Algumas considerações sobre cravação com martelo hidráulico. ENGº IVAN LIBANIO VIANNA Presidente do NRMG da ABMS Diretor da NOVASOLO ENGENHARIA

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João Batista Castelhano Pais
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2 Algumas considerações sobre cravação com martelo hidráulico ENGº IVAN LIBANIO VIANNA Presidente do NRMG da ABMS Diretor da NOVASOLO ENGENHARIA

3 Objetivos deste evento: Divulgar a experiência brasileira no uso de martelo hidráulico de impacto para cravação Debate ABERTO de temas polêmicos, como: critérios de paralisação de cravação relação estaca x peso do martelo set up x cravação excessiva (overdriving)

temas polêmicos, como: critérios de paralisação de cravação

4 No evento de 2011, relatamos a EVOLUÇÃO NA CRAVAÇÃO DE ESTACAS: 1. APRIMORAMENTO DE ANTIGAS TÉCNICAS 2. DESENVOLVIMENTO DE NOVAS TECNOLOGIAS ENTÃO PROVOCADA POR CINCO FATORES: 1. APRIMORAMENTO NA APLICAÇÃO DOS CONCEITOS DE HIDRÁULICA 2. AUMENTO DA POTÊNCIA/CAPACIDADE DOS EQUIPAMENTOS 3. USO DE NOVOS COMPONENTES ELETRÔNICOS 4. AQUECIMENTO DO MERCADO 5. NOVA PERCEPÇÃO DE RESPONSABILIDADE AMBIENTAL

DESENVOLVIMENTO DE NOVAS TECNOLOGIAS ENTÃO PROVOCADA POR CINCO FATORES: 1.

5 HOJE...OUTROS FATORES IMPORTANTES: 1. AUMENTO DA OFERTA DE EQUIPAMENTOS FABRICADOS E/OU MONTADOS NO BRASIL 2. ENTRADA NO MERCADO BRASILEIRO DE EMPRESAS CRAVADORAS ESTRANGEIRAS 3. DESAQUECIMENTO DO SETOR

6 CRONOLOGIA E EVOLUÇÃO DOS MARTELOS DE CRAVAÇÃO

7 A MÁQUINA DE CRAVAR ESTACAS! Por Leonardo da Vinci ( )

8 ROMANOS...

9 Século XVIII The engine

10 BATE ESTACAS TIPO QUEDA LIVRE

11 BATE ESTACAS TIPO QUEDA LIVRE

13 BATE ESTACAS COM MARTELO A VAPOR (1845)

14 BATE ESTACA COM MARTELO A VAPOR INSTALADO EM FLUTUANTE

15 MARTELOS DIESEL

16 HISTÓRICO DOS MARTELOS HIDRÁULICOS Os martelos hidráulicos modernos foram desenvolvidos nos anos 70 pela empresa finlandesa JUNTTAN Em 1996 surgiu uma segunda geração de martelo hidráulico denominado acelerado - aumentando EFICIÊNCIA. O primeiro martelo hidráulico JUNTTAN chegou ao Brasil em 1998 trazido pela Construtora Andrade Gutierrez, obra do Pecém. A CZM fabricou seu primeiro martelo hidráulico em 2000 Também em 2000 a SOLOFIX manda fabricar um martelo hidráulico em São Paulo

O primeiro martelo hidráulico JUNTTAN chegou ao Brasil em 1998 trazido pela Construtora Andrade Gutierrez, obra do Pecém.

18 MARTELO HIDRÁULICO X MARTELO QUEDA LIVRE Eficiência maior (chega a ser o dobro). Frequência de cravação: 100 gpm (hidráulico) x 20 gpm Segurança na operação x riscos menores Medições da energia de cravação por golpe e para cada trecho da estaca, possibilitando monitoramento REAL. Preço do equipamento: R$ K à R$ 250 K Manutenção: cara/sofisticada x simples/barata Preço da cravação: IGUAL???

