Projeto de uma trincheira utilizando estacas metálicas

PROJETO DE UMA TRINCHEIRA UTILIZANDO ESTACAS METÁLICAS
Jhonatan Tilio Zonta
Universidade Federal do Paraná
Instituto Tecnológico de Transportes e Infraestrutura
Rodrigo de Castro Moro
Universidade Federal do Paraná
Instituto Tecnológico de Transportes e Infraestrutura
Alexandre Samuel Ramalho
Universidade Federal do Paraná
Instituto Tecnológico de Transportes e Infraestrutura
Cristhyano Cavali da Luz
Universidade Federal do Paraná
Instituto Tecnológico de Transportes e Infraestrutura
Eduardo Ratton
Universidade Federal do Paraná
Instituto Tecnológico de Transportes e Infraestrutura
Edu José Franco
Universidade Federal do Paraná
Instituto Tecnológico de Transportes e Infraestrutura
Carlos Aurélio Nadal
Universidade Federal do Paraná
Instituto Tecnológico de Transportes e Infraestrutura
Philipe Ratton
Universidade Federal do Paraná
Instituto Tecnológico de Transportes e Infraestrutura
RESUMO
O objetivo deste trabalho foi propor uma metodologia construtiva para trincheiras urbanas através de
estacas metálicas cravadas em solo, sem desviar o tráfego para as demais vias secundárias e
sobrecarregar o trânsito durante a execução das obras. Foram verificadas estacas metálicas em perfis de
aço GU-7 600, com 47 kg/m e largura de 600 mm, com comprimento variável indicado em cada seção
da trincheira, analisando-se sua viabilidade perante as estruturas geológicas da área de estudo. O cálculo
dos esforços, das deformações e o dimensionamento das estacas foi proposto utilizando-se modelagem
tridimensional das estruturas por meio do software de código fechado SAP-2000 (Structural Analisys
Program), o qual possibilitou considerar as interações entre as peças e o solo (carga esforços e
deformações das seções tipo estudadas), bem como e avaliar o desempenho da estrutura. O perfil
metálico será cravado por vibração até as cotas limites indicadas no projeto, deixando o comprimento
da estaca cravada no solo com comprimento suficiente para impedir o deslocamento do talude vertical.
Nas seções onde as contenções apoiam as vigas da trincheira foram projetados estacas coroadas com
perfis duplos de maneira a suportar as cargas e deformações aplicadas. Essa metodologia minimiza os
contratempos gerados aos usuários e moradores próximos quanto ao não desvio do tráfego durante a
fase de implantação do empreendimento, bem como no menor tempo de execução no que tange a parte
técnica de engenharia.
PALAVRAS-CHAVE: Trincheira; Estacas Metálicas; Metodologia Construtiva; Tráfego Urbano.
1. INTRODUÇÃO
Problemas relacionados ao deslocamento de pessoas e bens no espaço urbano existem
desde o surgimento das cidades, mas esses se tornaram mais graves com seu
crescimento desenfreado. Dessa forma, as grandes cidades dependem de um
planejamento eficaz de uma malha viária para que possam ser mais acessíveis e menos
caóticas aos seus usuários.
Regiões centrais geralmente possuem em suas interseções semáforos. E quando esses
dispositivos de controle viário já não são suficientes, se faz necessário o estudo da
viabilidade de uma obra de grande porte, a fim de se obter um fluxo eficiente de
veículos e pedestres.
As intervenções mais comuns para solucionar os impasses supracitados, são por meio
de passagens em desnível (trincheira) onde o fluxo do cruzamento é desviado para
rotas alternativas, sobrecarregando ainda mais as vias secundárias na fase de obras. A
execução desse tipo de empreendimento pode causar grandes transtornos e contribuir
para a elevação do chamado “custo social”, decorrente de congestionamentos, riscos
de acidentes com pedestres, dificuldades de acesso ao comércio, entre outros.
Buscando minimizar os impactos no trânsito, bem como evitar excessivos transtornos
à população lindeira, o presente artigo aborda uma metodologia construtiva
diferenciada na concepção de trincheiras, sem a necessidade do desvio do tráfego de
veículos no cruzamento, durante a fase de obras.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1. Área De Estudo
A área de estudo compreendeu o cruzamento entre a Rua General Mario Tourinho e a
Avenida Nossa Senhora Aparecida, localizado no bairro Seminário, região noroeste da
cidade de Curitiba/PR (Figura 1).
Figura 1 – Área de estudo.
Fonte: O Autor, 2015.
2.2. Materiais
Para o desenvolvimento deste trabalho utilizou-se um Modelo Digital do Terreno
(MDT) obtido junto à COMEC (Coordenação da Região Metropolitana de Curitiba).
O cálculo dos esforços, das deformações e o dimensionamento foi modelado em 3D
no programa SAP-2000 (Structural Analisys Program), permitindo considerar as
interações entre as peças e o solo e avaliar o desempenho da estrutura.
Utilização do Software AutoCAD para desenvolvimento do projeto em 3D.
2.3. Métodos
O dimensionamento foi executado com base nas propriedades geométricas e tensão
admissível das estacas metálicas (perfil de aço modelado a quente). As dimensões e as
propriedades das estacas metálicas são apresentadas na Figura 2.
