Abismo II | Por que usar “Mega” Metálica com tubos

SEFE IV – 2000  |  Autor: Armando de Oliveira

1Resumo
1.1 O trabalho apresenta pormenores sobre o uso de estacas metálicas cravadas à reação, também denominadas estacas prensadas e popularmente chamadas de estacas “ Mega”. Propõe que sejam constituídas de tubo de aço especial, em segmentos de 70 (setenta) centímetros e interligadas com roscas especiais feitas em oficinas mecânicas de precisão.

1.2 Contra indica o uso de “Mega” metálicas com trilhos, com frequência projetados como solução em casos similares e apresenta justificativas pormenorizadas.

1.3 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 Mello no Primeiro SEFE para questão filosófica semelhante.

1.4 Apresenta também pormenores executivos de “Mega” normalmente utilizadas em obras porém não anteriormente descritas em publicações.

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 de dificuldade de comunicação entre profissionais atuando na mesma área. A este fenômeno denominamos “abismo”, símbolo usado por 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 Reforço de fundamentações com estacas metálicas cravadas à reação
3.1. O problema | Com frequência encontramos projetos de reforço de fundações com estacas de aço especificando o uso de trilhos ou perfis metálicos.
Nossa experiência executiva com este tipo de material é negativa.
Temos proposto aos projetistas e consultores sua substituição por estacas metálicas utilizando tubos de aço com dimensões compatíveis às cargas e conceito estrutural.
Esta substituição foi proposta formalmente em publicação de nossa autoria 14º Simpatcon – 19832; quando indicamos o uso de tubos de diâmetro 4” (20 kg/ml) ou 5” (29 kg/ml) de aço Schedule 80.

3.2. Um exemplo real | No último SEFE (1996) foi publicado um trabalho sobre Reforço de Fundação com estacas de aço.
Em 6 páginas os Autores utilizaram 2 linhas para indicarem que as estacas do tipo Mega usariam perfis TR-25, segmentos de 1,0 m, soldados com talas de 0,30 m (figura anexa).
As inúmeras razões pelas quais, sob a ótica executiva, a solução proposta torna-se estatisticamente inadequada estão pormenorizá-las a seguir:

4Diferenças entre trilhos TR-25 e Tubos Ø 5” Quando usados como Estaca Mega
4.1. Teóricas TR-25, conforme a figura anexa (escala 1:2) é um material não homogêneo em forma, Wx = 110 cm3 Wy = 43 cm3, desgastado desigualmente pelo seu uso anterior mecânico, cortado (usualmente) em segmentos de 1,0 m com oxicorte. O tubo Ø 5” – Schedule 80 é um material homogêneo, Wx = Wy = 107cm3 cortado em segmentos de 70 cm com roscas especiais feitas em oficinas mecânicas de precisão, sem desgaste mecânico, mesmo quando já usado (foto ao lado).

4.2. Custos TR-25 é encontrado a R$ 0,50/kg e o tubo Ø5” a R$ 0,70/kg (SP/SP) . Destaca-se:
• A cravação dos tubos rosqueados é 3 vezes mais rápida que a do trilho devido à ausência de solda.
• Custo da usinagem dos tubos tem peso significativo no preço final. Tem, ainda, variações grandes de mercado, da ordem de R$40,00 a R$ 60,00 o ml.
• Custo da solda dos trilhos varia de R$ 20,00 a R$ 35,00 por emenda.
Para um número pequeno de estacas (menor que 8) os tubos são mais econômicos devido a dispensa de equipamento de solda.
Para um número maior de estacas existe uma equivalência de custos finais.
O aspecto econômico torna-se irrelevante devido a qualidade técnica dos
materiais e serviços em questão.

