25) EXECUÇÃO DE PROTENSÃO DE TIRANTES E PLANOS DE PROTENSÃO


PROTENSÃO DE TIRANTES 

Protensão de tirantes

As empresa especializadas em execução de serviços geotécnicos, ou os engenheiros geotécnicos e consultores especializados, executam quase todos os serviços especiais do setor, principalmente em obras de contenção com definição de métodos e equipamentos próprios, que não apenas atendem às necessidades dos clientes.

A protensão de tirantes  representa uma parcela significativa dos serviços, principalmente quando em cortinas atirantadas.

O QUE É A PROTENSÃO DE TIRANTES  E COMO ELES FUNCIONAM?

Tirante é uma peça composta por um ou mais elementos resistentes a tração, montada segundo especificações do projeto.

Estes elementos são introduzidos no terreno em perfurações previamente executadas.

Logo após é feita injeção de calda de cimento ou de outro aglutinante na parte inferior destes elementos, formando o bulbo de ancoragem, que é ligado a parede estrutural, pelo trecho não injetado do elemento resistente à tração e pela cabeça do tirante.

Os elementos resistentes a tração são feitos de cordoalhas e barras de aço especiais para protensão.

Existem detalhes específicos da montagem dos tirantes e dos cuidados com sua execução.

A cortina atirantada deve ser escolhida entre as técnicas de melhoria de solos e contenções que mais se adaptem ao problema apresentado e que permite a contenção de taludes naturais e de corte, por meio da execução de tirantes e drenagem.

No caso de utilização de tirantes o projeto existirá a necessidade da protensão de tirantes. Para isto é necessário um muro de concreto, devidamente calculado para transmitir o empuxo gerado pela protensão dos tirantes ao terreno, efetivando assim o arrimo.

Os taludes naturais podem ser eficientemente contidos através de cortinas atirantadas com a utilização e protensão de tirantes monobarra, para prevenir ou corrigir desmoronamentos que os tornam instáveis e passíveis de rupturas e risco para pessoas e propriedades.

A aplicação dos tirantes e a protensão de tirantes nas cortinas atirantadas é utilizada na Engenharia em qualquer local onde se precise de uma contenção eficiente.

Uma vez que estejamos de posse de um projeto de contenção com a utilização destes tirantes e sua protensão de tirantes, estudaremos a melhor e a mais segura maneira de executá-lo, preservando o seu entorno de impactos ambientais.

A técnica de execução de cortinas atirantadas  consiste principalmente em executar perfurações no solo para instalação destas barras de aço, os tirantes, dotados de mangueiras e tubos especiais de injeção.

As injeções de calda de cimento sob pressão vêm em seguida, e são feitas de forma setorizada, melhorando as condições geológicas do terreno. O terreno que você quer conter será modificado para melhor com qualquer um destes processos de contenção.

No caso presente de cortina atirantada, o paramento tem que ser de concreto armado pois os tirantes são ancoragens ativas e reagem contra a parede. A protensão de tirantes complementa os serviços de contenção e ativa os mesmos com a utilização de macacos especiais.

OS PROCESSOS SÃO EXECUTADOS DE ACORDO COM AS NORMAS TÉCNICAS EXISTENTES NO PAÍS.

Ao realizar uma contenção com a utilização destes tirantes e sua protensão de tirantes, todas as etapas serão devidamente supervisionadas e apresentadas em boletins, para sua completa ciência, além de uma execução dentro dos mais rigorosos padrões de segurança do trabalho, qualquer que seja a contenção escolhida.


25.1) PLANO DE PROTENSÃO DE TIRANTES (Me contrata que eu calculo para você)

25.2) ENSAIO DE RECEBIMENTO

25.3) ENSAIO DE QUALIFICAÇÃO

25.4) ENSAIO DE FLUÊNCIA

Abaixo veremos uma tabela resumo decorrente de cálculos complexos de plano de protensão de vários tipos de tirantes , de fios. barra, cordoalha que podem ser utilizados em sua obra, para estudo e viabilidade de preços e escolha técnica mais assertiva na escolha para a sua obra. 


Orientações para Obras de Protensão da Rudlof:

O objetivo deste roteiro é estabelecer requisitos mínimos necessários à execução do concreto protendido pelo sistema RUDLOFF com qualidade e segurança. Destina-se a uso genérico e deve ser adaptado para casos particulares que por qualquer motivo não se enquadrem em algum item aqui especificado.

Normas Técnicas

Em todas as etapas da execução do concreto protendido, deverão ser obedecidas as Normas Brasileiras citadas a seguir. Em caso de discordâncias entre estas e a realidade, deve-se consultar o projetista e a RUDLOFF.

A execução da protensão deverá obedecer as informações do projeto estrutural. No caso da necessidade de alterações no projeto ou na existência de discordâncias entre este e as Normas Brasileiras aqui especificadas, o projetista deverá ser consultado.

CÓDIGOTÍTULO
NBR7197 – NB116Projeto de estruturas de concreto protendido
NBR9062 – NB949Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado
NBR7187 – NB2Projeto e execução de pontes de concreto armado e protendido
NBR7482 – EB780Fios de aço para concreto protendido
NBR6349 – MB864Fios, barras e cordoalhas de aço para armaduras de protensão – Ensaio de tração
NBR7484 – MB784Fios, barras e cordoalhas de aço destinados a armaduras de protensão – Ensaio de relaxação isotérmica
NBR7483 – EB781Cordoalhas de aço para concreto protendido
NBR11768 – EB1763Aditivos para concreto de cimento Portland
NBR12317 – NB1401Verificação de desempenho de aditivos para concreto
NBR10908 – MB2645Aditivos para argamassa e concretos – Ensaios de uniformidade
NBR14432Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações – Procedimento
NM69Concreto – Extração, preparação e ensaio de testemunhos de estruturas de concreto
NBR12655Concreto – Preparo, controle e recebimento
NBR8953 – CB130Concreto para fins estruturais – Classificação por grupos de resistência
NBR7680 – NB695Extração, preparo, ensaio e análise de testemunhos de estruturas de concreto
NBR10789 – NB1147Execução da protensão em concreto protendido com aderência posterior
NBR10839 – NB1223Execução de obras de arte especiais em concreto armado e concreto protendido
NBR10788 – NB1146Execução da injeção em concreto protendido com aderência posterior
NBR5732 – EB1Cimento Portland comum
NBR7681 – EB1348Calda de cimento para injeção
NBR7682 – MB1760Calda de cimento para injeção – Determinação do índice de fluidez
NBR7683 – MB1761Calda de cimento para injeção – Determinação dos índices de exsudação e expansão
NBR7684 – MB1762Calda de cimento para injeção – Determinação da resistência à compressão
NBR7685 – MB1763Calda de cimento para injeção – Determinação da vida útil
NBR9607 – NB1029Prova de carga em estrutura de concreto armado e protendido
O Aço de Protensão

O aço para execução de peças protendidas deve atender às especificações quanto aos limites de escoamento, ruptura e alongamento previstos no projeto estrutural.

As características do aço devem satisfazer às exigências das Normas Brasileiras NBR 7482 e NBR 7483, para aço CP190RB e CP190RN.

O transporte do aço, tanto da usina para o canteiro, como dentro do canteiro de obras, deve ser feito com cuidados especiais.


Recepção do Material na Obra

No recebimento do aço de protensão na obra, deverão ser verificados os seguintes itens:

Peso do material fornecido;
Sua homogeneidade quanto às características geométricas;
Se o aço apresenta defeitos prejudiciais, tais como: esfoliações, bolhas, fissuras, corrosões, cor, revestimentos, vestígios de chumbo, etc.;
Se o aço contém óleo – caso isto aconteça, este terá que ser removido antes da fabricação dos cabos;
Se o aço está aliviado de tensões (“aço bravo”);
Se o acondicionamento das cordoalhas está respeitando as seguintes dimensões aproximadas:
Para cordoalhas de 7 fios para protensão aderente: diâmetro interno: 76 cm, diâmetro externo: 127 cm, peso nominal: 2800 kg, altura do rolo: 76 cm;
Para cordoalhas engraxadas de 7 fios: em rolos sem núcleo, pesando de 1400 a 2000 kg.
Serão rejeitados os rolos ou bobinas de cordoalha que ao serem abertos sem tensão, mantenham a cordoalha com flecha superior a 10cm em 2 metros de comprimento.

