Algumas considerações sobre

Algumas considerações sobre

cravação com martelo hidráulico

ENGº IVAN LIBANIO VIANNA

Presidente do NRMG da ABMS

Diretor da NOVASOLO ENGENHARIA

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)

Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013

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


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


CRONOLOGIA E EVOLUÇÃO

DOS MARTELOS DE CRAVAÇÃO


“A MÁQUINA” DE

CRAVAR ESTACAS!

Por

Leonardo da Vinci

(1452-1519)


ROMANOS...


Século XVIII

“The engine”


BATE ESTACAS TIPO QUEDA LIVRE


BATE ESTACAS COM MARTELO A VAPOR (1845)


BATE ESTACA

COM MARTELO

A VAPOR

INSTALADO EM

FLUTUANTE


MARTELOS DIESEL


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


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$ 5.000 K à R$ 250 K

• Manutenção: cara/sofisticada x simples/barata

• Preço da cravação: IGUAL???


TEMAS RECEBIDOS PARA DISCUSSÃO

• NEGA E REPIQUE

• PESO DO MARTELO X CARGA DA ESTACA

• DESAPRUMO E EXCENTRICIDADE DA ESTACA

• OVERDRIVING X SET UP


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


NEGA DE CRAVAÇÃO

FÓRMULAS DINÂMICAS (Item 8.2.1.5)

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.

NBR 6122:2010 ABNT


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.


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


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.


EFICIÊNCIA DE CRAVAÇÃO


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.

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 .

Fórmula de Brix


s = W².P.h

R (W + P) ²

Onde:

S = NÉGA (cm)

W = Peso do Pilão (kg)

P = Peso da estaca (kg)

h = Altura de queda do Pilão (cm)

R = 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

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 # 102-2007 :

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

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 = 5.000 kg

P = 3.300 kg (110 kg/m x 30 m)

R = 5x 200.000 kg

Aplicando a fórmula de Brix

S = 5.000² x 3.300 x 100 = 0,119 cm por golpe ou 12 mm p/ 10 golpes

200.000 x 5 (5.000 + 3.300)²

Mesma estaca e carga, usando martelo hidráulico de 5 ton com h = 50 cm:

S = 5.000² x 3.300 x 50 x 2 = 0,119 cm por golpe ou 12 mm p/ 10 golpes

200.000 x 5 (5.000 + 3.300)²

Continuação do exemplo de aplicação:


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...

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 3.300 x 100 x 2 = 0,239 cm por golpe ou 24 mm p/ 10 golpes

200.000 x 5 (5.000 + 3.300)²

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

1941.

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.

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!

Citação de Karl Terzaghi (1883-1963)


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.”

“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.

OBRIGADO PELA SUA ATENÇÃO

Engº Ivan Libanio Vianna

Presidente do NRMG da ABMS

Algumas considerações sobre

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