Abismo III Solo Grampeado | SOLUÇÕES PRÁTICAS

SEFE V – 2004  |  Autor: Armando de Oliveira e João Armando Lopes de Oliveira

1Resumo
O trabalho apresenta soluções e alternativas práticas para métodos executivos de solo grampeado que divergem dos usualmente projetados nas seguintes questões:

• Proteção da barra de aço do grampo contra corrosão.
• Interligação grampo/paramento.
• Paramento substituindo concreto projetado.

Os Autores acreditam que a divergência acima citada deve-se ao distanciamento inadequado, algumas vezes existente, entre projetistas e executores. À esta dificuldade de comunicação entre colegas que atuam na mesma obra dão o nome de “Abismo”, símbolo anteriormente utilizado por Mello no Primeiro SEFE4 para questão filosófica semelhante.
São apresentadas também, algumas considerações sobre solo grampeado.

Palavras-chave: Abismo, Solo Grampeado, Corrosão.

2 Condições preliminares
Os Autores atuam desde 1984 como executores de solo grampeado, técnica esta utilizada para estabilização de taludes e muros de arrimo. Com o objetivo de repassar suas experiências à coletividade Geotécnica, apresentam soluções práticas e econômicas para proteção da barra de aço à corrosão, interligação barra de aço/paramento bem como para um tipo de paramento que substitua o concreto projetado. As soluções apresentadas a titulo de alternativas foram testadas em mais de uma centena de obras de solo grampeado. Suas concepções foram confirmadas em inúmeros ensaios de campo e de laboratório.Desconhecem publicações a respeito.

As soluções apresentadas divergem profundamente das usualmente projetadas ao confrontar o aspecto teórico, citado em publicações, com o aspecto prático, utilizado em campo pelos Autores. O Professor Victor  Mello, na abertura do I SEFE, utiliza-se do termo “Abismo” para discorrer sobre tema similar. Não coincidentemente, os Autores têm tido grandes dificuldades em encontrar uma forma ou fórum adequado à discussão desta divergência, que conduza a uma conclusão segura de atuação cientifica, profissional e ética.

Projetos e soluções aparentemente óbvios e corretos do ponto de vista do Projetista, transfiguram-se em inadequados para um executor qualificado. 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.

O presente trabalho é um pequeno exemplo da questão filosófica e conceitual descrita anteriormente. Sua essência está na forma de conjugação e exercício dos conhecimentos teóricos e suas consequências práticas e/ou na inversão deste procedimento.

3Soluções Práticas para a Proteção de Grampos Contra a Corrosão
3.1. Solução Normalmente Projetada. | Proteção da barra com pintura anti-corrosiva com graxa tipo Ferroprot 4450.

3.2. Soluções utilizadas em obras | Utilização da barra de aço com diâmetro superior ao projetado. Mínimo de 20 mm.

Utilização de proteção catódica com a colocação de um pequeno ânodo em cada barra. Minimizando custos, usamos uma pequena peça de zinco proveniente de refugo da indústria náutica.

3.3 Esclarecimentos | Somente o conceito filosófico e real do “Abismo”, nossa tese acadêmica, pode explicar o fato de até a presente data termos um  grande número de projetos e obras de Geotecnia usando proteção com pintura contra a corrosão. Nossa opinião é que, além  de inadequada, pode ser prejudicial à obra como resumidamente tentaremos esclarecer.

De acordo com publicação do Instituto de Patologias da Construção6 (2002, p.11), inicialmente é necessário entender que a corrosão no aço nada mais é do que uma reação eletroquímica que precisa necessariamente de quatro bases para sua sustentação:

• Uma região anódica para corroer.
• Uma região catódica para alimentar a região anterior.
• Um caminho externo composto por uma solução ou eletrólito.
• Ligação eletrônica ou caminho interno pelo próprio aço para completar o circuito.