No recebimento dos equipamentos, devem ser verificados os seguintes itens:

Se o equipamento é o correto para a obra;
Peso dos equipamentos de protensão, para dimensionar os equipamentos para o manuseio;
Voltagem dos equipamentos;
Acessórios dos equipamentos.
Estocagem dos Materiais e Equipamentos de Protensão

Recebido o material, o mesmo deve ser estocado em um local que facilite a sua amostragem e movimentação no canteiro de obra, observando-se os seguintes cuidados mínimos:

Rolos ou bobinas devem ser colocados em lugar seco, coberto e ventilado, em atmosfera isenta de agentes corrosivos. Para evitar oxidação, a distância mínima entre o aço e o solo seco deve ser de 30cm.

Rolos ou bobinas de diferentes partidas de fornecimento devem ser separados e identificados.
As partidas recebidas devem ser divididas em lotes, de acordo com as Normas Brasileiras, cuidadosamente marcadas, facilitando a amostragem para os respectivos ensaios.
Os cabos ao serem estocados devem ter uma plaqueta amarrada contendo o número do cabo, o seu comprimento e a partida e o lote a que pertence.
O ambiente de estocagem deve apresentar grau higrométrico não superior a 80%, o qual deve ser garantido por meio de aquecimento do ambiente com resistência elétrica, se necessário.
Quando for previsto um armazenamento muito prolongado do aço de protensão, pode-se utilizar neste a proteção com um dos seguintes óleos solúveis: Dromos-b (Shell), RGBF Soluble (Caltex), Solvag 1335 (Mobiloil), Donax-C ou equivalente, desde que sejam rigorosamente removidos antes de aplicados na obra, com banhos de água sob pressão.
A superfície do fio ou cordoalha a ser aplicado na obra não pode conter qualquer lubrificante, óleo ou substância capaz de prejudicar sua aderência.
Trabalhos de solda ou corte em maçarico não devem ser efetuados nas proximidades do aço de protensão, para não aumentar a temperatura neste e evitar que o material seja atingido por centelhas de solda. Caso seja indispensável a execução de soldas próximas ao aço de protensão, deve ser usada proteção que garanta a integridade do mesmo.
Os equipamentos RUDLOFF devem ser armazenados em local coberto, seguro, limpo e seco, com acesso somente de pessoal treinado e qualificado.
Confecção dos Cabos

Os cabos de protensão devem ser confeccionados no comprimento e tipos especificados nos desenhos do projeto executivo. Recomenda-se a verificação in loco destes comprimentos e o respeito aos seguintes itens:

Sempre que possível, deve-se evitar mudanças de equipe de trabalho na obra, para executar atividades ligadas à protensão.
A montagem dos cabos de protensão deve ser feita antes da colocação de condutores de eletricidade e outros dispositivos mecânicos.
O desenho de montagem do aço de protensão e armadura passiva deve ser devidamente estudado e entendido pelo pessoal da execução.
Todos os aços deverão ser verificados antes de serem empregados. Se, após o armazenamento prolongado no canteiro, ou por qualquer outra razão, existirem dúvidas sobre sua qualidade, o aço de protensão deverá ser submetido a ensaios para assegurar que ele não tenha sofrido danos em suas características mecânicas, devido à corrosão ou ao manuseio inadequado.
Não são admitidos fios dobrados ou torcidos durante a colocação e protensão da armadura.
As cordoalhas não devem ser arrastadas sobre o solo ou sobre superfície abrasiva.
Com o objetivo de diminuir as perdas, a confecção dos cabos deve iniciar-se pelo mais longo.
A oxidação no aço, quando localizada, é mais perigosa que a oxidação uniforme superficial e não será tolerada.
Uma oxidação superficial no aço de protensão somente será permitida se, removendo-se esta manualmente, a superfície do metal for encontrada intacta, sem nenhum poro, risco ou sinal de ataque. A superfície deverá ser cuidadosamente examinada e, em caso de dúvida, deverão ser executados os seguintes ensaios:
Ensaio de dobramento, comparando-o com os resultados obtidos no ensaio do mesmo aço executado com amostra colida em zona não oxidada.
Ensaio de tração, comparando-se o alongamento de ruptura obtido com os resultados de ensaio efetuado sobre a amostra colhida em uma zona não oxidada. Usualmente, o efeito da oxidação danosa diminui o alongamento de ruptura do material.
Cada cabo deve ser fabricado com aço de uma mesma bobina. Caso isto não seja possível, devem ser utilizados aços da mesma corrida, com diferença máxima de 5% no módulo de elasticidade.
Não são permitidas no canteiro, operações de endireitamento do aço sob qualquer pretexto.
O corte das cordoalhas para a confecção dos cabos deve ser feito a frio, por tesouras ou esmerilhadeiras (fixa ou manual). Conforme NBR 10789/1989, §6.4: “É vedado efetuar no elemento tensor, o corte com maçarico, bem como o endireitamento através de máquinas endireitadoras ou qualquer outro processo, pois esses procedimentos alteram radicalmente as propriedades físicas do aço.”
A amarração dos fios pode ser feita com arame recozido ou, alternativamente, com fita adesiva plástica.
As extremidades do cabo, na região das ancoragens, não devem ter amarrações, para evitar que durante a protensão, as mesmas penetrem na ancoragem, dificultando a cravação.
As extremidades do cabo, na região das ancoragens, devem estar limpas e isentas de respingos de nata de cimento, argamassa, oxidação ou eventuais irregularidades dos fios, a fim de se garantir o ajuste perfeito das cunhas do macaco de protensão. Eventuais respingos de nata de cimento e pontos de oxidação existentes nesta região deverão ser removidos.
Os cabos fabricados, estirados ou enrolados (neste caso, com diâmetro de 2,0m a 2,5m) devem ficar protegidos das intempéries.
Bainhas ou Tubos Metálicos
As bainhas ou tubos metálicos utilizados para os cabos de protensão devem ser estanques com relação à entrada de nata de cimento durante a concretagem.
As bainhas devem ser flexíveis e suficientemente resistentes, para suportar o peso do concreto depositado sobre elas, bem como solicitações de tração daí decorrentes.
O fornecimento de bainhas ou tubos metálicos deve ser feito em barras de 6m. No caso de emenda, deverá ser garantida a sua absoluta estanqueidade, recomendando-se a utilização de emendas das próprias bainhas ou solda, no caso dos tubos metálicos.
Características especiais para as bainhas ou tubos metálicos serão prescritas e utilizadas de acordo com o projeto ou autorização especifica da fiscalização, em função de processos patenteados eventualmente adotados.
Colocação dos Cabos

A operação de colocação de bainhas na forma é a mesma, tanto para cabos pré-fabricados (com ou sem aderência), quanto para os de enfiação posterior. Em ambos os casos, devem ser respeitadas as seguintes orientações:

