BR102012015917A2 - Gabião atirantado - Google Patents

Abstract

Gabião atirantado, objeto desta patente, é constituída por um muro de gabião de seção esbelta, admitindo-se construções mais verticalizadas, munido de uma ancoragem das caixas de gabião por sistemas de atirantamentos passivos ou ativos. A carga nestas ancoragens é distribuída ao longo do paramento frontal do muro por intermédio de estruturas complementares constituídas por chapas e cordoalhas de aço, mantendo a flexibilidade e permeabilidade da estrutura. Esta concepção permite execução de obras em ambos os sentidos, ascendentes ou descendentes em relação a vertical da encosta ou talude a ser contido. Estas características permitem a execução do muro de gabião atirando onde outros sistemas não se enquadram por restrições de espaço físico, cargas de trabalho ou condições de drenagem. A concepção construtiva em questão aplica-se não somente a muros de contenção propriamente ditos, mas também às estruturas composta que partem da necessidade premente de contenção de encosta ou talude com presença de maciço resistente para a ancoragem dos tirantes

Description

“GABIÃO ATIRANTADO” Campo desta Patente: Obras de Contenção Muros de Arrimo Estabilização de Taludes Estado da Técnica: A construção civil cria estruturas muitas vezes erguidas na região de taludes ou encostas sendo diretamente influenciadas pelas leis da natureza, uma vez que envolvem modificações na geologia do terreno natural. Ao modificarmos a encosta, pioramos a estabilidade do solo, o objetivo das obras de contenção passa a ser em primeira instância o de frear a série de alterações decorrentes da intervenção feita. A retirada de parte do maciço provoca alívio de tensões e por conseqüente deformações da parte remanescente. Como aquilo que se cortou e removeu do maciço, tende a se deformar, a obra de estabilização, a princípio, obtém seu êxito quando as deformações cessam ou se estabilizam. Configuram-se entre os métodos estruturais, por exemplo, a construção de muros de arrimo, de cortinas atirantadas, de solo grampeado ou o emprego de solos reforçados ou terra armada nas obras de reaterros.

Muros de arrimo ou contenção são estruturas corridas de parede vertical ou quase vertical, apoiadas em uma fundação rasa ou profunda. Estes podem ser construídos em alvenaria (tijolos, blocos ou pedras) ou em concreto (simples ou armado), ou ainda, com a utilização de outros elementos especiais com destaque aos prefabricados de concreto, por exemplo, crib- walls.

Os muros de arrimo podem ser dos seguintes tipos: de gravidade (construídos com uso de alvenaria, concreto (ciclópico ou armado) ou pedras em caixas tipo gabião), de flexão (com ou sem contraforte e, com ou sem tirantes). Os muros de flexão agem como os muros convencionais, apresentando a mesma proporção entre base e altura. Geralmente são aplicados em aterros ou reaterros, pois necessitam de peso extra. O muro de flexão conta com uma laje de fundo e outra vertical. Para alturas maiores usam-se contrafortes de tração.

Muros de gravidade são estruturas corridas que se opõem aos empuxos horizontais pela ação do peso próprio, reagindo ao empuxo do maciço. Como o próprio nome indica, estas estruturas são calculadas como uma estrutura monolítica por gravidade sendo relatívamente mais largas que os muros de flexão e, portanto, ocupando uma maior faixa do terreno.

Os muros de contenção por gravidade a partir de gabiões são estruturas armadas flexíveis, drenantes, versáteis quanto aos campos de aplicação e de grande durabilidade e resistência. Os muros de gabiões são constituídos pela justaposição de pedras britadas (pedras de mão ou rachões), arranjadas no interior de caixas de arames de aço galvanizado, tipo camada pesada, com variações no tipo de tela (malhas hexagonais de dupla torção e malhas eletrosoldadas). Estas estruturas são consagradas em todo o mundo dado ao fato deste modelo construtivo ser edificado em qualquer ambiente, clima ou estação, com uso de equipamentos convencionais e emprego de pedras de enchimento das caixas freqüentemente encontradas nas proximidades das obras.