Uma pintura de proteção ou outro sistema qualquer que interfira com um ou mais destes quatro componentes controlará o fenômeno da corrosão do aço. As pinturas de proteção, na verdade, deveriam interferir naquele processo através de três mecanismos básicos:

• Proteção por barreira formando uma película que isola a superfície de aço das soluções ou eletrólitos, causados pelo ambiente.
• Inibição química, promovida por aditivos químicos incorporados à tinta, que inibem as reações anódicas ou catódicas.
• Proteção (catódica) galvânica somente realizada ou efetivada com composição contendo aproximadamente 100% de zinco, sem qualquer presença de resina polimérica na composição, tipo epóxi, que impeça a troca galvânica da partícula de zinco com a superfície do aço.

A maioria das tintas funciona como proteção contra a corrosão, formando uma barreira entre a superfície do aço e os eletrólitos provocados pelo ambiente que circunda a estrutura. A barreira formada pela película é, invariavelmente, permeável à ação da água (líquida ou vapor) e do oxigênio. A penetração de sais (íons), no entanto, sofre alguma restrição no seu transporte através da película, sendo um processo demorado. Desta forma, uma proteção por barreira pode durar alguns anos. Esta durabilidade, ou seja, o espaço de tempo até o instante em que a barreira deixa de ser eficiente, depende  das seguintes características:

• Da inerente permeabilidade da tinta, representada por sua resina aglomerante.
• O tipo e o nível de pigmentos e aditivos incorporados.
• Espessura da película.
• Qualidade da formulação da tinta (principalmente seu teor de sólidos).
• Limpeza da superfície antes da aplicação.
• Qualidade da aplicação.
• Adesão da película à superfície.
• Severidade do ambiente.
Nenhuma tinta é impermeável à ação de um eletrólito. Algumas oferecem maior resistência do que outras. A presença de sais solúveis sob a película, antes da aplicação, é fator vital à sua durabilidade. Algumas resinas, como as alquídicas, à base de óleos secativos, são particularmente recheadas de oxigênio e, portanto, extremamente permeáveis à ação dos eletrólitos. A figura 01 evidência este fenômeno.

As restrições acima, suficientes para contra indicar o uso de proteção com barreira em inúmeros setores da Engenharia, supõem que o serviço não sofreu qualquer dano visível, ou seja, está relativamente íntegro.

No caso específico de solo grampeado temos um profundo e irreversível agravamento ao problema, pois inúmeros aspectos inerentes a este tipo de obra tornam difícil, ou mesmo impossível, garantir esta integridade.
Questões como operários nem sempre adequadamente qualificados e sua cultura e tradição, assim como limitações causadas pelos preços de “mercado” tornam difícil o controle de qualidade de serviços como a pintura por barreira durante sua execução. Agravando a questão, ao contrário de outras áreas da Engenharia, na Geotecnia é impossível verificar a qualidade do serviço de pintura após o término da obra.

Uma pequena falha, independente do motivo que a ocasionou, seja pela inerente permeabilidade da tinta, seja pela qualidade da formulação da tinta, ou decorrente do manuseio, transporte ou instalação da peça comprometerá a integridade da proteção.

Este pequeno defeito permitirá que o cimento contaminado, ou a água e o oxigênio existentes nos vazios, cheguem à armadura detonando diminutos ânodos circundados por grandes regiões catódicas, induzindo altas taxas de corrosão em pontos localizados.

Nesta hipótese, a tentativa de proteção terá efeito exatamente contrário ao pretendido, causando ao grampo um prejuízo infinitamente maior do que o original.

Em seu limite, esta corrosão localizada e intensa poderá provocar o colapso da peça.

Paradoxalmente, a solução para a questão é, além de extremamente simples, barata.

Quando a região anódica é ampla, o próprio processo de corrosão se autodistribui e é protetor das camadas abaixo dela.

Logo, deveremos calcular o diâmetro da barra de aço do grampo deixando uma parcela externa da peça para combater a corrosão.
Na prática, temos considerado que uma espessura do aço CA-50 com 2 mm de espessura é suficiente para proteger as camadas internas.