Locar na forma as cotas de posicionamento das bainhas indicadas no projeto.
Em lajes protendidas, os cabos devem ser colocados conforme ordem definida pela RUDLOFF.
Colocar as bainhas na forma com fixação a cada 1,0m por meio de apoios constituídos por travessas, caranguejos, estribos ou pastilhas.
A fixação de bainhas deve ser feita com cuidado, para que, durante a operação de concretagem, elas não saiam da posição originalmente estabelecida no projeto.
A tolerância horizontal na locação das bainhas em relação à linha teórica do projeto é de 10mm nas cabeças de protensão e 20mm no interior da massa, não devendo ser acumuladas. Verticalmente, a tolerância é de 5mm em lajes e de 10mm em vigas. Se em algum caso for necessário desvios maiores do que estes, deve-se consultar o projetista.
Quando condições particulares assim o exigirem, a posição das ancoragens ativas e passivas poderá ser trocada, desde que com a devida autorização do projetista e da RUDLOFF.
O eixo dos cabos de protensão deve coincidir rigorosamente com o eixo das ancoragens e estar normal às faces da ancoragem.
As travessas ou estribos devem ser de preferência semi-circulares, a fim de se criar uma maior superfície de contato para a bainha e evitar que a mesma se desloque horizontalmente.
Não é permitido o uso de solda entre as travessas ou estribos de sustentação e a armadura frouxa.
Deve ser colocada armadura de fretagem e fendilhamento, tanto nas ancoragens ativas, como nas passivas, de acordo com o especificado no projeto ou conforme recomendações da RUDLOFF.
Na protensão com aderência, quando necessário, deverão ser feitas vedações com fita adesiva, massa de vidro ou durepox, nas emendas de bainhas, nas ancoragens ativas e passivas já colocando os purgadores, evitando assim, entrada de nata nos cabos, quando da concretagem dos mesmos.
Deixar purgadores para saída de ar e controle de injeção de nata, nas extremidades dos cabos. Em cabos longos, deixar purgadores nos pontos altos do mesmo, bem como purgadores nas cordoalhas mais altas da ancoragem para execução do efeito chaminé.
Os primeiros 50cm a partir da ancoragem de qualquer cabo, devem ser sempre retilíneos.
Deve-se evitar que as pessoas caminhem na obra pisando nos cabos já colocados.
Respiros de Injeção
A disposição dos purgadores para injeção deve ficar a cargo da empresa de protensão, com aprovação da fiscalização.
Podem ser utilizados purgadores de diâmetro externo de 25mm e/ou 15mm.
As mangueiras de injeção e suas conexões com as ancoragens e bainhas devem ter sido dimensionados e testados previamente para resistir às pressões da injeção.
Devem ser instalados tubos de respiro em pontos intermediários, sempre que a distância entre respiros for maior que 20m ou quando recomendado pela RUDLOFF.
Os respiros devem ser munidos de dispositivos de fechamento rápido (registro ou dispositivos de fechamento por dobramento ou estrangulamento) nas ligações com a bomba de injeção e em todos os respiros de saída.
As tubulações dos respiros utilizados como purgadores, independente de seus pontos de fixação na bainha e de saída externa na viga, devem ser dispostos de forma tal, que suas extremidades fiquem situadas acima do plano da face superior da viga.
Verificações nas Bainhas
Cuidados especiais devem ser tomados com as bainhas no que diz respeito à perfeita vedação de suas extremidades e rigorosa fixação das mesmas no sentido de impedir seu deslocamento, quando do lançamento de concreto.
Na região das ancoragens, verificar se as placas funil estão fixas nos nichos ou rebaixos, observando-se rigorosamente os ângulos de saída e dimensões de acordo com o projeto, assim como a fixação das fretagens. As bainhas devem estar sempre ortogonais com a placa funil.
Examinar as junções entre respiros de injeção e bainhas e estes com os cones de ancoragem, para garantir sua estanqueidade e rigidez de fixação.
As bainhas devem ser examinadas para a localização de todos os indícios de danos nas mesmas. Bainhas deformadas transversalmente ou perfuradas deverão ser substituídas ou reparadas por algum método aprovado pela RUDLOFF.
Conferir se foram colocados todos os cabos definidos em projeto, assim como a armadura passiva, incluindo armadura de fretagem e fendilhamento.
Verificar se há espaço útil suficiente para colocação e operação do equipamento de protensão, conforme recomendações da RUDLOFF.
Cuidados Durante a Concretagem
O concreto não pode ser lançado antes da inspeção das armaduras passiva e ativa.
O concreto a ser usado para estruturas protendidas deve ser plástico o suficiente para preencher todos os vazios em regiões de grandes concentrações de ferragem. O traço deve apresentar a resistência necessária, porém com agregados de diâmetro máximo compatível com o espaçamento existente entre a armadura. Deve ser tomado cuidado especial para preencher os vazios atrás e em torno das ancoragens.
Não será permitido o lançamento de concreto de grande altura ( 2m) diretamente sobre as bainhas. Neste sentido, a empresa construtora deverá prover o uso de equipamentos auxiliares (calhas, trombas de elefante, etc.).
Os tubos da bomba de concreto, se usada, deverão ser apoiados de forma a não encostarem nas armaduras.
Durante a operação de concretagem, devem ser tomados cuidados especiais para evitar que vibradores e a concentração de pessoas danifiquem bainhas e respiros de injeção e desloquem bainhas e ancoragens de suas posições definitivas. Neste sentido, recomenda-se orientar o pessoal que executa a concretagem sobre os pontos onde deverão introduzir os vibradores no concreto.
Não é permitido que vibradores de diâmetro maior que 60mm sejam utilizados diretamente sobre as bainhas, quando adensamento do concreto, sendo que junto às mesmas, deverão ser utilizados vibradores de pequena potência.
Cuidados Após a Concretagem
Deve-se verificar se ocorreu entrada de argamassa do concreto nas bainhas. Para isso, pode-se lavar as bainhas durante a concretagem ou imediatamente após esta, ou passar por elas uma bucha, a fim de retirar qualquer eventual nata de concreto que tenha penetrado nas bainhas.
Caso a limpeza das bainhas seja feita com água, deve ser seguida da aplicação de jato de ar nas bainhas, para a retirada completa da água, verificando-se antes se a rede de ar não se acha contaminada por óleo.
Enfiações dos Cabos

No caso de enfiação dos cabos posterior à colocação de bainhas, devem ser tomados os seguintes cuidados:

