Marcos Carnaúba
Engenheiro Civil Consultor CREA 3034-D-PE/FN
21-BLOCOS DE COROAMENTO – ESTACAS METÁLICAS (TRILHOS) Embora de bibliografia escassa, trilhos passaram a ser utilizados no Brasil como estacas de fundação após descarte pelas ferrovias, selecionados sob critérios simplistas de boa conservação e nunca terem a redução do peso superior a 20% do seu valor teórico. As ferrovias descartam trilhos quando o desgaste do boleto, em área, atinge 25% do original, uma prevenção contra o descarrilamento, mas não, necessariamente, por perda de resistência Como precaução alguns autores recomendam reduzir de 20 a 30% a carga máxima estrutural. A corrosão de perfis metálicos totalmente enterrados já foi bem estudada constando da bibliografia que o baixo teor de oxigênio contido nos solos, responsável pela reação química que gera a corrosão, logo se esgota exceto em solos com pH inferior a 4, raros no Brasil. Para considerar os efeitos da corrosão de perfis metálicos diversos fatores do solo devem ser avaliados, tais como: granulometria, profundidade, características químicas, resistividade e acidez. Atentar, também, para os riscos de encurvamento do perfil em solos de baixa resistência decorrente da instabilidade dinâmica direcional, e as possibilidades de desvios quando a ponta da estaca encontra camadas de rochas inclinadas ou em blocos. Para considerar o efeito da corrosão de perfis metálicos a NBR 6122/96, de forma conservadora, segundo alguns autores, determina a redução de 1,5 mm da espessura do perfil, em todo o seu perímetro, exceto quando se usa proteção especial de eficiência comprovada – pintura ou proteção catódica, como exemplos. Atualmente a NBR 6122 está em processo de revisão. Nos casos de o perfil metálico permanecer imerso em água, com variações do seu nível, ou atravessando aterros heterogêneos de rejeitos, recomenda-se encamisá-lo com concreto armado nesses trechos estendendo esse revestimento até a uma profundidade de 2 a 3 m no terreno natural sem presença de água. Os trilhos e perfis em geral só podem ser utilizados em fundações se retilíneos, de curvatura ≥ 400 m em qualquer ponto do eixo, ou apresentar flecha máxima de 0,3% do comprimento total. As emendas de trilhos são feitas com solda de topo e os perfis são alinhados com o auxílio de talas laterais soldadas, recomendando-se o uso de eletrodos dos tipos OK 46 e OK 48. Raramente é usado um só trilho como estaca, nesse caso para pequenas cargas, sendo usual a utilização de perfis compostos de 2 TR, 3 TR e 4 TR (TR – train rail). Os tipos descartados mais comuns são os TR25, TR32, TR57 e TR68, cujos índices indicam o peso por metro, 25, 32, 57 e 68 kg/m, respectivamente.
R. Desp. Humberto Guimarães, 587 – Ed. Solar de Greenwich – ap.601.Ponta-Verde, CEP. 57035-030 Tel. (082) 3231.3232 -Cel. 9981.6748 - e-mail:
[email protected] –
[email protected] – Maceió – AL- Brasil
Marcos Carnaúba
Engenheiro Civil Consultor CREA 3034-D-PE/FN
Trilhos em aço A36 –fyk= 240 MPa Perfil Peso Altura Largura M.Resist. Perímetro Área
Y X
Kg/m 25,0 32,0 37,0 45,0 50,0 57,0 68,0
TR25 TR32 TR37 TR45 TR50 TR57 TR68
h bw
h (cm) bw (cm) 10,0 10,0 11,3 11,3 12,2 12,2 14,3 13,0 15,2 13,7 15,8 14,0 18,6 15,2
Wx (cm³) 100,0 120.2 149,0 205,0 247,0 295,0 391,0
cm 38,0 41,0 44,0 49,0 52,0 55,0 60,0
cm² 31,4 40,9 47,3 56.8 64,2 72,6 87,5
Os principais arranjos se encontram mostrados na Figura 1, com os respectivos símbolos no canto inferior direito.
Figura 1
S1
S2A
S2B
S3
S4
Dados obtidos de tabelas antigas, tendo como exemplo um bloco simbólico sobre duas estacas de trilhos – desenhos sem escala. Planta
Corte = comprimento do perfil que adentra no bloco ℓ
Φe
T
a
T
a
ℓ
>5 cm concreto magro
a
e
a
= diâmetro equivalende da estaca metálica para fins de dimensões e espaçamento. Φe
R. Desp. Humberto Guimarães, 587 – Ed. Solar de Greenwich – ap.601.Ponta-Verde, CEP. 57035-030 Tel. (082) 3231.3232 -Cel. 9981.6748 - e-mail:
[email protected] – Maceió – AL- Brasil
Marcos Carnaúba
Engenheiro Civil Consultor CREA 3034-D-PE/FN
Símbolo
Nomenclatura
S1 S2A S2B S3 S4 S1 S2A S2B S3 S4
1TR25 2TR25 2TR25 3TR25 4TR25 1TR32 2TR32 2TR32 3TR32 4TR32
Φe
cm
e cm
a cm
13 20 20 28 30 16 23 26 30 34
75 80 80 90 100 75 90 90 100 100
25 32,5 32,5 40 40 27,5 32,5 32,5 40 42,5
Φe
Dados de geometria cm 10
JX-X cm4
JY-Y cm4
WXX
WYY
cm
AT cm²
cm
cm
20 20 20 30 30 20 20 20 30 30
31,5 62,8 62,8 94,2 125,6 40,8 81,6 81,6 122,5 163,3
410 824 2270 3488 6908 703 1409 3823 5898 11711
89 1091 179 3488 6908 150 1839 301 5898 11711
81 170 230 275 468 120 248 383 406 693
ℓ
SP cm2
TR 25
Pb cm 35
Dados de geometria cm 11
150
51
22,5
10
50,5
11
340
74
22
22
Pb cm
97
40,5
194
58,5
194
58
444
84,5
749
103
25
584 29,5
SP cm2
TR 32
20
17,5
29,5
120 400 400 600 800 180 500 500 800 1000
11
150
19
18 125 36 275 468 26 184 53 406 693
Carga kN
11
10
10
3
= diâmetro equivalende do trilho; AT = área da seção do trilho
75
19,5
3
90
34 34
Sp – Área da base a ser considerada para o cálculo da resistência de ponta. Pb - Perímetro de base a ser considerado no cálculo da resistência por atrito lateral.