O aumento do diâmetro da barra de aço do grampo de 16 mm para 20 mm, por exemplo, significa na prática um aumento da ordem de 2% (dois por cento) do valor da obra, propiciando longa sobrevida ao aço.

Experiências com estacas metálicas indicam que para a corrosão atingir 2 mm é necessário períodos superiores a 25 anos, em condições normais, ou seja, meios não excessivamente agressivos. E estas estacas metálicas nunca são pintadas.

Como já citamos, o custo é pequeno e o resultado garantido.

Outra solução para o problema, teoricamente a melhor, seria a instalação de ânodos de zinco que disciplinem o processo de corrosão catódica.

Esta solução já está em uso em inúmeras obras que utilizam o aço como elemento estrutural. Existem no mercado produtos tais como pastilha “Z” e outros que eliminam a corrosão do aço por proteção catódica.

Aparentemente a Geotecnia não soube importar conhecimentos de outras áreas da Engenharia para solucionar questões como a presente (Abismo).

Tanto a solução do aumento do diâmetro da barra de aço como a solução com peças de zinco são mais econômicas que o uso da pintura anti-corrosiva.

3.4 Observações | Temos encontrado projetos que especificam grampos com 10 a 12 metros e cuja barra de aço tem 12 mm. Estes projetos e especificações nos colocam numa situação ética e comercial muito desinteressante.

Como executores de reforço de muros de arrimo temos verificado uma incidência de problemas de corrosão em tirantes com cordoalhas não citados em publicações técnicas.

Contra indicamos o uso de barras com diâmetro inferior a 20 mm.

4Soluções Práticas para Interligação Grampo/Paramento
4.1 Solução Normalmente Projetada

4.2 Soluções Alternativas Utilizadas em Obra:
4.3 Justificativas:

O custo de colocação do sistema de ancoragem com placa metálica, porca, etc. pode atingir valores da ordem de 15% (quinze por cento) do valor da obra.

Como citamos anteriormente, contra-indicamos o uso de barras de aço com diâmetro inferior a 20 mm. Assim, na prática é inadequado a execução de curva na barra devido ao pequeno espaço disponível (Figura 02).

A tensão de tração do grampo que chega ao paramento é assunto sem consenso. Muitos projetistas entendem que ela tende a zero, ou seja, não existe necessidade teórica de interligar o grampo ao paramento. Nossa opinião é que dependendo da localização do grampo e do coeficiente de segurança do maciço, esta tensão pode equivaler à carga de ruptura do próprio grampo. Logo, o paramento teria que absorver toda a carga proveniente do grampo. Desta forma, entendemos como necessária a interligação do grampo ao paramento. No entanto, todos os ensaios de arrancamento do solo (aderência no solo) por nós executados, forneceram resultados inferiores aos testes de arrancamento do concreto (aderência da barra no concreto).

Como conclusão, podemos afirmar que uma ancoragem superior a 30 cm de uma barra de aço com Ø = 20 mm em concreto com fck = 18 Mpa é suficiente para garantir a total solidarização do grampo com o paramento.

4.4 Observações complementares:

Para chegar à conclusão acima executamos diversos ensaios de arrancamento de uma barra de aço Ø 20 e Ø 25 mm em concreto armado com fck = 18 MPa. Os resultados são contrários aos conceitos que nossos colegas Calculistas Estruturais têm da questão, ou seja, o “Abismo” a que nos referimos é até maior em outras áreas da Engenharia e do Conhecimento Humano.

5Alternativas Adotadas para a Execução do Paramento
5.1 Soluções Normalmente Projetadas
• Paramento com concreto projetado via seca.
• Paramento com concreto projetado via úmida.
5.2 Solução Alternativa Proposta
5.3 Justificativas | A única justificativa para a solução proposta é de ordem econômica. Existem inúmeras obras cujas características específicas, destacando-se seu tamanho, concorre para que uma solução com paramento de alvenaria armada fique com menor custo. O uso de concreto projetado implica em equipamentos pesados, especialmente o compressor de ar que deve ter capacidade de 600 p.c.m., aproximadamente. Em obras relativamente pequenas, cujo paramento tenha área inferior a 60 m², o custo de transporte e instalação destes equipamentos torna-se proporcionalmente muito caro. Este item pode significar até 50% (cinquenta por cento) do valor da obra.

