reforço de fundações com 6 estacas cravadas à reação (“Mega”) para carga de trabalho de 50 ton cada.

4.2 Cada estaca deverá ser constituída por tubo de aço especial; inclinadas para fora do bloco 1:10; diâmetro externo de 5 polegadas; espessura de parede 11 mm; peso de 29 kg./m; roscas especiais sem luvas, em segmentos de 70 cm cada; carga de cravação de 80 ton / estaca; comprimento previsto de 13 m ; dispositivo especial para reação ® a ser colocado na parte inferior do bloco já existente no local de cada “Mega”; carga de cunhamento de 50 ton / estaca; último tubo com bolsa para melhor distribuição de tensões; vazio do tubo cheio de concreto armado de alta resistência; chapa 20 x 30 cm, espessura de 20 mm na transição estaca/cabeçote; cabeçotes, cunhas e concretagem central para cargas de 80 ton.
(detalhe A). Ver desenhos e fotos a seguir.

5 Soluções contra indicadas

5.1 Reforço de Fundações com estacas “Mega” de concreto na vertical.

5.2 Reforço de Fundações com estaca Raiz ou similares executada na vertical e junto às fundações antigas.

5.3 Reforço de fundações com estaca “Mega” metálica usando segmento de trilho ou perfis.

6Fundamentação da solução
6.1 A forma mais eficiente e econômica de atingirmos o objetivo do reforço é com a transferência das novas cargas nas fundações para regiões do solo com características adequadas e onde não existam tensões expressivas provenientes das fundações já existentes.

6.2 Para tal deveremos colocar as novas fundações fora do perímetro e área da antiga e o mais profundo possível (desenhos anexos). Para atingir grandes profundidades as estacas de reforço (´´Mega“ metálica) deverão ter o menor diâmetro compatível com as cargas pretendidas.

6.3 Outros pormenores técnicos executivos como emendas sem luvas e uso de aço especial são obrigatórios.

6.4 Estatisticamente sabemos (como consequência de dezenas de obras semelhantes executadas nos últimos 15 anos) que estacas metálicas diâmetro 5 polegadas atingem um comprimento ´´útil“ 1,5 vezes maior que estacas pré-moldadas convencionais nas mesmas condições de subsolo.

6.5 Se cravarmos uma estaca ´´Mega“ metálica diâmetro 5 polegadas com inclinação 1:10, e sabendo que ela atingirá profundidades superiores às pré-moldadas já existentes, garantiremos a formação de um novo bulbo de pressão independente ao já existente (ver desenho).

6.6 Por outro lado sabemos que estacas ´´Mega“ de concreto centrifugado atingem comprimentos inferiores as cravadas com bate-estacas convencional. Estatisticamente atingem 75% do comprimento ´´útil“ ou seja, aquele cravado em solo resistente.
6.7 Se lembrarmos o item 7.2.3. na N.B.R. 6122 veremos que nessa hipótese não haverá qualquer ganho de carga prático ou teórico. O bulbo de carga já existente não aumentará. Existe ainda o risco de prejuízo às fundações antigas como veremos adiante em 7.8.

6.8 Outra solução, que entendemos não ser tecnicamente adequada ao presente caso, seria o uso de estaca Raiz ou similares. O método executivo utilizado para a sua perfuração injeta grande quantidade de água no solo. Chega a 10.000 litros por estaca ou mais em alguns casos. Esta água quando injetada junto às fundações antigas ou seja, na região do bulbo de tensões, provoca diminuição de sua capacidade suporte e o consequente recalque das fundações antigas. Esta perda de carga é normalmente relacionada com a expansão de sua parcela mineralógica (montmorilonita) quando saturada. Estes recalques são maiores ou menores em função das tensões e das características do solo nos bulbos já existentes e são na prática incalculáveis. Temos conhecimento de casos onde o recalque do prédio se acentuou de forma alarmante e perigosa quando sob impacto de injeções d`água para perfurações levando a suspensão e modificação do serviço.

6.9 Soluções que não sejam ´´Mega“ apresentam ainda o problema de transferência de carga para o pilar. Ou aumentamos o bloco para receber as novas estacas ou perfuramos mesmo e reconcretamos no final. Em qualquer caso é conveniente ou necessário a execução de um pré-carregamento nas fundações de reforço para evitar uma deformação que existirá antes das mesmas entrarem em carga. Essas deformações indicam um sobre carregamento das fundações antigas e podem atingir a casa dos centímetros ou decímetros.