As bobinas de cordoalhas devem ser pré-selecionadas em função do módulo de elasticidade obtido. Em um mesmo cabo as cordoalhas utilizadas devem ter o módulo de elasticidade o mais próximo possível.
As cordoalhas devem estar limpas, não podendo conter óleo, oxidação, tinta, ferrugem ou qualquer outro material estranho à sua composição.
A operação de enfiação dos cabos deve ser feita com cuidados extremos, pois não poderá haver dobramento e nem fricção das cordoalhas contra bordas aguçadas das bainhas e cabeçotes.
Recomenda-se que o prazo máximo entre a operação de enfiação do cabo e a protensão seja de 15 dias.
As pontas das cordoalhas que ficam na parte externa dos blocos, devem ser protegidas com lona plástica, para evitar que fiquem expostas ao tempo.
Verificações Antes da Protensão
Preparar andaimes e dispositivos apropriados para suspensão e transporte dos equipamentos de protensão até o local dos serviços.
Efetuar o reparo de eventuais falhas de concretagem da estrutura.
Os lugares da obra onde trabalharão os operadores dos macacos devem estar limpos e organizados.
Determinar áreas de segurança e garantir a não permanência de pessoas nas mesmas durante as operações necessárias à protensão. Durante a protensão, enquanto a bomba está funcionando, é proibida a permanência de pessoal atrás do macaco ou na vizinhança imediata, assim como atrás de um dispositivo de ancoragem passiva, enquanto a tensão pela outra extremidade está em curso.
Verificar se as placas funil estão limpas de quaisquer impurezas, com as inclinações especificadas e sem irregularidades.
Verificar a integridade do concreto nos nichos e em todas as superfícies aparentes. Se for detectada qualquer anormalidade com vazios ou porosidade anormal no concreto, a operação de protensão deve ser suspensa até que o problema esteja solucionado e a RUDLOFF avisada.
Verificar se os blocos de ancoragens estão colocados com todos os seus clavetes (cunhas).
O equipamento de protensão deve estar em perfeito funcionamento. Para isso, deve ter os manômetros aferidos antes da primeira utilização e sempre que houver suspeita de indicações incorretas, a critério da fiscalização e da RUDLOFF.
Na obra, recomenda-se as seguintes verificações no equipamento de protensão:
Verificar a limpeza do equipamento, especialmente as cunhas e seus apoios no macaco;
Verificar as condições e extensão dos cabos de força das bombas elétricas;
Verificar o nível de óleo das bombas;
Verificar a aferição dos manômetros;
Verificar o aterramento e a voltagem de todos os dispositivos elétricos;
Conectar todos os cabos e mangueiras e instalar o manômetro;
Ligar a bomba e testar a abertura do macaco, verificando não haver vazamentos;
Verificar os documentos de aferição dos manômetros e anotar as pressões que deverão ser atingidas para a introdução da força de protensão.
Um manômetro padrão como aferidor poderá permanecer na obra, para o acompanhamento das operações de aferição a cada 200 operações de protensão, ou quando exigida aferição devido a anomalia aparente.
Fazer de forma clara e visível a numeração dos cabos junto às ancoragens ativas e passivas, para evitar protender cabo fora da seqüência de protensão estipulada em projeto.
Verificar no projeto as indicações de protensão necessárias ao andamento da operação (força de protensão e alongamento para cada cabo; extremidades do cabo que serão protendidas; resistência mínima do concreto na ocasião da protensão; etapas de protensão; ordem de protensão dos cabos). Caso estas informações não estejam claras, o projetista deve ser consultado.
O manuseio inadequado do equipamento de protensão pode danificá-lo e causar acidentes pessoais. Assim, somente pessoal treinado poderá operá-lo.
Corrigir os alongamentos teóricos através dos ensaios dos lotes de cordoalhas.
Fazer uma planilha de protensão com os dados de projeto e ensaios.
O concreto somente poderá ser protendido quando tiver alcançada a resistência mínima para poder suportar as tensões concentradas nas regiões da ancoragem. Caso este valor não esteja claro no projeto estrutural, o projetista deve ser consultado. A verificação da resistência do concreto antes de iniciada a protensão deve ser comprovada por ensaios de ruptura em corpos de prova.
Deve ser providenciada tabela padrão RUDLOFF para o registro do histórico de cada cabo, contendo pelo menos os seguintes dados:
Elemento da estrutura que está sendo protendido;
Número do cabo;
Tipo do cabo;
Pressão manométrica teórica a aplicar;
Alongamento teórico total previsto;
Pressões manométricas parciais, correspondentes às etapas de protensão previstas;
Alongamento obtido no cabo.
Notificar a fiscalização sobre o início da operação de protensão.
Recepção do Material da Obra
O encarregado da obra da parte de protensão deve ter 5 anos de experiência neste tipo de trabalho.
A protensão deve seguir a seqüência determinada pelo projetista em plano de protensão contendo os seguintes itens básicos:
Força de protensão e alongamento para cada cabo;
Resistência mínima do concreto na ocasião da protensão;
Número de etapas de protensão;
Ordem de protensão dos cabos;
Variação (valores mínimo e máximo) admitida para o alongamento do cabo.
Cuidados especiais devem ser tomados por ocasião da instalação do macaco e colocação das cunhas, para que o mesmo fique perfeitamente apoiado no bloco, evitando-se desta forma que ao iniciar a protensão, alguns fios sejam estirados antes dos demais.
O macaco deve ser posicionado sem carga na cordoalha a ser tracionada, assentando-se devidamente sobre a ancoragem. Se houver alguma falha no seu posicionamento, o macaco deve ser retirado e recolocado. Evitar fazer qualquer ajuste depois de introduzida alguma carga.
Quando a protensão é feita pelas duas extremidades, o aumento da pressão nos dois macacos deve ser feito simultaneamente e em intervalos iguais. Após a operação, recomenda-se que o descunhamento dos macacos seja feito um após o outro, evitando-se que seja simultâneo.
Durante a protensão, devem ser medidos na obra os alongamento dos cabos e as correspondentes pressões hidráulicas nos manômetros, cujos valores deverão ser apresentados em planilha.
Se a cordoalha for tracionada pelas duas extremidades, os alongamentos de cada uma deverão ser somados, para se obter o alongamento total no cabo.
Após a cravação, deve ser examinada a existência de eventuais escorregamentos dos fios. Através destes controles, a fiscalização poderá decidir sobre a aceitação ou não das peças.
O alongamento será calculado baseando-se nos ensaios de cabo fornecido em relatório por laboratório idôneo. Neste relatório, deverá constar o diagrama tensão/deformação, o módulo de elasticidade e a área do aço a ser usado na peça.
Não é permitido tracionar os cabos com força além da especificada, numa tentativa de atingir o alongamento teoricamente calculado.
Suspender a operação de protensão se houver qualquer dúvida sobre o processo ou elementos que o compõe.
Aprovação da Protensão
Os alongamentos obtidos na protensão de cada cabo e lançados em planilha adequada, devem ser enviados à RUDLOFF. Esta fará os cálculos necessários e encaminhará os resultados à fiscalização e/ou calculista, para a devida apreciação e posterior aprovação.
Conforme NBR 7197/1989, §10.5.2.6: “Na falta de indicação específica no projeto, os valores de alongamento que se afastem de 10% dos valores previstos devem ser comunicados ao responsável pela obra, para interpretação e conseqüente liberação ou eventual tomada de medidas corretivas.”
As causas mais prováveis de valores de alongamentos inadequados são:
Movimentação da referência usada para medir o alongamento;
Medição errada, devendo-se verificar o instrumento de medida;
Leitura errada do manômetro de pressão, devido a erro nas tabelas de aferição;
Apoio errado do macaco;
Atrito excessivo ao longo da cordoalha;
Colocação errada da cordoalha;
Colocação errada das cunhas;
Variação nas propriedades do material, particularmente no módulo de elasticidade e na área do aço;
Escorregamento na ancoragem passiva;
Concretagem defeituosa na região de ancoragem, provocando esmagamento ou deformação excessiva;
Outras.
No caso da não aprovação dos resultados de protensão, deverão ser tomadas medidas de correção com a colaboração da fiscalização e do projetista, que poderão solicitar desde a reprotensão dos cabos ou até sua substituição conforme a gravidade do problema encontrado.
Após a aprovação da protensão, deverão ser iniciados os trabalhos para corte das pontas de cordoalhas e injeção dos cabos.
Conforme NBR 10788/1989, §4.2: “A injeção deve ser efetuada o mais rapidamente possível após protensão dos cabos. O prazo máximo recomendável entre a colocação em tensão e a injeção é de oito dias.”
Corte das Extremidades e Fechamento dos Nichos
As pontas das cordoalhas devem ser cortadas junto ao bloco, ficando aproximadamente 3cm para fora do clavete (cunha).
O corte das cordoalhas para a confecção dos cabos deve ser feito a frio, por tesouras ou esmerilhadeiras (fixa ou manual). Conforme NBR 10789/1989, §6.4: “É vedado efetuar no elemento tensor, o corte com maçarico, bem como o endireitamento através de máquinas endireitadoras ou qualquer outro processo, pois esses procedimentos alteram radicalmente as propriedades físicas do aço.”
Após o corte das cordoalhas, deve ser feito um apicoamento na superfície de concreto, limpeza dos blocos, execução de ferragem (quando for o caso) e colocação de forma juntamente com as mangueiras para injeção.
Após limpeza dos nichos, deve ser efetuada sua concretagem ou grouteamento. Eventualmente, os nichos poderão ser vedados com o uso de durepox.
Injeção dos Cabos de Protensão

Após a análise da protensão e liberação dos cabos, deve ser feita a operação de injeção de nata de cimento nas bainhas, conforme recomendações a seguir.

Toda a operação de injeção deve ser executada com equipamentos RUDLOFF.
Para a execução dos serviços de injeção, todos os funcionários deverão obrigatoriamente usar os equipamentos de proteção – EPI’s – tais como, capacete, botas de borracha, luvas de borracha, máscara de proteção facial cristal, etc.
Todos os cabos aderentes devem ser injetados a fim de proteger a armadura de protensão e garantir seu funcionamento como peça aderente.
A injeção deve ser feita de modo contínuo e sem golpes. Deve ser suficientemente lenta para não provocar a segregação da pasta de cimento.
Não se recomenda executar a injeção com a temperatura ambiente acima de 30º C. Se a operação for assim mesmo necessária, deve ser utilizada nesta água a baixa temperatura.
As injeções serão realizadas a partir do ponto mais baixo de cada cabo, com a calda de injeção, devidamente ensaiada e aprovada pela fiscalização.
A água a ser usada na fabricação da pasta deve ser potável, sem conter impurezas, matéria orgânica ou quaisquer outras substâncias que possam conferir mau desempenho à calda e à sua aderência com as peças e estruturas com as quais está em contato. É desejável usar água resfriada entre 5ºC e 10ºC na preparação da calda, para se poder manter uma faixa de consumo a/c, em peso, entre 0,38 e 0,42.
A água pode ser armazenada em tambores limpos ou em reservatórios tipo caixa de água, que permitam a introdução de barras de gelo para conservá-la resfriada à temperatura desejada. Devem ser tomados cuidados para que não ocorram contaminações na água armazenada, por elementos nocivos.
O cimento da nata de injeção deve ser Portland comum, sem adições, ou cimento de alta resistência inicial. Deverá respeitar a NBR5732 e estar em temperatura inferior a 30ºC, obedecendo as seguintes restrições:
Em nenhuma hipótese poderá ser usado com sua temperatura de fabricação;
Teor de cloro proveniente de cloretos: no máximo igual a 0,10%;
Teor de enxofre proveniente de sulfetos: no máximo igual a 0,20%.

A RUDLOFF sugere os seguintes cimentos, na ordem:

CP I – 32
2. CP I S – 32
3. CP II E – 32 (desde que se faça ensaio e o cimento atenda as restrições acima)
4. CP II Z – 32
5. CP II F – 32
Para a nata de injeção apresentar as boas condições aqui especificadas, deverá ser usado em sua composição cimento com menos de 15 dias de armazenamento na obra. Além disso, recomenda-se que no armazenamento do cimento não seja efetuado um empilhamento superior a 4 camadas.
Os aditivos a serem usados na calda devem ser plastificantes, na dosagem de 0,3 a 1% do peso do cimento utilizado. Para atender os requisitos de expansão ou, no mínimo, retração nula, poderá ser usado um aditivo expansor ou um aditivo plastificante que alie as qualidades de expansor.
Quando um aditivo expansor for empregado, a expansão total livre deve ser no máximo 7% do volume inicial de calda, medida 3 horas após a mistura, conforme NBR 7683.
Não é admitida calda cujo índice de fluidez ultrapasse o valor 18 segundos, durante o período de 30 minutos, após a conclusão da mistura, determinado conforme NBR 7685.
A pasta de injeção deve atender os seguintes requisitos:
Alcalinidade e ausência de elementos agressivos, que ataquem a armadura;
Apresentar resistência suficiente após a pega (fck28 fck da obra ou fck28 fck25 MPa);
Preencher totalmente os espaços livres, sem deixar remanescentes de água ou ar (por isso, não é permitida a injeção com ar comprimido);
Apresentar fluidez adequada, necessária ao bom funcionamento das máquinas, durante tempo que confira segurança a toda a operação de injeção prevista;
Ter índice de fluidez, imediatamente antes de ser injetada, não excedendo o valor de 18 segundos, determinado pelo funil de Marsh, conforme NBR 7682;
Conter água isenta de teores prejudiciais de substâncias estranhas, com pH entre 5,8 e 8,0 e os seguintes limites máximos:
Matéria orgânica: 3mg/l
Resíduo sólido: 5000mg/l
Sulfatos: 300mg/l
Cloretos: 500mg/l
Açucar: 5mg/l;
Conter a menor quantidade de água possível (para isso recomenda-se o uso de um plastificante, que reduz o volume de água necessário);
Ser homogênea, o que será conseguido através da agitação mecânica, cuja rotação seja maior ou igual a 1500rpm no motor;
Não apresentar segregação (para isso recomenda-se o uso de um anti-segregante);
Ter expansão sólida no mínimo nula, ou seja, ausência de retração.

