107) CÁLCULO E EXECUÇÃO DE TIRANTES ANCORADOS NO TERRENO

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O Futuro Sustentável do Brasil passa por Minas

(CÁLCULO E EXECUÇÃO DE TIRANTES ANCORADOS NO TERRENO. OBRAS REAIS.)

Luiz Antonio Naresi Junior (Apresentador)

BELO HORIZONTE, BRASIL, naresi@naresi.com / naresi@progeo.com.br

RESUMO:

Este trabalho aborda em detalhes as questões de contenção com utilização de tirantes, através da execução das cortinas atirantadas e prevenção de danos de deslizamento e ao meio ambiente, focado nos serviços de contenção o cuidado com a segurança do trabalho de seus colaboradores pela e as leis vigentes exigidas no Brasil.

Um tirante é um dispositivo de obra de engenharia especializada utilizado para ancorar estruturas de concreto armado ao terreno de forma a conter uma encosta, iremos descrever alguns métodos executivos para a construção de uma cortina atirantada. É uma de contenção ativa de solução e uso global para estabilização de taludes e encostas, pela introdução de uma força correspondente a um empuxo estabilizante que reage de contra massas instáveis.

A execução de um tirante, assim como cortinas de concreto armado fazem parte da solução estabilizante de maciços e envolve vários serviços de engenharia como perfuração em solo, alteração de rocha e rocha, injeção de calda de cimento sob pressão, execução de forma, armação e concretagem e finalmente a protensão dos tirantes, trabalhos geralmente executados sobre andaimes concomitantes a escavações manuais e mecânicas. Todo o serviço presente na execução de tirantes envolve sérios riscos à segurança do trabalhador.

Na maioria das situações, as condições dos locais envolvem outros riscos de engenharia tais como; trabalho em altura, escavações de vala e maciços em processo de deslizamento.

Neste trabalho o autor, que é Engenheiro Civil, Engenheiro de Segurança do Trabalho e Analista Ambiental, e trabalhando desde que se formou com a arte da Geotécnia conseguiu abordar em detalhes todos os procedimentos executivos e a correspondente abordagem concomitante à segurança do trabalho e danos ao meio ambiente e será de grande utilidade para os profissionais envolvidos nesta arte; engenheiros geotécnicos, projetistas, executores, engenheiros de segurança do trabalho e seus respectivos SESMT’s e técnicos de segurança do trabalho.

PALAVRAS-CHAVE: CÁLCULO, EXECUÇÃO, TIRANTE, ANCORADO, TERRENO, OBRAS.

Obra descida da Serra - Br - 040 - Serra de Petrópolis - RJ - Foto: Luiz A. Naresi Jr.

1. APRESENTAÇÃO DO TIRANTE

1.1. Protensão

Se a gente quiser levar uma porção de livros de uma vez só, nós “os apertamos” como mostra a Figura 01 e assim transportamos para o lugar que a gente quer. Se a gente não apertar os livros uns contra os outros, como mostra a Figura 02, eles cairão no chão.

Figura 1: O Forte - Esforço horizontal - "ANTONIO RATOGAIA"

Figura 2: O Fraco - Esforço Horizontal

Fonte: ANTONIO RATOGAIA

Este aperto, nós chamamos de "protensão".

É como se a gente fizesse um furo em todos os livros, passando um parafuso rosqueado e colocasse uma porca em cada lado e apertasse, como mostra a Figura 04.

Figura 3: O forte impressionado - Fonte Desenho ANTONIO RATOGAIA

Figura 4: Esforço horizontal

Fonte Desenho: ANTONIO RATOGAIA

Esse parafuso nada mais é do que um tipo de tirante.

2.2 Tirante

O tirante dá um pouco mais de trabalho, mas a idéia é a mesma.

Vocês sabem por que o nosso pé é para frente?

Figura 5: Apoio do Pé – Esforços que atuam.

Desenho: ANTONIO RATOGAIO

Se nós cortarmos a ponta do nosso pé, nós iremos cair porque perdemos a nossa sustentação.

Numa montanha, acontece a mesma coisa. Se escavarmos o pé da montanha, ela perde a sustentação, e escorrega: à parte de cima desmorona sobre a parte de baixo. Se logo depois de cortarmos a montanha, a gente conseguir fazer pressão contra ela (como nos livros sobre a mesa), a montanha não vai cair.

Figura 6: Desmoronamento de Talude

Fonte: ANTONIO RATOGAIA

Mas, como fazer este aperto, se do outro lado não tem ninguém para segurar?

Aí alguém teve uma idéia: fez um furo no barranco, inclinado para baixo, encheu o furo com uma mistura de água e cimento e colocou uma barra de ferro dentro.