Medições da energia de cravação por golpe e para cada trecho da estaca, possibilitando

19 TEMAS RECEBIDOS PARA DISCUSSÃO NEGA E REPIQUE PESO DO MARTELO X CARGA DA ESTACA DESAPRUMO E EXCENTRICIDADE DA ESTACA OVERDRIVING X SET UP

20 NEGA DE CRAVAÇÃO NBR 6122:2010 ABNT NEGA, DIAGRAMA E REPIQUE SÃO EXIGÊNCIAS DA NORMA ABNT 6122:2010 PARA TODAS AS ESTACAS METÁLICAS (Item C-8 pág. 42) E PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO (Item D-8 pág.47) ATENDENDO ÀS CONDIÇÕES DE SEGURANÇA

21 NBR 6122:2010 ABNT FÓRMULAS DINÂMICAS (Item ) As fórmulas dinâmicas baseadas na NEGA ou REPIQUE ELÁSTICO visam principalmente assegurar a homogeneidade das estacas cravadas. Em determinados tipos de terreno deve ser levada em conta, na verificação da NEGA, sua diminuição (cicatrização) ou aumento (relaxação) ao longo do tempo.

22 QUAIS FÓRMULAS DINÂMICAS? Arquivos da ENR: 450 fórmulas de NEGA diferentes, estabelecidas para martelos de queda livre ou martelos à vapor. Baseadas na Lei de Newton referente impacto entre dois corpos rígidos e modificadas para considerar as perdas de energia. Algumas consideram a eficiência do martelo, o que era estimado com enorme dificuldade e sem muita precisão DE FORMA EMPÍRICA. Em 1960 é publicada pela ASCE o trabalho clássico de E.A.SMITH, após anos de aplicação na Raymond P. D. Co., onde surge a aplicação da equação da onda na análise de cravação ao invés de considerar a Lei de Newton.

23 Fórmulas são recentes? Fórmula dos Holandeses: 1825 Fórmula do ENR: 1888 (Wellington) Fórmula de Hiley: 1925 Fórmula de Janbu: 1953 Fórmula dos Dinamarqueses: 1957 Não existia martelo hidráulico (ref. Fellenius, 2006 ). Cargas nominais das estacas eram baixas ( 80 tf) Algumas eram restritas a solos não coesivos

24 A estaca tem que ter nega? A estaca pode ter nega e não ter a capacidade de carga prevista no projeto. Mesmo sem qualquer nega pré-determinada, seja calculada ou medida, uma estaca pode perfeitamente atender a capacidade de carga prevista para aquele projeto de fundações.

25 EFICIÊNCIA DE CRAVAÇÃO A EFICIÊNCIA do sistema MARTELO-ESTACA-SOLO pode ser corretamente medida através do PDA, dividindo-se a energia potencial disponível pela energia líquida, ou seja, EP / EMX. Nas fórmulas dinâmicas citadas, os coeficientes de eficiência tinham valores empíricos e não medidos sendo diferenciados para martelo queda livre, martelo diesel e martelo a vapor. Nessas fórmulas a eficiência e a altura de queda sempre foi considerada diretamente proporcional ao valor da resistência última da estaca. Assim, se a eficiência de um martelo for 50 % maior que de outro, a NEGA calculada de um será 50% maior que a do outro mantidas as mesmas características de estaca.

26 Onde: S = NÉGA (cm) Fórmula de Brix s = W².P.h R (W + P) ² W = Peso do Pilão (kg) P = Peso da estaca (kg) h R = Altura de queda do Pilão (cm) = Resistência do solo à penetração de estaca (kg) OBS: Adota-se R igual a 5 vezes a carga admissível da estaca. s = W².P.h. δ R (W + P) ² Onde δ é o fator de EFICIENCIA do sistema de cravação, sendo tomado como referencia o valor de 1 para martelos tipo queda livre Fórmula de Brix Alterada

