As cortinas atirantadas ou paredes ancoradas são estruturas compostas por dois elementos principais: o paramento, que é a cortina propriamente dita, que pode ser formada por placas pré-moldadas, estacas ou até grelhas de concreto armado, que tem como função conter o maciço de solo ou de rocha absorvendo suas solicitações, o segundo elemento é o tirante, que pode ser constituído por barras ou fios, que tem como função transmitir os esforços para o maciço. Portanto, para projetar uma estrutura de contenção em cortina atirantada é necessário a verificação da estabilidade local e global da estrutura desde a verificação do dimensionamento estrutural do paramento, do
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tirante, da ligação entre o paramento e o tirante, até a verificação da capacidade de carga do solo.
De acordo com More (2003), a ancoragem é basicamente constituída por um ou mais elementos de aço protegidos contra a corrosão (barras, fios ou cordoalhas genericamente designadas como tirantes) capaz de suportar esforços de tração e de transmiti-los ao solo por meio da interação com o bulbo, sendo este formado por injeção de calda de cimento sob pressão e fixado ou ancorado na região estável do maciço.
As cortinas podem ser ancoradas ou até mesmo apoiadas em outras estruturas devido a sua capacidade de garantir pequenas deslocabilidade (Yassuda e Dias, 1996). A pequena deslocabilidade da estrutura pode ser justificada pela existência das ancoragens, que garantem um comportamento mais rígido permitindo que as solicitações advindas do empuxo do terreno sejam distribuídas de forma diferente dos modelos teóricos triangulares usuais. A rigidez relativa solo-estrutura é fundamental na determinação dos esforços atuantes.
Cada ancoragem é constituída pela cabeça, comprimento livre e comprimento de ancoragem, sendo a sua capacidade de carga condicionada pela preservação da resistência intrínseca de cada um de seus componentes e pelas reações mobilizadas no terreno ao longo do comprimento de ancoragem (Carvalho, 2009).
Segundo More (2003), o comportamento de uma ancoragem em solo é fundamentalmente governado pelo mecanismo de transferência da carga suportada pelo tirante para o maciço de solo através de interações na interface solo-bulbo (Figura 2.3). A interação por sua vez resulta num acréscimo das tensões normais efetivas do solo, o que provoca o aumento da sua resistência ao cisalhamento, portanto, com o aumento desta há o aumento do fator de segurança contra a ruptura.
No projeto de uma cortina atirantada, a hipótese básica é que as forças horizontais geradas pelas pressões de contato do solo sobre a estrutura devem ser equilibradas pelos tirantes, enquanto que o alívio das tensões normais verticais causados pela escavação evidentemente não o é (More, 2003). Desta forma, com o aumento da profundidade da
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escavação geram o aumento significativo dos valores das tensões cisalhantes induzidas durante o processo de escavação.
Figura 2.3 – Esquema do mecanismo de transferência de carga em ancoragens (Juran e Elias, 1991, apud More, 2003)
O comportamento geotécnico das cortinas ancoradas é influenciado por uma série de fatores independentes, entre eles: processo executivo tanto dos tirantes quanto da cortina em relação as etapas de escavação, tipo de solo e seus paramentos de resistência, diâmetro de perfuração, espaçamento entre ancoragem, espessura da cortina, rigidez do bulbo de ancoragem, inclinação dos tirantes, carga de protensão, entre outros.
O conhecimento minucioso da influência de cada uma das variáveis envolvidas no problema permite detectar eventuais não conformidades dos métodos de previsão do comportamento das ancoragens.
A tendência de uma cortina normalmente é mover-se na direção do terreno escavado, induzindo na superfície do terreno o recalque próximo a estrutura. Segundo More (2003), a protensão da primeira linha de tirantes pressiona, porém, a cortina contra as paredes da escavação, fixando-a no ponto de ancoragem e com o avanço da escavação, a estrutura tende agora a girar ao redor da primeira linha de ancoragem, causando deslocamentos laterais no novo nível de escavação que, por sua vez, serão novamente restringidos pela aplicação da protensão na próxima linha de ancoragem.
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Desta forma, o movimento da cortina é coordenado à medida que a escavação prossegue com uma combinação de movimentos de rotação e de translação, influenciados por uma série de fatores como o embutimento da cortina no solo de fundação, inclinação dos tirantes, espessura e rigidez da estrutura, valores de sobrecarga, hipótese de distribuição das pressões de contato na interface solo/cortina, etc. (More, 2003). A exemplo deste comportamento a Figura 2.4 demostra as forças nos tirantes e as tensões de cisalhamento na interface solo-cortina que se desenvolvem à medida que a escavação prossegue.