A ordem usual para introdução dos materiais na misturadora (salvo indicação diferente do fabricante do aditivo), é a seguinte:

Água
2. Aproximadamente 2/3 do cimento
3. Aditivos
4. Restante do cimento.
A mistura da calda de injeção deve ser feita mecanicamente, com equipamento RUDLOFF. Não é admitida mistura manual.
A calda, logo após fabricada, deve escoar para o recipiente de recepção e estocagem, onde deve permanecer continuamente em movimento, inclusive durante a operação de injeção. Em hipótese alguma pode ser acrescentada água nesse recipiente, para melhorar a fluidez da calda.
A água exsudada deve ser no máximo 2% do volume inicial da calda, medida 3 horas após a mistura, conforme NBR 7683.
A calda deve ser injetada em um tempo tal que pelo menos 70% da expansão total livre ocorra dentro da bainha.
Durante a injeção de cabos com várias curvaturas, quando a pasta de injeção sai em um purgador com consistência idêntica à da pasta de entrada, ele deverá ser fechado e deve-se continuar a injeção até o próximo purgador, e assim sucessivamente até a pasta sair na extremidade oposta do cabo.
O fechamento dos purgadores intermediários deverá ser feito por meio de dobramento e amarração, após verificar que a nata escoa em cada um deles sem bolhas de ar e com fluidez idêntica àquela da nata de entrada.
Após o fechamento dos eventuais purgadores intermediários e, sucessivamente, do de saída, deve-se manter a calda com pressão de trabalho acrescida de 0,1MPa, durante pelo menos um minuto. O respiro de injeção poderá então ser fechado, sem qualquer perda de nata na operação.
O corte ou remoção dos respiros poder ser efetuado somente após decorridas pelo menos 24 horas do término das operações de injeção.
Os incidentes que poderão ocorrer mais comumente na operação de injeção são entupimento e fugas de nata. Quaisquer incidentes que ocorram na operação de injeção devem ser informados à Rudloff e ao projetista, para serem então solucionados conforme recomendações destes.
Na ocorrência de qualquer acidente durante a operação de injeção, devem ser tomadas providências para sua correção, devendo o fato ser devidamente registrado.
Decorridas 24h do término da injeção e após verificação do completo preenchimento do tubo e respiros de injeção, estes devem ser cortados cuidadosamente.




Um pouco da história da utilização de tirantes e de paredes diafragmas e construções e escavações invertidas no Brasil, especialmente na cidade de São Paulo feito por meus colegas de engenharia.



PARECER TÉCNICO DE TIRANTES EM ÁREAS URBANAS

Introdução

O Instituto de Engenharia, através do seu Departamento de Engenharia Civil e da Divisão Técnica de Geotecnia, vem sendo instado, por empresários da construção civil e por empresas e profissionais dedicados à Engenharia Geotécnica, a examinar a utilização de tirantes como elemento auxiliar provisório na execução de estruturas enterradas para edifícios de porte em nossa cidade. Isto porque a ocupação dos espaços vazios existentes na cidade de São Paulo vem sendo considerada uma meta permanente e uma decisão acertada quanto à plena utilização da infra-estrutura de serviços públicos urbanos.

A presente correspondência tem por objetivo a discussão da evolução dos sistemas de suporte de escavações verticais em áreas urbanas densamente ocupadas, principalmente nas grandes cidades de todo o mundo, nas quais a criação de espaço vertical vem sendo um objetivo constante.

O Instituto de Engenharia tem acompanhado o notável esforço da Prefeitura do Município de São Paulo para se adaptar à grande tendência urbana atual, que vem contemplando um dramático crescimento da integração vertical através de grandes edifícios dotados de vários níveis de garagens enterradas em todo o mundo. Assim é que, contrariamente às posturas do passado, hoje há um grande incentivo à construção de subsolos que permitam fazer face ao grande crescimento do número de veículos em nossa cidade.

Assim sendo é fundamental a implantação de infra-estruturas enterradas, cabendo aos poderes públicos constituídos a ordenação física e jurídica do espaço urbano sem frear a inovação tecnológica que é a base de todo o progresso humano e objetivo permanente de todas as sociedades modernas.

A evolução das edificações de grande porte com o crescimento exponencial da população mundial foram surgindo edifícios cada vez mais elevados com opções de serviços que privilegiam o conforto e o bem estar de seus ocupantes. Antigamente na cidade de São Paulo para cada unidade de ocupação de um edifício (apartamentos, escritórios, etc) previa-se apenas uma garagem, sendo que qualquer necessidade adicional era uma opção a ser exercida pelo adquirente. Já a partir das décadas de 1980-1990, qualquer empreendimento deve contar com um grande número de garagens, sem o que o mesmo se torna manifestamente inviável.

Atualmente há a necessidade de, no mínimo,um nível de garagem para, digamos, cada cinco andares de um edifício comercial ou residencial. Embora as necessidades sejam também ditadas pela legislação de aproveitamento dos terrenos, o padrão em São Paulo é a construção de subsolos que se estendem até as divisas, sendo a parte aérea constituída por torres ou corpos de edifícios com arquitetura cada vez mais criativa e sofisticada.

Já vai longe a época em que os edifícios eram retangulares ou quadrados, com colunas alinhadas em ambas as direções, sem subsolo ou com umas poucas garagens acomodadas no espaço entre pilotis avantajados ao nível do andar térreo.

Toda uma nova realidade vem demandando a construção de subsolos com profundidades médias de dez a quinze metros encravados em áreas ocupadas por residências ou edifícios, não raro em mau estado de conservação e com apoio em fundações diretas superficiais.

Perante um tal quadro, a preservação da vizinhança e do entorno das edificações passou a ser uma busca permanente de investidores, incorporadores, construtores e projetistas em geral, como condição “sine qua non” para o sucesso de vendas de qualquer
empreendimento.

Noções iniciais do que são paredes atirantadas do ponto de vista de subsolos de edifícios, um método seguro e que não afeta a vizinhança é
a construção de paredes diafragma e que são suportadas lateralmente por tirantes protendidos, conforme a seguir descrito.

a)  Parede diafragma: previamente à execução de um subsolo de um edifício, promove-se à implantação de uma parede enterrada que é construída no interior dos solos e que circunda a área a ser aproveitada, chamada de parede diafragma. 

Esta implantação é feita por um guindaste que opera uma peça denominada “clamshell” (em português concha). Esta peça funciona como uma mandíbula que, quando fechada no interior do terreno, “abocanha” uma porção de terra, a qual é a seguir içada à superfície do terreno. Através de repetições sucessivas é escavada uma vala profunda de paredes verticais e para evitar que esta vala desmorone utiliza-se uma lama especial que
preenche o espaço vazio de solo recém escavado, assim promovendo a estabilização desta vala. A execução é em trechos que medem em planta entre 2,50 metros e 3,20 metros cada e que vão sendo solidarizados uns aos outros em seqüência planejada.

Após a escavação de um trecho, a lama é substituída por concreto armado em uma operação conhecida como concretagem. O resultado é uma parede bem acabada de concreto armado que fica enterrada no solo depois de executada. Sucessivamente vão sendo executados os vários trechos até se completar todo o perímetro do terreno.

Tipicamente as paredes diafragma apresentam espessura de 0,40 metro a 1,00 metro e a profundidade é praticamente ilimitada, o que faz com que possam atingir terrenos profundos muito resistentes.