Quando o cimento endureceu, ele “puxou” a barra de ferro para fora, como se quisesse arrancá-la: o trecho aderente, não deixou a barra sair. Aí ele fez um assoalho (fogueira) de madeira, ou de perfis de aço ou de concreto, e embutiu um dispositivo que não deixasse a barra voltar para a posição original, e soltou a barra. Quando a barra se soltou, ela “empurrou” o barranco, com uma força na direção contrária ao do deslizamento não deixando o barranco ou montanha escorregar.

Esta operação de “arrancamento” da barra do terreno chama-se “protensão”, e quando solicitamos a barra, ela “pressiona” o terreno (como nos livros sobre a mesa).

Esta força que aplicamos na barra chama-se “tração” ou “tensionamento” e a barra (pode ser uma só, ou várias agrupadas entre si) chama-se tirante.

Figura 7: Princípio da Cortina Atirantada

Fonte: ANTONIO RATOGAIA

2. PARA QUE SERVE UM TIRANTE

Como vimos acima, tirantes, são, portanto, elementos que suportam forças de tração e servem para equilibrar as forças exercidas por maciços de terra.

Como nós vimos, não podemos demorar na sua execução: em geral os terrenos são fracos (se comparados com a resistência do aço e do concreto) e com a ajuda da água, que sempre está presente, desmoronam com facilidade.

Portanto, a rapidez e perfeição na execução de um tirante, em todas as suas fases (perfuração do terreno, montagem e instalação dentro do furo, injeção de calda de cimento e pretensão) são condições indispensáveis, tanto para a obra como para a segurança das pessoas que estão executando a mesma.

3. Tipos de tirantes

Hoje em dia existe uma enorme variação de tipos de tirantes, citamos a seguir os mais usuais que podem ser resumidos em :

3.1.1 Tirantes de fios

3.1.2 Tirantes de cordoalha

3.1.3 Tirantes de barras

Figura 8: Esquema de um tirante de barra

Fonte: ANTONIO RATOGAIA

Figura 9: Tirante de barra

Fonte: LUIZ ANTONIO NARESI JUNIOR - PROGEO

Figura 10: Titantes de Fios / Cordoalhas / Fonte: Antonio Ratogaia

Figura 11: Tirante de 8 fios Ф 8 mm

Fonte:Luiz Antonio Naresi Junior

Figura 12: Detalhe do trecho livre Fonte: Luiz Antonio Naresi Junior

Figura 13: Entre trecho ancorado e livre

Fonte: Luiz Antônio Naresi Junior

Figura 14: Detalhe da proteção coletiva

Fonte: Luiz Antonio Naresi Junior

Figura 15: Final do trecho ancorado

Fonte: Luiz Antônio Naresi Junior

Figura 16: Tirante de Cordoalha

Desenho e Fonte: Luiz Antônio Naresi Junior

Figura 17: Tirante com injeção de bancada

Fonte: Luiz Antônio Naresi Junior

4. ELEMENTOS QUE DEVEM ESTAR NA OBRA

Para a execução de tirantes, devemos estar de posse na obra, obrigatoriamente dos elementos que dizem respeito à execução.

4.1. O relatório da sondagem

Diz o tipo de solo ou rocha que iremos perfurar, se é mole ou duro, se tem água e se tem matacão, etc.

Este relatório de sondagem é muito importante para nos dizer, que tipo de equipamento vamos empregar, que broca ou martelo iremos usar e, se temos ou não que revestir o furo, a maneira de injetar o tirante, as pressões a serem aplicadas, os cuidados a serem tomados para que não se danifiquem as construções vizinhas, etc.

4.2. Desenho de locação do tirante

Mostra onde devemos iniciar a perfuração: a tantos metros do topo, a tantos metros do chão.

Colocar o tirante numa posição errada poderá trazer transtornos mais tarde. Para isso é muito importante saber em que posição fica a cabeça do tirante em relação ao barranco.

4.3. Desenho informando a característica do tirante

a) Se, é de barra, de fios ou de cordoalhas;

b) Quantas barras, fios ou cordoalhas;

c) Qual o comprimento do tirante: livre, de ancoragem e de sobra (para fora do terreno);

d) Qual a inclinação a ser dada na perfuração?

e) Qual o tipo de proteção anticorrosiva:

a. pintura: tipo de tinta, quantas demãos;

b. bainha: individual e/ou coletiva.

4.4. Boletins de execução

Os boletins de execução registra a história de cada tirante.

Por isso é fundamental o preenchimento correio e completo que são: perfuração, montagem, injeção e pretensão.