Figura 2.4 – Sistema idealizado de força sobre as cortinas atirantadas (Hanna, 1982, apud More, 2003)
Diversas são as possibilidades de aplicação das ancoragens, usualmente os diversos autores sobre o tema (More, 2003; Yassuda e Dias, 1996; Carvalho, 2009; Bastos, 1998; Gurgel, 2012; Mendes, 2010; Porto, 2015) dão destaques a aplicação de ancoragens em contenções, realizam estudos sobre os fatores influenciam o comportamento das
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ancoragens e até mesmo em alguns deles há o estimulo do uso de sistemas computacionais na previsão do comportamento dos mesmos, que também é objeto desse trabalho. Outros trabalhos relevantes e que servem como referência importante no Brasil, são eles: o livro da ABMS/ABEF – Fundações: teoria e prática Fundações, Hachich et al. (2016), que apresenta um capítulo abordando os tirantes e outro para reforço do terreno, assim como o capítulo 18 do livro Reforço do Terreno de Abramento et. Al. (1996), o manual técnico da Geo-Rio (1999), bem como o manual da ABEF (1999), que apresenta procedimentos para execução de chumbadores (ou grampos), e os anais do Workshop sobre Solo Grampeado, ABMS de 2003 (Dias et. al., 2006). Atualmente, a técnica de atirantamento já atingiu um grau de desenvolvimento muito satisfatório, ganhando a confiança de projetistas (Dias et. al., 2006).
Algumas das principais vantagens da utilização da técnica de ancoragens são:
a) A segurança durante a execução, uma vez que a ancoragem pode ser feita à medida que as escavações vão sendo realizadas, ou seja, a estrutura entra em pleno funcionamento à medida que as obras trazendo segurança durante a fase de execução;
b) Não são necessários movimentos de terra extensivos, uma vez que não exige que haja escavações além da que se procura;
c) Os tirantes são elementos ativos devido à protensão, o que implica que podem suportar esforços com um mínimo de deslocamentos da estrutura;
d) Pequenos deslocamentos, pois a estrutura minimiza as deformações no maciço, o que configura em um aspecto importante quando existem construções nas proximidades;
e) Empregabilidade em obras de contenções de estradas para estabilização de taludes de cortes, túneis, edifícios com estruturas de subsolo; capacidade dos elementos estruturais esbeltos em suportarem elevadas cargas de tração;
f) Simplicidade construtiva, pois a carga de reação provém do interior do maciço de solo e os elementos estruturais utilizados são simples (fios, cordoalhas, chapas de aço, porcas e parafusos, entre outros) e de fácil manuseio o que torna o canteiro de obras bastante desimpedido, se comparado com outras soluções
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que exigem o emprego de pesadas longarinas, estroncas, contraventamentos, apoios intermediários, etc. (More, 2003);
g) Garantia da qualidade da execução da obra devido as verificações da capacidade de carga dos tirantes e segurança das obras pois os todos os tirantes são ensaiados individualmente (ensaios de recebimento).
Os principais aspectos negativos da utilização da técnica de ancoragens incluem:
a) Os tirantes não são passiveis de reutilização como no caso das estroncas por causa do método de funcionamento e do processo construtivo, não são retirados do terreno após a sua utilização;
b) Atendendo a norma (NBR 5629:2006), os tirantes devem possuir comprimento livre de no mínimo 3 m e o comprimento ancorado usualmente de no mínimo 5,0 m, o que configura elementos extensos que muitas vezes significa penetrar no terreno vizinho, tornando-se um empecilho na implantação de obras futuras no mesmo local;
c) Por se tratar de serviço especializado, requer equipe, equipamento e técnicas de controle especializadas, aumentando o seu custo da instalação (More, 2003); d) Dependendo do tipo de solo podem provocar deformações consideráveis na
superfície do terreno devido a formação do bulbo;
e) Risco de corrosão do elemento tracionado (Litlejohn, 1990 apud More, 2003); a maioria dos problemas de corrosão ocorrem no trecho livre, na região da cabeça ou até 1m abaixo. No caso do bulbo, o desenvolvimento de corrosão é muito incomum e se deve a injeções mal feitas ou descentralização da armadura; f) Tirantes muito longos tendem a apresentar algum desvio e, consequentemente,
riscos do desenvolvimento de atrito no trecho livre cujos valores podem superar aqueles admitidos pela norma brasileira (More, 2003);
g) Não são obstáculos externos, porém como são elementos totalmente enterrados podem servir de obstáculos para obras futuras e até mesmo para estudos ou exumação das estruturas no caso de rupturas;