Terminada a parede diafragma enterrada inicia-se a escavação no espaço interno que é levada a efeito rapidamente por tratores que carregam caminhões-caçamba, os quais transportam o solo escavado para áreas desocupadas denominadas “bota-fora”.

b) tirante protendido em solo: à medida que a escavação vai sendo aprofundada sobrevém a necessidade de se evitar que a parede concretada tombe lateralmente levando junto as edificações vizinhas. Para evitar que isto aconteça, antigamente utilizavam-se precariamente escoras quando as dimensões e formato regular da escavação permitiam. Quando tal não ocorria a obra tornava-se praticamente inviável. Por esta
razão, nos idos de 1960, foi criado o tirante protendido em solo que é um elemento com formato tubular,com 10 a 15 cm de diâmetro da perfuração. As fases de execução são as seguintes:

1. perfuração pouco inclinada,revestida com tubulação de aço a qual evita que o furo desmorone à medida em que o solo vai sendo retirado internamente por sopro de ar ou fluxo de água. Esta perfuração acontece atrás da parede e tem comprimento típico entre 12 metros e 20 metros. O mais comum é que esta perfuração seja ligeiramente descendente, em geral com ângulo de 20º com a horizontal, o que faz com que a
mesma se desvie dos alicerces das casas existentes;

· depois de atingido o comprimento de projeto, desce-se a armação de aço do tirante (também chamada de tendão) e a seguir injeta-se calda líquida de cimento à medida que se vai retirando a tubulação de aço do revestimento. Assim sendo,em nenhum momento “sai terra” do furo sem que a mesma seja substituída por nata de cimento.

Como conseqüência, seguramente nunca ocorrem espaços vazios no maciço de terra.

Através de um sistema especial, consegue-se repetir a injeção de cimento uma ou mais vezes, o que aumenta a capacidade de carga de cada tirante sem afetar as condições dos vizinhos, uma vez que esta injeção é localizada e ocorre junto ao tirante, em geral
com um alcance inferior a um metro;

· a seguir espera-se o cimento secar e tensiona-se o tirante enterrado contra a parede em um processo chamado de protensão, a qual é propiciada por um macaco hidráulico que reage contra a parede diafragma acima descrita. O tirante consiste pois de um tendão protendido entre a parede e seu comprimento de ancoragem que se localiza no terreno atrás da parede. Parte desta protensão permanece durante toda a execução do
subsolo, o que evita a tendência à deformabilidade lateral da parede, assim mantendo intactas as construções dos vizinhos. Portanto a tendência de a parede se deformar é contrabalançada pela protensão do tirante;

· a protensão permite também assegurar se cada tirante está apto a resistir à carga de tração de projeto,dando total segurança à parede atirantada. Normalmente uma parede é suportada por vários tirantes, cada um deles convenientemente testado;

· o tirante deve ser suficientemente longo para garantir a estabilidade do vizinho;

· para assegurar que o tirante seja ancorado em terreno firme além desta cunha crítica, o tendão entre a ancoragem e a cabeça deve ser livre de atrito, o que é conseguido fazendo este tendão deslizar por dentro de uma mangueira que o isola do solo circundante;

É importante mencionar-se que a instalação dos tirantes é silenciosa e não é sequer percebida pela vizinhança.

Após o término da parede atirantada e da escavação interna, constrói-se de baixo para cima o subsolo e o corpo do edifício. À medida que são construídas as lajes da garagem, o suporte da parede diafragma passa a ser feito pelas próprias lajes e os tirantes perdem sua função e são desativados.

Fechando este tópico, importa mencionar-se que os tirantes não se confundem com a fundação que sustentará o corpo da edificação. Esta é definitiva e tem função permanente ao longo da vida da edificação. Não ocorre o mesmo com os tirantes protendidos. Estes, como visto acima, têm função temporária (provisória) quando utilizados nas condições acima descritas e perdem sua função de ancoragem tão logo são executadas as lajes dos subsolos.

A construção de subsolos com maior segurança da vizinhança; perspectiva histórica até 1970

A história da moderna construção de escavações em centros urbanos iniciou-se nos anos 1920 e 1930 e nesta época os escoramentos usuais de escavações em áreas densamente habitadas eram feitos através de peças de madeira que eram cortadas para se adaptarem ao uso na medida das necessidades. A engenharia de então tratava o assunto com grande empirismo e adotava o lema: quando em dúvida coloque mais madeira, seja na direção horizontal, quando recebiam a denominação de estroncas, seja na direção inclinada quando eram chamadas de escoras.

As estroncas atravessavam os terrenos e a reação era de uma parede contra a outra; as escoras eram apoiadas, sem critério objetivo de engenharia, aleatoriamente “onde dava”, em geral reagindo contra valas improvisadas nos terrenos ou contra partes recém executadas da estrutura futura.

Durante este mesmo período, com inspiração européia, foram desenvolvidas técnicas de ancoragens em rocha para estruturas temporárias e depois para estruturas permanentes.

Andre Coyne, trabalhando com os primeiros tirantes protendidos de alta capacidade em rocha na barragem de Cheurfas na Argélia em 1932, é creditado como o pioneiro no desenvolvimento das ancoragens em rocha.

Apenas cerca de vinte e cinco anos após é que se desenvolveu o uso de tirantes protendidos em solo, pois só foi a partir dos anos 1960 que foi desenvolvida a técnica de injeção em solos.

Os desenvolvimentos mais importantes aconteceram desde o final da segunda guerra mundial até o final dos anos 1970 e este foi um período de aceleração no surgimento de técnicas para contenção de maciços de solo, desenvolvimentos estes estimulados pela reconstrução de cidades destruídas pela guerra na Europa Ocidental. Basicamente as evoluções mais significativas foram a injeção de calda de cimento em solo, a melhoria dos
aços para concreto protendido e o surgimento dos macacos hidráulicos Freyssinet para a protensão de fios e cordoalhas de aço. A evolução do tirante protendido acompanhou a evolução do concreto protendido.

As inovações na Europa foram sendo absorvidas gradativamente nos Estados Unidos e mais rapidamente também no Brasil, após o que as aplicações proliferaram e cresceram de forma gigantesca.
 
Nos Estados Unidos a grande revolução do período pós-guerra foi a aplicação do tirante protendido para o suporte de escavações profundas.

Observando a experiência européia, a empresa Spencer, White e Prentiss usou tirantes em rocha e solo em quatro escavações de edifícios para suporte de paredes em 1960 e 1961, o primeiro em Milwaukee e dois na cidade de Nova York, implantando tirantes com procedimentos elementares de injeção sem aplicação de pressão elevada.

O edifício da telefônica de Nova York foi o primeiro trabalho com tirantes para escavações de edifícios desta firma nesta cidade.

Celebrando este grande avanço da Engenharia foi consignado um editorial da Engineering News Record (principal revista de engenharia americana) no seu volume de junho de 1961,como segue:

“A seqüência de obstáculos para os equipamentos de escavação formado pelas escoras inclinadas que suportavam os lados de uma escavação mostrava um quadro triste nesta era de maravilhas tecnológicas”. Com o seu desaparecimento, os construtores terão muito mais produtividade com seus equipamentos sem a irritação e riscos associados com as suas escoras internas infernais (em inglês o trocadilho é entre ”internal“ e ”infernal“). Não
somente os construtores mas também os supervisores, com toda a visão descongestionada dos canteiros tornada realidade, serão eternamente gratos.”

Imediatamente após, iniciou-se o uso de tirantes em escoramentos na cidade de Los Ângeles com a iniciativa da empresa Leroy Crandall. O solo aluvionar de Los Ângeles com o nível d’água abaixo da escavação na maioria dos casos ofereceu as condições ideais para o uso de cortinas atirantadas. Uma vantagem animadora do sistema era a sua condição de manter a integridade das estruturas adjacentes sem a necessidade de sub-fundações ou reforços de
fundações dos vizinhos. Em outros termos “sem mexer” com o vizinho.

Enfim abriu-se toda uma nova era de evolução tecnológica, permitindo a construção de escavações de porte seguras e com notável aumento da produtividade e de facilitação executiva. No Brasil, o desenvolvimento da técnica de tirantes em solos será pormenorizada nos itens seguintes.

Os progressos a partir de 1970

As décadas a partir de 1970 foram um divisor de águas no que se refere a construções para tornarem o trânsito mais rápido e nos Estados Unidos os projetos com esta finalidade foram planejados e executados em Washington D. C., Atlanta, Baltimore, Boston,cidade de Nova York, Búfalo e Los Ângeles. Na Europa Ocidental mais de vinte novos metrôs ou foram iniciados ou foram expandidos, como parte de programas para a melhoria do tráfego urbano.
Muitos arranha-céus com garagens profundas foram construídos, com escavações notáveis em cidades como Seattle, São Francisco, Chicago, Los Angeles, e Houston.