6.10 Lembrando que a execução de uma estaca ´´Mega“ metálica com trilhos ou perfis somente é possível com o uso de talas para emenda e solda elétrica, informamos que a nossa longa experiência com esses materiais e serviços foi sempre muito insatisfatória. Normalmente os segmentos são previamente cortados irregularmente (oxy-corte) o que impossibilita um contato entre os mesmos ao serem cravados; os segmentos dificilmente mantêm a axiabilidade; as condições de trabalho do soldador numa vala fechada e as vezes com lençol freático alto são difíceis e insalubres; o ´´Wy“ dos trilhos é 1/6 do ´´Wy“ similar redondo; é frequente uma instabilidade executiva na cravação de trilho ou perfil com macaco hidráulico; etc.

6.11 Estas e inúmeras outras razões levam-nos a entender que os tubos metálicos cujos segmentos são interligados com roscas especiais feitas em tornos mecânicos de precisão, são muito mais adequadas ao serviço que trilhos ou perfis. O Autor possui trabalho (Abismo 2) que aprofunda o estudo comparativo entre tubos e trilhos/perfis para reforço de fundações.
6.12 Outra forma de atingir a solução do problema com o reforço do solo nas regiões onde haverá incremento de tensões, com injeções de cimento; jet-grout; micro cimento; injeções químicas e outras similares. Esse aspecto assim como o cálculo de tensões superpostas não será pormenorizado pela sua complexidade teórica e prática e pelo altíssimo custo. O custo global da solução com estacas ´´Mega“ metálicas tubuladas costuma ser inferior às possíveis alternativas. O custo da ´´Mega“ de concreto é menor ainda porém entendemos
não ser uma solução tecnicamente aceitável no caso.

7 Considerações Complementares

7.1 ´´SET-UP“ (ganho de carga no tempo pelo efeito de cicatrização do solo) das estacas ´´Mega“ metálicas é maior (chega ao dobro) que estacas de concreto convencional, o que nos garante um coeficiente de segurança adicional.

7.2 A grande diferença no comprimento atingido por uma ´´Mega“ metálica 5” em relação à uma ´´Mega“ de concreto centrifugada 10” deve-se ao fato do tubo metálico, cuja ponta fica aberta, penetrar no solo por cisalhamento, enquanto que a de concreto com uma área 4 a 8 vezes maior, penetra por compressão e deslocamento do solo. O mesmo fenômeno acontece com bate- estacas convencionais: um trilho TR-45 atinge profundidades maiores que o seu equivalente pré-moldado de concreto (Ø 30 cm) quando cravados em condições semelhantes.

7.3 Algumas vezes recebemos projeto que não determina a diferença entre carga de trabalho e carga de cravação. Lembramos que a especificação que é dada para a imensa maioria das fundações tais como estacas, tubulões, hélices contínuas e outras, não valem para ´´Mega“. Ou seja, quando o projetista especifica uma estaca pré-moldada para 30 ton, por norma esta estaca deverá ter sua ruptura com coeficiente de segurança dois, portanto de 60 ton. A cravação de uma ´´Mega“ equivale ao rompimento; é como se cada ´´Mega“ fosse uma prova de carga e isto é uma de suas grandes vantagens. Assim o projeto deverá discriminar separado e claramente a carga de trabalho da carga de cravação de uma estaca ´´Mega“.

7.4 Quando não temos projetos ou especificações externas, adotamos um coeficiente de segurança igual a 1,7 para determinar a carga de cravação partindo da estaca de trabalho prevista.

7.5 No caso em estudo, a carga de cravação deverá ser de 80 ton por estaca para uma carga de trabalho de 46 ton (deficiência de 280 ton dividida em 6 estacas).

7.6 Na adoção do coeficiente 1,7 levamos em consideração que após o incremento do ´´set-up“ atingiremos índices de segurança superiores a 2.

7.7 Existe também uma diferença entre carga de trabalho e carga de cunhamento. Nossa opinião é que esta distinção é irrelevante e salvo casos excepcionais onde se deseje solicitar outras fundações antes da ´´Mega“, deve-se ter a carga de cunhamento igual a carga de trabalho.

7.8 Apesar de não termos conhecimento de problemas, comentários ou descrições a respeito, existe grande possibilidade de surgirem tensões e deformações horizontais nas estacas já existentes quando da cravação de ´´Megas“ de concreto muito próximas. Algo similar ao efeito Tschebotarioff. No exemplo em questão a face de uma ´´Mega“ Ø 25 estaria a 20cm Da face da pré-moldada 35×35. Isto na hipótese de estarem ambas na vertical, o que é estatisticamente improvável. Sabemos de obras onde a ´´Mega“ de concreto ´´tombou“ com a pré-moldada existente devido a desvios de ambas.


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