Figura 18: Boletim de montagem, perfuração e injeção de Tirantes

Fonte: Luiz Antônio Naresi Junior / Progeo

Figura 19: Boletim de protensão

Fonte: Luiz Antônio Naresi Junior / Progeo

5. MONTAGEM DE UM TIRANTE PROCEDIMENTO EXECUTIVO

Primeiro, vamos relacionar os materiais que comporão o tirante: os fios de aço; os espaçadores; as bainhas; as massas plásticas; as tintas; o tubo central, com válvulas de injeção; o arame.

5.1. Os fios de aço

Tem que chegar na obra com certificado. O certificado mostra a resistência dele, que devemos comparar com a resistência marcada no projeto.

5.2. Espaçadores

A função dos espaçadores é montar os fios ou cordoalhas separadas entre si, para que por ocasião da injeção, a calda envolva uniformemente os mesmos na zona de ancoragem. Eles são colocados a cada 0,5 metro de fio/cordoalha ou 2,5 metros em tirante de barra.

5.3. Bainhas

A bainha pode ser individual, coletiva ou conjunta. A bainha vai isolar os fios ao longo do trecho livre, do contato com a calda de cimento. A bainha individual é um tubo de plástico que colocamos em cada barra ou em cada fio do tirante.

A bainha coletiva é um tubo ou mangueira que envolve o conjunto de todos os fios simultaneamente.

A bainha conjunta é a utilização das duas bainhas, individual e coletiva, ao mesmo tempo.

A bainha também não pode rasgar. Por isso o tirante deve ser manuseado com cuidado, principalmente quando for colocado dentro do furo.

5.4. Massas plásticas

São colocadas na passagem da zona livre para a zona de ancoragem em todos os tirantes, sejam eles definitivos ou provisórios. No pé do tirante, colocar a massa plástica somente quando o tirante é definitivo. Em tirante provisório não é necessário.

5.5. As tintas

Antes da pintura, os fios ou cordoalhas devem ser limpos cuidadosamente em toda a superfície para a remoção de áreas de oxidação, pontos de ferrugem, gorduras e resinas. A limpeza deve ser feita por escovamento manual ou escova circular elétrica de chicote, até a remoção total dos resíduos citados. Imediatamente após a limpeza, os fios/cordoalhas deverão receber a primeira demão de tinta. Essa tinta é composta por dois componentes, mais o solvente. Este solvente, após a mistura dos componentes A e B deverá ser adicionado na quantidade mínima e gradativamente, o necessário e suficiente, para permitir a aplicabilidade na superfície dos fios/cordoalhas. Não se esquecer de retocar os pontos de apoio dos elementos na bancada. Após a lixada leve, quando a tinta da primeira demão demonstrar pega suficiente, ou seja, ela não desgrudar da superfície do aço, deverá ser aplicada à segunda demão.

Deve-se ler a instrução de uso da tinta constante na parte externa da lata para verificar o tempo de cura recomendado entre as demãos.

Nunca um tirante definitivo deverá ser montado sem que a barra, fios ou cordoalhas estejam pintadas e curadas.

5.6. O tubo central

O tubo central, de PVC é a “coluna” ou “espinha dorsal” do tirante. É ao redor dele que tudo vai ser feito. Ele deve ter o comprimento do tirante mais uma sobra para fora. Na zona livre, ele é liso. Na zona de ancoragem, ele é furado com furadeira elétrica, a cada 500 mm. São 8 furos de 6,3 mm. Estes furos vão ser cobertos por um tubete de borracha de 100 mm de comprimento por 2 mm de espessura, com batentes (colarinhos) laterais para evitar o seu deslocamento ao longo do tubo.

Esse tubete é que chamamos de válvula manchete.

A sequência de montagem é:

1. cortar os fios do tamanho que o projeto manda. Prestar atenção para acrescentar (aumentar) o comprimento em mais 1 metro ou quanto o projeto exigir;

2. lixar os fios com lixa ou com escova de aço. Se for cordoalha, limpar bem as frestas;

3. pintar os fios com duas demãos de tinta, conforme descrito;

4. passar a barra, fios ou cordoalhas pêlos espaçadores distanciados a cada 50 cm ou 2,5 metros na barra. Instalar o tubo de injeção (PVC central) com o tampão de fundo e fixar o conjunto com o arame. Em seguida, instalar as bainhas individuais no trecho livre do tirante, fixando-as firmemente com o arame. Se o tirante for definitivo, colocar a bainha coletiva. A última etapa consiste em fixar e vedar a ponta do tirante e a região que separa a zona livre da zona de ancoragem.

6. INJEÇÃO DE TIRANTE PROCEDIMENTO EXECUTIVO

A injeção de tirante serve para transferir a carga por aderência das barras / fios / cordoalhas ao terreno, além de criar uma capa de proteção adicional à pintura para que eles não se oxidem com o tempo em contato direto com a água do subsolo.

Essa etapa de trabalho é executada em duas fases.