R. Desp. Humberto Guimarães, 587 – Ed. Solar de Greenwich – ap.601.Ponta-Verde, CEP. 57035-030 Tel. (082) 3231.3232 -Cel. 9981.6748 - e-mail:
[email protected] – Maceió – AL- Brasil
Marcos Carnaúba
Engenheiro Civil Consultor CREA 3034-D-PE/FN
A NBR 6122/96 assim se expressa no item 7.8.2.4.2: “Quando as estacas de aço constituídas por perfis laminados ou soldados trabalharem à compressão, basta uma penetração de 20 cm no bloco. Pode-se, eventualmente, fazer uma fretagem através de espiral, em cada estaca neste trecho”. Consta do 7.8.2.4.3: “No caso de estacas metálicas trabalhando a tração, deve-se soldar uma armadura capaz de transmitir ao bloco de coroamento as solicitações correspondentes”. Essas recomendações confundem o projetista que trabalha com estacas de concreto, hoje embutidas apenas 5 cm nos blocos acima do nível do concreto magro, e sobre as cabeças delas (em bw) distribui as armaduras obtidas no cálculo pelo método das bielas – recomendável – ou dimensionados pela teoria de vigas. As opções abaixo envolvem todos os tipos de blocos sobre perfis metálicos de qualquer natureza. Duas correntes de projetistas definem o posicionamento dessas armaduras quando o bloco se apóia sobre estacas metálicas com o toco de 20 cm ali adentrando. Observar que as tabelas de trilhos ferroviários indicam, em alguns casos, o toco de 30 cm. 1- A primeira corrente afirma que inexiste, na teoria das bielas desenvolvida por Magnel e outros, melhorada ao longo dos anos, qualquer exigência de as armaduras serem dispostas sobre as cabeças das estacas, e as colocam ao lado do toco metálico, sempre com fretagem. Em todos os casos devem ser estudados com cuidado os efeitos de puncionamento e verificada a necessidade de armadura de suspensão. Planta
Corte longitudinal
Corte transversal
N3 N4
T
T
N5
N3
N3 N2
N5
N1 fretagem
N4
N1
N2
2- A segunda corrente afirma que a teoria das bielas considera a distribuição das armaduras ao nível das estacas, aumenta a altura do bloco de 20 a 30 cm, as distribui sobre os perfis fretados (bw), e insere armaduras complementares na sua base, 5 cm acima do concreto magro.
R. Desp. Humberto Guimarães, 587 – Ed. Solar de Greenwich – ap.601.Ponta-Verde, CEP. 57035-030 Tel. (082) 3231.3232 -Cel. 9981.6748 - e-mail:
[email protected] – Maceió – AL- Brasil
Marcos Carnaúba
Engenheiro Civil Consultor CREA 3034-D-PE/FN
Planta
Corte longitudinal
Corte transversal
N3 N4
T
T
N5
N3
N3 N2
N5
N1 fretagem
N4
N1
N2
Armadura suplementar anti-fissuração
Notas: a)-A opção de soldar uma placa metálica na cabeça do perfil adentrando, apenas, 5 cm no bloco, é totalmente descartada por dificuldades de execução das soldagens em local exíguo, de difícil nivelamento e controle de qualidade. b)-Pode-se fretar cerca de 50 cm do perfil abaixo do concreto magro já soldando ali armaduras complementares que adentram ℓb (comprimento de ancoragem) no bloco, como se houvesse tração na estaca e cumprindo o ditame normativo. Planta
Corte longitudinal
Corte transversal
N3 N4
T
T
N5
N3
N2
N5 >50 fretagem
N4
N3
N1
N1
Barras soldadas
N2
Bibliografia. Traité de Béton Armé – Guerrin; Cimentaciones de Estructuras – Dunham; Introdução ao Estudo de Fundações Profundas – Aguirre e Wanderley; Fundações e Contenções de Edifícios – Joppert; Retropesctiva e Técnicas Modernas de Fundações em Estacas – Presa e Pousada; NBR 6122/1996; NBR 6118/2003; Eurocode; Estacas Franki, Gerdau.
R. Desp. Humberto Guimarães, 587 – Ed. Solar de Greenwich – ap.601.Ponta-Verde, CEP. 57035-030 Tel. (082) 3231.3232 -Cel. 9981.6748 - e-mail:
[email protected] – Maceió – AL- Brasil