Um caso clássico de escavação que ilustra a complexidade e a escala que atingiram as escavações é a do sub-solo do “Columbia Seafirst Center” em Seattle. A escavação de  Para que se tenha uma idéia mais precisa da evolução do emprego dos tirantes em todo o mundo, apresentamos abaixo um levantamento dos dez edifícios mais altos do planeta:

ranking Edifício / cidade ano Altura em Metros / Número de andares

1º Taipei 101, Taipé, Taiwan 2004 509 101

2º Petronas Tower 1, Kuala - Lumpur, Malásia 1998 452 88

3º Petronas Tower 2, Kuala - Lumpur,Malásia 1998 452 88

4º Sears Tower, Chicago 1974 442 110 

5º Jin Mao Building, Shangai 1999 421 88

6º Two International Finance Centre, Hong Kong 2003 415 88

7º Citic Plaza - Guangzhou, China 1996 391 80

8º Shun Hing Square, Shenzhen, China 1996 384 69

9º Empire State Building, Nova York 1931 381 102

10º Central Plaza, Hong Kong 1992 374 78

Fonte: www.google.com.br, entrada “anchored diaphragm slurry walls”

Dos edifícios acima apenas o “Empire State Building” de Nova York e o “Central Plaza” de Hong Kong não utilizaram paredes diafragma e tirantes. Aquele teve escavação em rocha e este utilizou o método invertido.

Os mais famosos da lista acima, que são as duas torres Petronas, utilizaram paredes diafragma atirantadas com quatro linhas de tirantes para uma escavação de 20 metros de profundidade. As fundações foram executadas a partir desta profundidade, sendo constituídas por 210 estacas barrete, com 105 metros de profundidade cada.

O “World Trade Center”, constituído por duas torres idênticas foi terminado em 1972 e desbancou o reinado do “Empire State Building” de quase trinta anos como o mais alto de Nova York, até que as torres foram destruídas em 11 de Setembro de 2001. A Altura era de 411 metros e o número de andares 110. As escavações para os cinco subsolos foram constituídas por paredes diafragma atirantadas, com 20 metros de profundidade, o que levou o subsolo a ser construído abaixo do nível do “Hudson River” que banha Nova York.

Daí a razão deste subsolo ter sido chamado de banheira (em inglês “Bathtub”).

As fundações dos pilares do WTC estão apoiadas em rocha.

É importante que se aprecie o fato de que os maiores empreendimentos usaram parede diafragma e tirantes protendidos em suas escavações e se multiplicaram a partir da década de 1990.

Dos duzentos edifícios mais altos em todo o mundo, sendo o primeiro com 509 metros de  altura e o ducentésimo com 225 metros, 79 estão situados nos Estado Unidos da América do Norte.

Para que se tenha idéia do grande emprego de paredes diafragma atirantadas, uma estatística compilada em 1990 pelos professores T. D. O’Rourke (Universidade de Cornell, Estados Unidos) e por C. J. F. P Jones (Universidade de Newcastle-upon-Tyne no Reino Unido), revelou o seguinte quadro emblemático:

“Atualmente as escavações atirantadas com paredes diafragma compreendem cerca de 85% das paredes moldadas” in loco nos Estados Unidos,com 5% a 10% de suporte através de solo grampeado e apenas o restante ainda emprega estroncas e escoras inclinadas.

Estava portanto decretado o fim das escavações escoradas por estroncas ou por escoras e firmemente encampado o emprego de tirantes protendidos para contenção de escavações para subsolos de edifícios nos Estados Unidos,como de resto em todo o mundo, inclusive no Brasil.

A alternativa do método de construção invertida

Excetuando-se a execução de escavações verticais por paredes diafragma ou estroncadas ou atirantadas, o único outro método considerado seguro de avançar uma escavação urbana, porém com enormes limitações, foi o método da construção invertida (“up/down construction”).

O processo de construção invertida foi desenvolvido a partir do chamado método milanês para construção de metrôs o qual pode ser descrito como “cubra primeiro e depois escave” (“cover and cut”) em vez do processo mais usual que preconiza “primeiro escave e depois cubra” (“cut and cover”),ou seja:

·primeiro constrói-se a parede diafragma no entorno da escavação;

·a seguir constrói-se a laje superior próxima à superfície para travamento da parede
diafragma;

·passo seguinte procede-se à escavação por baixo como se fosse uma mina;

·O procedimento vai sendo sucessivamente repetido tantas vezes quanto for o número dos demais subsolos inferiores, o que vai garantindo o suporte lateral da laje à medida que a escavação vai sendo aprofundada. Ou seja, a laje definitiva funciona como estroncamento.

Esta seqüência levou ao desenvolvimento da construção invertida, primeiramente na Europa e no Oriente e a seguir ocorreram os esforços iniciais nos Estados Unidos. O uso deste processo na construção do centro Olímpia em Chicago, no início dos anos 1980 foi um estímulo para outras iniciativas.

Este método ou processo construtivo não requer inovação radical nas técnicas usuais, mas demanda uma seqüência criativa desenvolvida a partir da construção de edifícios e da construção pesada. O processo pode ser mais bem compreendido pela divisão em quatro operações distintas mas altamente interconectadas.

a) sistema de paredes: consiste de um diafragma de concreto pelo método de trincheira estabilizada com fluido estabilizante com acima descrito;

b) sistema de colunas e fundações: a instalação das colunas permanentes da infraestrutura e respectivas fundações é feita antes da escavação e é a parte mais essencial no processo. As fundações ou devem ser diretas apoiadas em profundidade ou trabalharem de ponta. Usualmente são ou sapatas ou tubulões com arrasamento profundo ou estacas com uso de lama ou ainda trechos de parede diafragma denominados barretes. As colunas ou são moldadas “in loco” de concreto ou são metálicas. As dificuldades mais agudas são a colocação das colunas e sua solidarização/
ligação com as fundações em profundidade, o que demanda muita precisão. Um problema adicional é a garantia da estabilidade da coluna em toda a profundidade da infra-estrutura. Normalmente isto é conseguido com o reaterro do espaço anelar entre a coluna e a escavação para implantação da coluna, antes que se proceda à escavação
propriamente dita.

c) sistema de lajes dos pisos da infra-estrutura: são normalmente moldadas in loco. A dificuldade é a incorporação da laje ao diafragma e a retração do concreto que pode causar movimentação da laje. Estas lajes é que vão evitar que as paredes venham a “tombar”.

d) sistema de escavação: o sistema de escavação no processo de construção invertida é tipicamente um processo de mineração horizontal abaixo de cada laje completada e devidamente curada. Consideração especial deve ser dada às atividades de retirada vertical da terra escavada e o suprimento também vertical de materiais através de gruas, o que dá baixíssima velocidade à execução da obra.

A locação e o número de aberturas nas lajes para usar este procedimento deve ser integrado com a logística dos equipamentos e sua escolha deve ser tal que possibilite o prosseguimento do trabalho nas lajes superiores àquela sendo executada. A dificuldade de ventilação da parte enterrada coloca problemas quase insanáveis de prejuízo da saúde dos operários, além de demandar um custo excessivo devido à diminuição das jornadas de trabalho. Antes da
execução de cada lance de escavação deve-se aguardar a cura e a incorporação ao diafragma da laje recém executada.

Em virtude dos problemas acima, o processo de construção invertida quase nunca é hoje considerado, a não ser em situações em que os edifícios podem levar muito tempo para serem construídos.

É contra-indicado em áreas excessivamente exíguas ou muito espaçosas como são os grandes conjuntos comerciais e residenciais que vêm atualmente sendo construídos na cidade de São Paulo que abrangem, não raro,terrenos acima de 5.000 m². Como estroncar,  por exemplo, paredes que estão a cem metros de distância uma da outra?

Do ponto de vista de perturbação no entorno da construção as dificuldades suscitadas são quase insanáveis para uma cidade do porte de São Paulo, a saber:

- acúmulo de caminhões de escavação, de concretagem e de materiais nas ruas lindeiras;

- necessidade de processo de escavação lento e quase que artesanal, o que encarece várias

vezes o empreendimento;

- necessidade de encadeamento de operações em seqüência, diminuindo o número de atividades simultâneas;

- enormes dificuldades no manejo do lençol freático elevado;

- geração de sujeira nas ruas pelo transporte da terra ou pouco consistente ou saturada;

- dificuldades na incorporação das lajes às colunas e às paredes diafragma à medida que a escavação prossegue;

- dificuldade na coordenação dos vários sub-empreiteiros ou equipes de trabalho que passam parte do tempo sem frente de trabalho face às operações encadeadas, o que torna os custos praticamente inadministráveis;

- atrasos inescapáveis na instalação e solidarização de partes de lajes terminam por trazer movimentações nas paredes diafragma verticais, vindo a prejudicar os vizinhos.