A técnica de paramento com alvenaria armada pode ser utilizada por pedreiros e ajudantes sem experiência anterior enquanto que o concreto projetado necessita de pessoal muito especializado.

Tecnicamente, entendemos haver um equilíbrio entre as vantagens e desvantagens de cada sistema.

Salientamos (unicamente) que em termos de drenagem e, principalmente, na manutenção posterior da drenagem, o sistema com alvenaria armada é mais eficiente. Ironicamente, a freqüente falta de qualidade dos blocos estruturais no caso presente tem uma vantagem, qual seja, eles são “per si” permeáveis.

6Considerações Sobre o Solo Grampeado | Proposta Teórica
Entendemos, de forma simplista e prática, ser do interesse de nossa Geotecnia uma definição da zona de atuação do sistema quando o mesmo recebe a denominação solo grampeado. Em sua origem teórica, o sistema solo grampeado é semelhante ao do NATM (New Austrian Tunneling Method) usado em túneis. Mantendo esta correlação, existiria uma interligação de tensões entre os grampos que aumentaria a resistência interna do maciço sem torná-lo rígido. Assim, o sistema solo grampeado se situaria entre um sistema rígido (muro de gravidade) e um sistema de cargas pontuais (tirantes ativos) no qual não existe interligação de tensões entre os grampos.

Temos encontrado projetos e publicações que indicam como sistema solo grampeado obras que, em nosso entender, deveriam ter outra denominação. Alguns especificam grampos distantes 4 (quatro) metros um do outro, ou seja, um grampo a cada 16 m2, com paramento de concreto projetado. Entendemos que as Teorias do NATM não se aplicam a casos como este e, portanto, deveriam ser classificadas de forma diferente.

Numa vertente oposta, obras com a denominação comercial Rimobloco (Ortigão e Palmeira, 1992) têm sido citadas como solo grampeado. Tivemos a oportunidade de executar e/ou acompanhar mais de uma centena de obras tipo Rimobloco e estudar os únicos casos de ruptura.

Considerando que o sistema Rimobloco implica na colocação de 5 (cinco) grampos Ø 10 cm por m² e que normalmente os grampos têm comprimento igual ou inferior a 3 (três) metros, entendemos que este sistema se comporta de forma rígida, semelhante a um solo armado ou a um muro de arrimo de gravidade. A análise “in loco” dos únicos 3 (três) casos de ruptura deste sistema, num total de 450 obras, confirma a hipótese acima. Em todos eles houve uma ruptura global, sendo que dois foram devido ao solapamento da base por inundação.

Assim, um muro de arrimo feito pelo sistema Rimobloco deverá ser calculado pelas teorias clássicas da Mecânica de Solos (Rankine, Coulomb etc.) como muro de gravidade. Da mesma forma, cargas pontuais definidas por tirantes, ativos ou passivos, tem sua forma de cálculo bem definida, especialmente na questão estrutural do paramento.

Os métodos de cálculo para solo grampeado divergem dos anteriores por levarem em consideração as tensões entre grampos que podem ser entendidas ou calculadas como mudanças nos parâmetros internos do solo. Ou seja, os métodos de cálculo para cada caso são totalmente diferentes.

Ressaltamos também que o grande êxito obtido pelo sistema, a dificuldade ou custo de se executar ensaios geotécnicos e outros motivos, têm levado a uma certa padronização do sistema solo grampeado. A grande maioria (aproximadamente 90%) das obras que temos executado, dos mais diversos projetistas, especifica o uso de 1 (um) grampo na faixa entre 1,0 m² e 2,0 m².

Baseados nas considerações acima e em nossa experiência, propomos que o sistema solo grampeado deva estar situado na faixa de 0,5 m²/grampo até 4,0 m²/grampo/, como indicamos no gráfico a abaixo.


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