27 Eficiências medidas em sistemas de cravação (através de PDA) As eficiências medidas em ensaios PDA são dispersas mas coerentes com os seguintes valores que estão dentro das Especificações de Cravação de Estacas da PDCA americana # : Martelo queda livre: 40% Martelo hidráulico: 80 % UM É O DOBRO DO OUTRO Isso aplicado na Fórmula de Brix Alterada para martelo hidráulico, teremos: s = W².P.h. 2 R (W + P)²

28 Exemplos de aplicação: ESTACA PERFIL AÇOMINAS HP310x110, 30 m p/ carga 200 tf., martelo de 5 ton, bate estacas tipo queda livre, h= 100 cm - Onde temos: W = kg P = kg (110 kg/m x 30 m) R = 5x kg Aplicando a fórmula de Brix S = 5.000² x x 100 = 0,119 cm por golpe ou 12 mm p/ 10 golpes x 5 ( )² Mesma estaca e carga, usando martelo hidráulico de 5 ton com h = 50 cm: S = 5.000² x x 50 x 2 = 0,119 cm por golpe ou 12 mm p/ 10 golpes x 5 ( )²

29 Continuação do exemplo de aplicação: Mesma estaca e carga, usando martelo hidráulico de 5 ton mas com h=100 cm e aplicando a Fórmula de Brix Alterada, teremos: S = 5.000² x x 100 x 2 = 0,239 cm por golpe ou 24 mm p/ 10 golpes x 5 ( )² Conclusão quando aplicamos EFICIENCIA do martelo em Fórmula Dinâmicas: A NEGA quando usamos um martelo de queda livre é o dobro daquela quando se usa o martelo hidráulico no cálculo para a mesma estaca; OU A mesma NEGA é obtida quando a altura de queda com uso do martelo hidráulico é a metade daquela altura considerada no martelo de queda livre...

30 CONSIDERAÇÕES Em 1941 a ASCE publicou relatórios da Comissão para Formulas Dinâmicas, após quase 10 anos de muita discussão, polemicas e diversidade de opiniões (Terzaghi, Proctor, Pecki, Casagrande e outros). Houve, contudo, consenso na falta de confiança e obtenção de resultados duvidosos no uso dessas formulas. Em 2012, a ASCE publicou um trabalho elaborado por três reconhecidos geotécnicos LIKINS, FELLENIUS e HOLTZ intitulado Pile Driving Formulas Past and Present, apresentado no Geo Institute de Oakland em 2012 relata muito sobre a publicação de Neste trabalho, os autores concluem que é muito desconcertante ainda verem obras/projetos usando qualquer tipo de formula dinâmica para avaliação de capacidade de carga de uma estaca.

31 CONSIDERAÇÕES FINAIS Como bem diz a NBR 6122, as fórmulas dinâmicas baseadas na NEGA visam principalmente assegurar a homogeneidade das estacas cravadas. O critério de REPIQUE em todas as estacas toma tempo, oferece riscos e não deveria ser usado para avaliação de carga - hoje existem ferramentas mais precisas com o uso de PDA. Os ensaios PDA somados ao monitoramento real da energia de cravação em estacas piloto podem estabelecer critérios muito confiáveis para determinação de comprimento cravado sem ter que usar NEGA ou REPIQUE: DEVEMOS DESENVOLVER ISSO!

32 Citação de Karl Terzaghi ( ) In spite of their obvious deficiencies and unreliability, pile driving formulas still enjoy great popularity among practicing engineers, because the use of these formulas reduce the design of pile fooundations to a very simple procedure. The price one pays for this artificial simplification is very high K. Terzaghi (1942), also quoted in Terzaghi (1943) Theoretical Soil Mechanics, John Wiley & Sons, New York. Tradução livre: Apesar de suas óbvias deficiências e falta de confiabilidade, as fórmulas de cravação de estacas ainda são muito usadas entre os engenheiros de obras porque o uso dessas formulas reduz um projeto de fundações em estacas a um procedimento muito simples. O preço a ser pago para essa simplificação artificial é muito alto.

33 OBRIGADO PELA SUA ATENÇÃO Engº Ivan Libanio Vianna Presidente do NRMG da ABMS

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