Em suma o processo de construção invertida torna a obra mais complexa, aumenta os custos econômicos, aumenta os impactos desta fase da obra para o entorno e traz menor segurança para os vizinhos. Por tudo isto este método raramente é considerado como alternativa às escavações com diafragmas atirantados e seu uso praticamente não é mais contemplado na cidade de São Paulo.

A Cia do Metropolitano de São Paulo, que é a empresa com maior experiência em escavações no Brasil, destaca seu emprego apenas em dois casos em que o tráfego deveria ser prontamente re-estabelecido: no traçado da Linha 2-Verde sob as avenidas 23 de Maio e sob a avenida Heitor Penteado. Porém foram de porte muito reduzido.
Além disto o processo somente é viável para escavações pouco profundas, tendo em vista os fatores acima mencionados.

A utilização do tirante protendido no Brasil

O início da utilização do tirante protendido no Brasil é quase que simultânea com a introdução do concreto protendido na construção de pontes de concreto. De fato a primeira ponte em concreto protendido foi a do Galeão no Rio de Janeiro em 1949, ao passo que os  primeiros tirantes protendidos em solo foram executados nas rodovias Rio- Teresópolis e Grajaú-Jacarepaguá por volta de 1957.

Pode-se afirmar que esta técnica foi introduzida no Brasil quase que concomitantemente com o seu desenvolvimento na Europa, principalmente na França, Alemanha e Itália, tendo sido conseqüência direta do seu uso anterior em rocha, conforme mencionado no histórico dos itens anteriores.

Todavia, contrariamente aos Estados Unidos e outros países, o Brasil se adaptou rapidamente ao tirante protendido, uma vez que se desenvolveram aqui,quase que no nascedouro, as técnicas de injeção e protensão, como abaixo descrito.

A necessidade do emprego de tirantes protendidos foi pautada pelo aumento das profundidades de escavação em áreas urbanas, particularmente na cidade de São Paulo, o que obrigou a engenharia geotécnica a aprimorar os métodos de cálculo e de construção de cortinas atirantadas seguras em nosso país.

O grande impulso inicial ocorreu no início da década de 1970, com a construção do Metrô de São Paulo. Em seus primórdios os engenheiros geotécnicos brasileiros se beneficiaram da tecnologia européia, trazida pelo consórcio HMD - Hochtief, Montreal, De Consult inicialmente encarregado do projeto da então denominada Linha Norte-Sul. É desta época a introdução do tirante reinjetável e protendido, com capacidade de transmitir aos solos esforços de até
150 tf.

Como resultado de todo um empenho dos engenheiros brasileiros que trabalhavam na Cia do Metrô e aqueles ligados a empresas que executavam projetos para a Cia do Metrô de São Paulo, foi publicada em 1975 a primeira norma de tirantes injetados e protendidos, número 565, a qual apresentava contornos muito próximos da norma atual NBR-5629.

O uso de tirantes para contenção de paredes de concreto no metrô ocorre principalmente nas estações e escavações irregulares mais largas com vários níveis ou patamares, o que dificulta sobremaneira o emprego de estroncas e escoras metálicas.

Seguramente a Cia do Metropolitano de São Paulo é o grande usuário das técnicas de tirantes protendidos principalmente em situação de vizinhança em condições precárias.

Ainda é emblemático o emprego de tirantes na construção da Estação Praça da República sob o edifício da E. E. Caetano de Campos, inaugurado em 1874, e também sob o edifício Esther construído de 1938, ambos tombados pelo patrimônio histórico e extremamente sensível a movimentações sob suas fundações.

Atualmente estas edificações são parte do Plano de Reconstrução do Centro da Prefeitura do Município de São Paulo, face à sua importância para nossa cidade como marcos de história e de arquitetura as paredes diafragma atirantadas foram suportadas horizontalmente por tirantes protendidos que foram perfurados sob estes edifícios e não se observou o aparecimento de uma só fissura, sendo que a escavação tinha vinte e cinco metros de profundidade.
Além deste caso a CMSP empregou tirantes provisórios nas estações Santa Cecília, Marechal Deodoro e Ana Rosa.

Há dezenas de outros casos de emprego de tirantes pela Cia do Metropolitano de São Paulo, em pontos localizados ou restritos ou mesmo em trechos de trincheira com sucesso absoluto, face à competência desta Companhia e das firmas executoras de paredes e de tirantes.

Também a execução de subsolos para edifícios com emprego de tirantes, recebeu um incremento notável a partir da década de 1980. Apenas para que se tenha conhecimento da importância desta atividade na construção de edifícios com subsolo, consultamos os maiores escritórios de projeto de fundações sediados na cidade de São Paulo, que comprovaram a construção de mais de mil edifícios com emprego de paredes atirantadas em subsolos.

A atividade de execução de tirantes floresceu em nossa cidade mercê do grande esforço da engenharia geotécnica e também pelo grande número de construções enterradas quando em comparação com outras metrópoles do restante do mundo. Isto porque São Paulo apresenta um número incomparável de edifícios de porte.

Atualmente é uma tecnologia de domínio de dezenas de empresas na cidade de São Paulo, com garantia de emprego para milhares de operários altamente especializados.

Considerações sobre o emprego de tirantes em São Paulo o Instituto de Engenharia tem por justa razão a defesa de tecnologia avançada a qual, no caso da engenharia civil, é inteiramente autóctone. De fato, o nosso país é talvez o único do planeta em que não foi necessário o recurso a empresas construtoras estrangeiras para a construção de todo o seu formidável patrimônio de infraestrutura, em um país de dimensões continentais.

O que motiva o Instituto de Engenharia a se manifestar sobre o emprego de tirantes em nossa cidade são as seguintes indagações:

·O edifício Copan (1951-projeto de Oscar Niemeyer) tem a maior área total construída de lajes com 115.000 m² e é ou foi recorde na América Latina (registrado no livro Guiness de recordes) ao passo que as torres Petronas possuem 1.000.000 m² de área de lajes. Haveria alguma dúvida sobre a tendência de construção de edifícios
progressivamente maiores em São Paulo?

·Em São Paulo o edifício Itália (1956) tem 150 metros de altura a partir da calçada e o edifício e-Tower, na rua Funchal (1995), tem 148 metros de altura e são os mais altos da cidade. O edifício Itália tem apenas um subsolo e o e-Tower tem quatro subsolos que foram construídos com auxílio de paredes diafragma atirantadas. Cabe indagar, o que seria mais interessante para a cidade do ponto de vista de adensamento de espaços e também para conforto de seus usuários. Haveria viabilidade em se construir o edifício e-Tower hoje com apenas um subsolo? Seria razoável que os poderes públicos aprovassem a sua construção com apenas um subsolo sobrecarregando para sempre o espaço do entorno?

·Se a construção dos dois edifícios Itália e Copan na década de 1950 não foi ótima para São Paulo e uma referência para a cidade, por que são os mesmos hoje considerados marcos históricos e tombados ou em vias de tombamento?

·Haveria como se conceber Nova York sem o Empire State Building ou Kuala Lumpur sem as torres Petronas?
 
·Subsistiria alguma dúvida sobre a construção de outras torres ainda maiores no terreno do World Trade Center? Restaria dúvida sobre o emprego de parede diafragma atirantada para os novos edifícios que surgirão, principalmente após o excelente desempenho da parede atirantada que lá ainda existe?

· Seria possível conceber a execução dos formidáveis arranha-céus e edifícios inteligentes da Marginal do Rio Pinheiros, sem subsolos ou sem o concurso das paredes diafragma atirantadas construídas em condições geológico-geotécnicas as mais difíceis possíveis?

O desenvolvimento tecnológico que acompanhou a parede diafragma atirantada com o uso de tirantes provisórios seguramente decorreu da necessidade de aproveitamento cada vez mais intenso do subsolo, sem o que a integração vertical através de grandes edifícios torna-se impraticável.

Não há hoje alternativa minimamente viável a esta solução que surgiu para resolver problemas e está meridianamente claro, no Brasil e em todo o mundo, que outras soluções produzem perturbações intoleráveis na vida dos grandes centros urbanos. Esta é a realidade e é em razão deste cenário que o Instituto de Engenharia entende como de suma
importância a formulação de decisões, orientações criativas e efetiva cooperação do poder público que facilitem o emprego desta ferramenta fundamental para a Engenharia Civil brasileira.

Eng. Eduardo Ferreira Lafraia
Presidente do Instituto de Engenharia
Eng. Edemar de Souza Amorim
Vice Presidente de Atividades Técnicas
Eng. Roberto Kochen
Diretor do Departamento de Engenharia Civil





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