7. PROTENSÃO DE TIRANTE PROCEDIMENTO EXECUTIVO

Passados 7 (sete) dias completos da cura do cimento injetado (CP-II-E-32) ou 3 (três) dias completos quando se utiliza o cimento de alta resistência inicial (CP-V-ARI), o tirante poderá ser pretendido.

Todo tirante deverá ser testado com uma carga maior que aquela na qual efetivamente ele vai trabalhar.

8. CÁLCULO DA ESTABILIDADE DO TALUDE:

Para o cálculo e dimensionamento do sistema de contenção, levaremos em consideração o trecho da cortina atirantada que possui uma altura de 5,00 m e compreende 20,00 m de comprimento.

Cálculo dos empuxos ativos atuantes:

Solo 1: γ (kN/m³) = 1,8

C (kPA) = 2,0

∅ (º) = 26

Coeficiente de empuxo ativo:

Ka = 0,390

√Ka = 0,625

sha = γ.Z.Ka – 2.C.√Ka + q.Ka

Pressões na cota EL. 99,30 (topo da contenção)

sh = – (2 x 2,0 x 0,625) + (8,0 x 0,390)

sh = 0,624 tf / m²

Pressões na cota EL. 94,30 (pé da contenção)

sh = (1,8 x 5,0 x 0,390) – (2 x 2,0 x 0,625) + (8,0 x 0,390)

sh = 4,138 tf / m²

Diagrama das Pressões atuantes:

Figura 44: Diagrama de pressões atuantes

Fonte: Acervo Próprio

Empuxos na Contenção:

E1 = 0,624 x 5,00 = 3,120 tf / ml

E2 = 3,514 x 5,00 = 8,785 tf / ml

2,0

Empuxo Total Atuante:

3,120 + 8,785 = 11,905 tf / ml

Comprimento da Cortina: 20,00 m

Empuxo Total:

11,905 tf/m x 20,00 m = 238,10 tf

Para utilização de tirantes da SAS Protensão – CT= 35 tf,

238,10 tf : 35 tf/tirante = 6,80 tirantes

Adotado 16 tirantes - FS= 2,35 - ok!

9. CONCLUSÃO

Concluímos que a solução apresentada possui coeficiente de segurança acima do recomendado na Estabilidade Global e da Contenção.

Na Estabilidade Global, o sistema de contenção possui um fator de segurança de 1,656, após a inserção dos elementos resistentes aos esforços atuantes, como tirantes e estacas. Os parâmetros de solo adotados foram os descriminados acima.

Na Estabilidade da Contenção, os tirantes estão dimensionados com fator de segurança de 2,35, também acima do recomendado que é 2,0. O trecho analisado foi os 20,00 m de contenção que possui 5,00 m de altura com 16 da SAS Protensão de Ø 32 mm de diâmetro CT= 35 tf nos comprimentos indicados no projeto.

10. AGRADECIMENTOS

A todos que direta ou indiretamente participaram da execução deste trabalho, especialmente SAS e a Progeo Engenharia Ltda pela colaboração.

11. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

NARESI JR, Luiz Antônio. Cortinas com tirantes. 2014. Disponível em: www.naresi.com. Acesso em: 07/04/2015.

NARESI JR, Luiz Antônio. TRINDADE, Sérgio. Contenção de Encosta. Revista Fundações e Obras Geotécnicas. Em foco. Editora Rudder. Edição 55. Ano 6. p. 66-77, mai. 2015.

NARESI JR, Luiz Antônio.Segurança do trabalho em Obras de Contenção com Utilização de Tirantes, (2008) Dissertação de Mestrado, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Segurança do Trabalho, Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Juiz de Fora, 150 p.

LUIZ ANTONIO NARESI JUNIOR

Luiz Antonio Naresi Júnior é engenheiro civil com ênfase na área de Saneamento, possui pós-graduação em Engenharia de Segurança do Trabalho, Analista Ambiental pela UFJF (Universidade Federal de Juiz de Fora), e em Engenharia Geotécnica pela UNICID (Universidade Cidade de São Paulo). É especialista em obras de Fundação Profunda, Contenções de Encosta, Obras de Artes Especiais, Projetos de Contenção, Infraestrutura Ferroviária e Rodoviária. Atualmente é sócio da ABMS (Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica), diretor do Clube de Engenharia de Juiz de Fora (MG) desde 2005, participa como voluntario pela ABMS como apoio a defesa civil de Belo Horizonte, Professor da Escalla Cursos para Mestre de Obras (CEJF / CREA/MG), Professor PUC e INBEC - BH - Fundações Especiais e Contenção de Encistas, consultor de fundação pesada e geotecnia, comercial e assessor da diretoria da Empresa Progeo Engenharia Ltda.

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