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
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
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
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
CRONOLOGIA E EVOLUÇÃO
DOS MARTELOS DE CRAVAÇÃO
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
“A MÁQUINA” DE
CRAVAR ESTACAS!
Por
Leonardo da Vinci
(1452-1519)
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
ROMANOS...
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
Século XVIII
“The engine”
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
BATE ESTACAS TIPO QUEDA LIVRE
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
BATE ESTACAS TIPO QUEDA LIVRE
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
BATE ESTACAS COM MARTELO A VAPOR (1845)
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
BATE ESTACA
COM MARTELO
A VAPOR
INSTALADO EM
FLUTUANTE
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
MARTELOS DIESEL
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
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
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
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???
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
TEMAS RECEBIDOS PARA DISCUSSÃO
• NEGA E REPIQUE
• PESO DO MARTELO X CARGA DA ESTACA
• DESAPRUMO E EXCENTRICIDADE DA ESTACA
• OVERDRIVING X SET UP
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
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
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
NBR 6122:2010 ABNT
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.
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
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.
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
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
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
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.
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
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
considerada diretamente proporcional
altura
de
queda
sempre
foi
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.
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
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.
Fórmula de Brix Alterada
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
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
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
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
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
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
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
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
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...
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
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.
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
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
cravação
em
somados ao monitoramento real da energia de
estacas
piloto
podem
estabelecer
critérios
muito
confiáveis para determinação de comprimento cravado sem ter que
usar NEGA ou REPIQUE:
DEVEMOS DESENVOLVER ISSO!
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
Citação de Karl Terzaghi
(1883-1963)
“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.”
Ivan Libanio Vianna – 3º Workshop Cravação Martelo Hidráulico 2013
OBRIGADO PELA SUA ATENÇÃO
Engº Ivan Libanio Vianna
Presidente do NRMG da ABMS