Figura 2 – Dimensões e propriedades das estacas metalicas.
Fonte: ArcelorMittal, 2015.
A construção de trincheira exige um paramento vertical e para construção deste, um
escoramento temporário. A solução em cortina de estacas permite estas duas funções
com uma única obra. As estacas metálicas foram escolhidas por serem leves e
resistentes, o que favoreceu o custo e o prazo, por poderem ser cravadas mais
rapidamente que estacas pré-moldadas de concreto e não dependerem de período de
cura como estacas escavadas no local.
O método empregado para a concepção da trincheira implicou na solução através da
execução de uma cortina de contenção cravada por meio de vibração, reduzindo o
impacto sonoro local e riscos à obras existentes (Figura 3), visando o escoramento e o
paramento vertical dos taludes laterais, e de fundação, abaixo do viaduto sob o
cruzamento com a Av. Nossa Senhora Aparecida.
Figura 3 – Cravação da estaca metálica e utilização em trincheiras.
Fonte: ArcelorMittal, 2015.
No cruzamento, será construída uma laje de concreto, inicialmente apoiada sobre o
solo. Esta laje capeia um sistema pré-moldado de vigas e pré-lajes de concreto armado
convencional, solidarizado à cortinas com uma transversina de apoio moldada “inloco” sobre aparelhos de apoio articulados sobre almofada de neoprene. A
superestrutura deverá ser montada na Av. N.S. Aparecida em meia pista de cada vez,
permitindo a manutenção do escoamento do tráfego. As intervenções na região durante
cada etapa do empreendimento é apresentado no desenho esquemático da Figura 4.
1ª Etapa
4ª Etapa
2ª Etapa
5ª Etapa
3ªEtapa
6ª Etapa
7 ª Etapa
8ª Etapa
Figura 4 – Desenho esquemático das intervenções.
Fonte: O autor, 2015.
O tempo de cura das duas partes da superestrutura deverá ser suficiente para completar
a cravação das cortinas metálicas no restante da obra, o que permitirá a escavação da
trincheira, que deve ser operada em duas frentes, uma antes e outra depois da travessia.
Durante este período o tráfego deve ser desviado para as marginais com o máximo
cuidado com a sinalização de obra, para prevenir acidentes.
2.3.1. Cálculo dos esforços através do SAP-2000
O cálculo dos esforços foi feito no programa SAP-2000, seguindo as premissas do
modelo estrutural.
A estrutura foi carregada com as pressões devidas ao empuxo ativo do material do
paramento, considerado no estado limite de ruptura, que implica em coesão nula e
ângulo de atrito reduzido à condição remoldada.
5. RESULTADOS
O dimensionamento da estrutura foi carregado com pressões no estado limite de
ruptura no programa SAP-2000, fornecendo as diretrizes de projeto para estacas
prancha conforme tabulado abaixo:
Talude
Paramento
Estaca
Altura(m) Altura(m) Ficha(m) Compr(m)
7.00
4.60
3.10
7.70
6.00
3.60
2.50
6.10
5.00
2.60
2.10
4.70
4.00
1.60
1.60
3.20
3.00
0.60
1.60
2.20
Seção
GU-7 600
GU-7 600
GU-7 600
GU-7 600
GU-7 600
Tabela 1 – Cortinas metálicas.
Fonte: O autor, 2015.
A partir desse critério efetuou-se o dimensionamento das estacas metálicas sobre o
modelo digital do terreno no software AutoCad, de acordo com a Figura 5.
Figura 5 – Projeto da trincheira sobre o modelo digital do terreno.
Fonte: O autor, 2015.
6. RECOMENDAÇÕES FINAIS
Em geral a escolha da contenção a ser utilizada em empreendimentos do tipo trincheira
é em função dos custos relativos à sua compra (custo unitário) e implantação.
Entretanto, outros critérios também são relevantes, e podem inviabilizar alguns desses
tipos.
Ou seja, em algumas ocasiões o custo da obra não será determinante na escolha, sendo
assim, em uma situação hipotética onde há a necessidade de preservação de áreas,
cortinas atirantadas podem ser mais adequadas do que o muro de pedra argamassada,
por exemplo. Os benefícios que uma obra de contenção tem em relação à outra devem
ser considerados de acordo com esses critérios, dessa forma, irão depender do que se
deseja conseguir com a construção. É importante lembrar que esses custos são
referentes a cada metro corrido de construção, portanto, as diferenças desses valores
tendem a ser muito maiores, quando multiplicados pelo comprimento de uma
determinada obra. Sendo assim, quanto maior uma obra, maior será a economia no
caso da escolha correta ou o prejuízo no caso da escolha errada.
Em suma, a escolha correta pelo tipo de contenção é de grande importância, sobretudo
na execução de obras sob licitação onde se considera, principalmente, a segurança e a
economia. Assim, antes de qualquer projeto de contenção de taludes, devem ser
elaborados estudos de viabilidade e de custos a fim de se desenvolver critérios para a
escolha mais adequada à situação.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ACELOR MITTAL. Catálogo Técnico – Foundation Solutions. 2015