4.3. Executivos quanto a cravação A forma de contato e transmissão de esforços entre o TR-25 e o macaco hidráulico de cravação é bastante instável. Normalmente a ponta do segmento é irregular devido ao oxi-corte o que dificulta o apoio do macaco sobre o mesmo. Costuma-se usar uma peça especial que se encaixa no TR mais ou menos 10 cm e com o topo plano, dando melhor apoio ao macaco.
No entanto, se esta peça for muito justa é difícil de se retirar na sequência operacional; sendo folgada permite um desalinhamento do segmento.
Este problema é agravado pela instabilidade dos calços até se atingir 1 m de cravação. Ou seja, entre o macaco e a reação temos 100 cm de calços superpostos. Assim, após a solda a peça tem aproximadamente 120 cm fora do terreno sendo que os 20 cm a mais são necessários para permitir a solda da peça seguinte.
Nos tubos Schedules o apoio é perfeito pois ele é cortado em tornos de alta precisão. Para diminuir a instabilidade dos calços utilizamos peças de 70 cm somente. É necessário deixar sobrando 4 cm que é o “passo” da rosca quadrada de travamento (fotos anexas) para interligação e solidarização com a peça subsequente.

4.4. Executivos quanto a cravação A cravação da primeira peça do TR-25 é problemática. Não é estável isoladamente e necessita de auxílio de outro operador que segure a peça enquanto se crava de 30 a 50 cm, quando fica firme. É possível o uso de aparelhos que deixem a peça no sentido vertical, no seu início.
A cravação da primeira peça de tubo não apresenta qualquer problema pois a mesma é estável isoladamente.

4.5. Executivos quanto ao tempo Como já citamos, o tempo de cravação do trilho é três vezes maior que o tubo devido à ausência de solda. Além do aspecto custo, existe o fator segurança, pois em algumas obras o período de cravação de estaca é crítico. Ou seja, é sempre interessante e às vezes obrigatório, que o tempo da vala escavada, antes do reaterro (normalmente com solocimento) seja o menor possível.
4.6. Desvios Diversos aspectos provocam desvios em estacas cravados à reação, destacando-se:
• Instabilidade do segmento e dos calços durante a cravação.
• Interferências enterradas, como entulhos, pedregulhos, etc.
• Estrutura de reação irregular
• Peça originalmente desalinhada devido ao uso.

Desvio dos trilhos:
• Considerando que a parte do segmento que emerge do terreno é da ordem de 20 cm, é muito frequente que desalinhamentos pequenos não sejam perceptíveis visualmente. E não existe aparelhagem adequada para medi-la em obra.
• Assim, o procedimento habitual é colocar o segmento seguinte na vertical e soldá-lo. Esta forma de atuar faz parte da lógica (prumo) de nossos operários padrões e de sua cultura. Eles relutam em assimilar erros executivos e tem profunda dificuldade em entender que se uma estaca inclinar, o correto seria manter a inclinação e não corrigi-la, ou seja, mantendo a axiabilidade.

Desvio de tubos:
• Apesar dos desalinhamentos em tubos serem raros, caso aconteçam tem como grande vantagem o fato de que a correção é automática, ou seja, o rosqueamento de interligação obriga a manutenção do alinhamento.

Agravamento Crítico do problema dos trilhos:
• Quando uma peça (A) desvia, fica inclinada e colocamos a peça subsequente (B) na vertical, ao cravarmos (B) impomos uma força não axial que tende a aumentar ainda mais este desvio. • Considerando o confinamento do solo, este desvio crescerá mais ou menos dependendo das características deste solo. Assim, num solo muito mole a tendência do desvio crescer é grande enquanto que num solo duro, os esforços não axiais serão em grande parte absorvidos por um atrito maior da parte superior do segmento (A) com um aumento menor do desvio.
problema fica mais claro e grave na cravação do segmento seguinte (C). Mesmo que a peça (B) tenha sido cravada inicialmente na vertical, ela é “puxada” por (A) ao penetrar no solo, ocupando seu espaço.
• Assim, ao cravarmos (C), (B) tenderá a ocupar o lugar de (A) ou seja inclinada, e (A) tenderá a manter o mesmo desvio em relação a (B) porém ainda maior em relação a (C) Ou seja, o processo se realimenta sucessivamente e crescentemente até o término da estaca.
• Soubemos de um caso na Baixada Santista (SP) onde a estaca foi desviada (por diversos motivos) e cuja ponta retornou à superfície do terreno.

