107) CÁLCULO E EXECUÇÃO DE TIRANTES ANCORADOS NO TERRENO

Hoje foi um daqueles encontros que marcam.

Quero registrar meu agradecimento ao colega Vinícius Lourenço, do projeto Fundações Sem Complicação, pela participação na aula de tirantes uma verdadeira imersão em engenharia geotécnica aplicada, com conteúdo de alto nível e, principalmente, com alma.

Confesso que me identifico profundamente com o Vinícius.

Não é apenas pelo domínio técnico…
É pela forma como ele encara a engenharia.

Nós dois carregamos a mesma inquietação:
👉 Não aceitar o “mais ou menos”
👉 Não compactuar com soluções superficiais
👉 Não romantizar obra mal feita

É sobre fazer engenharia geotécnica de verdade.
Aquela que entra no solo, entende o maciço, respeita as tensões, controla a água e entrega segurança real.

É sobre colocar a mão na obra, sentir o terreno, discutir tirante, carga, aderência, bulbo, fator de segurança…
Mas, acima de tudo, é sobre impactar pessoas.

Porque engenharia bem feita não aparece…
Mas quando é mal feita — ela aparece da pior forma possível.

E é aí que está o nosso ponto em comum:
Nós não trabalhamos para aparecer.
Trabalhamos para que nada aconteça.

E isso exige coragem, conhecimento e posicionamento.

Parabéns, Vinícius.
Você não só ensina… você provoca.
E a engenharia brasileira precisa exatamente disso: gente que incomoda, que eleva o nível e que não aceita menos do que a excelência.

Seguimos juntos, firmes no propósito de fazer uma geotecnia que não passa despercebida ela marca, sustenta e transforma.

PARA SEGUIR NA HOME PAGE ACIMA CLIQUE NO LINK ABAIXO

https://sites.google.com/site/naresifundacoesegeotecnias/107-calculo-e-execucao-de-tirantes-ancorados-no-terreno

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 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 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.

Endereços para contato:

LAN CONSULTORIA GEOTECNIA E FUNDAÇÕES - RPA

RUA DELFIM MOREIRA, 85 - SALA 701 - 2o andar

CEP. 36.010-570 - JUIZ DE FORA - MG - BRASIL

TEL.: (31) 99230-1333 - TIM

www.naresi.com

 www.consultoria.naresi.com

naresi@naresi.com