4.7. Preparo de cabeça da estaca Após o término da cravação de qualquer estaca Mega é feito a sua cabeça. Existe uma relativa padronização deste item, qual seja: coloca-se um cabeçote com 25 x 40 cm e altura de 20 cm de concreto armado sobre a estaca e cunha-se com cargas variáveis (há quem defenda o cunhamento com carga igual à da cravação). Estes cabeçotes são pré fabricados, assim como as cunhas e calços .

Trilho TR-25
• Não é possível a colocação do trilho diretamente contra o cabeçote pois a carga pontual esmagará o concreto.
• Assim, torna-se obrigatório a colocação de dispositivo de transmissão de cargas. Normalmente, usa-se uma chapa de espessura de 2 cm (# ¾”) com 15 cm x 20 cm soldado no topo do trilho.
• Sobre esta chapa coloca-se o cabeçote.

Tubos Ø5” Schedule 80:
Aproveitamos a ponta com bolsa do tubo para o final da estaca. Devido a grande área de contato, para cargas pequenas é possível colocar o cabeçote diretamente contra a bolsa. Para cargas superiores a 40 ton é necessário a colocação de chapa com uma espessura de 2cm como indicado para os trilhos, porém sem solda.

4.8. Soldas metálicas É nossa opinião que este único item já compensaria a troca do TR-25 por tubo Ø5”. A execução de uma solda elétrica no fundo de uma vala tem aspectos que tem que ser vivenciados pessoalmente. É difícil descrever o desconforto, a fumaça e a precariedade deste serviço.

Os aspectos que podemos destacar são:
• Em casos onde o lençol freático está alto e não é possível o rebaixamento, a solda é inexequível.
• As talas usadas num TR-25 são muito pequenas. Se colocarmos duas de 30 cm, como preconizado no mencionado trabalho, mantendo o equilíbrio da peça, elas teriam que ter uma largura máxima de 04 cm (figura 2).
• Lembrando que o contato entre peças (TR-25 – 1 m) é um ponto, os momentos resistentes teóricos da peça estariam próximos do limite dado pelas talas somente, ou seja: Wy peça = Wy talas = 167 cm3. Wy TUBO Ø 5”= 107 cm3

Isto supondo talas com espessura de 8 mm:
• O procedimento usual, mais prático e cômodo, prepara a peça a ser emendada fora da vala, com talas já soldadas. Este serviço costuma ficar aceitável. Após, encaixam-se as talas nos 20 cm Que sobraram da peça anterior e inicia-se a parte crítica, na vala. Normalmente solda-se uma tala primeiro e depois a outra. Esta ação provoca um desalinhamento do segmento pois o efeito térmico da primeira tala enverga a peça enquanto que a solda da segunda tala encontra a resistência da primeira (não volta) .
• Raríssimas vezes encontramos especificações sobre solda. Trilhos, perfis ou tubos, pela sua dimensão e composição, necessitam de equipamentos e materiais especiais de solda. Ou seja, o equipamento não pode ter menos de 400 A . O melhor é o grupo gerador de solda e não o retificador de corrente. O eletrodo deve ser de 4 mm (mínimo) a 5 mm OK 48. Temos conhecimento, outrossim, de graves problemas de soldas em emendas de trilhos e perfis, chegando mesmo a um caso de ruptura de um muro de arrimo por este motivo.
• Higiene e segurança : Como já dissemos as condições de trabalho de solda numa vala são críticas. Costuma-se colocar ventiladores para diminuir a fumaça, porém é mais um aparelho elétrico numa vala. Lembramos que as Megas tubadas só usam equipamentos hidráulicos.


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