As cortinas atirantadas são estruturas feitas de concreto armado que valem-se de tirantes protendidos ou chumbadores para dar sustentação ao terreno. Normalmente, os tirantes são elementos de aço compostos por cabos ou por uma monobarra. O tirante, basicamente, é um elemento metálico que é introduzido no solo para transferir carga de dentro de um maciço para uma parede ou outra estrutura de contenção. O processo de contenção está ligado diretamente aos tirantes ancorados no talude. A técnica do solo grampeado, também conhecida como soil nailing é menos dispendioso que a cortina atirantada e pode ser classificada como uma estrutura de contenção passiva. Ou seja, só atua quando o terreno movimenta-se. É aplicável apenas em solos firmes e a superfície do talude é recoberta com uma tela metálica e revestida com concreto projetado. O princípio de funcionamento das estruturas de contenção é o mesmo, independente do método a partir do momento em que todas promovem, ativa ou passivamente, resistência ao deslocamento de terra e ruptura ocasionados pelo corte. A diferença principal diz respeito ao local de apoio de tais estruturas. Enquanto o muro de arrimo é um peso independente, que lança mão apenas da gravidade para funcionar, o método denominado solo grampeado e as cortinas atirantadas procuram a zona resistente para se fixarem, penetrando no mesmo solo que devem estabilizar.

Crítica ao Estado da Técnica: Fatores intrínsecos a qualidade dos solos (ângulo de atrito interno, coesão e resistência ao cisalhamento) geometria do talude (ângulo de inclinação), disponibilidade de espaço para execução da contenção, condições de drenagem, exigência de recursos especiais (mão-de-obra e equipamentos especializados) e tempo de execução configuram-se como alguns dos drives na escolha de uma alternativa construtiva.

Os limites de deformação das estruturas de contenção determinam a capacidade resistente ou portante destas, evitando o seu rompimento ou colapso do conjunto (solo estrutura). O diferencial dos muros de gabiões frente às alternativas existentes é justamente a sua capacidade de admitir recalques e maiores deformações sem se romperem. Como uma estrutura extremamente flexível, os gabiões permitem um alto grau de adaptação aos movimentos do terreno, sem comprometimento da estabilidade do conjunto.

Muros de arrimo convencionais ou mesmo uma cortina atirantada, com problemas na drenagem, passam a atuar como um barramento de água na região do maciço potencializando os problemas da encosta.

No entanto, a deformabilidade e a condição de drenagem das estruturas de contenção não são as únicas preocupações diante da escolha do método de estabilização. O espaço físico disponível, as condições de acesso e o seqüenciamento da execução da obra (ascendente ou descendente) também devem ser estudados para a seleção e construção de um sistema de contenção eficiente.

No quesito espaço físico disponível no terreno, os muros de gabiões tradicionais devido a sua base mais larga ocupam normalmente uma maior faixa de solo se comparados às soluções em concreto armado e ou baseadas em atirantamentos.

As cortinas atirantadas, por exemplo, tendem a minimizar os volumes de corte, maximizando o aproveitamento do espaço disponível, podendo vencer qualquer altura e situação de talude. Mas, embora eficiente, essa técnica é cara e necessária apenas em casos específicos.

Por outro lado, as soluções baseadas em atirantamentos, em função do comprimento dos tirantes, em situações de contenções situadas próximas a linhas divisórias ou elementos subterrâneos como rede hidráulicas, demandam estudos prévios de viabilidade tendo em vista as interferências com o meio.

Segundo o pedido de patente chinês CN 1011781897 de 04/02/2012, há uma variação do modelo construtivo no qual é inserido ao sistema de ancoragem do muro por intermédio de uma malha de aço galvanizado hexagonal conectando a paramento frontal do muro com uma linha de caixas transversalmente posicionadas no corpo do reaterro. Este sistema de ancoragem produz um atirantamento linearmente distribuído ao longo da linha de base de cada conjunto de caixas conforme as camadas de reaterro. Fica então caracterizada sua aplicação na condição única de reaterro da encosta, nao cabendo nas situações de estabilização de taludes de corte.

Cabe citar também a patente americana US 5. 582.492 de 10/12/1996 que descreve um muro de gabião munido de uma viga de concreto armado. Esta, posicionada no interior das caixas de gabiões, mais específicadamente em seus vértices inferiores junto a sua face de contato com o maciço que, por sua vez, serve de apoio para a ancoragem ativa de tirantes introduzidos no maciço. Por esta linha construtiva a viga de concreto em questão diminui a flexibilidade do sistema, pois solidariza de forma mais rígida as caixas de gabiões. Neste modelo construtivo a distribuição de carga fica a cargo da viga de concreto requerendo um dimensionamento estrutural específico para isto.

Avanços no Estado da Técnica trazidos pelo objeto desta Patente: A presente invenção pretende manter as características originais dos muros de gabiões, como versatilidade construtiva, permeabilidade e flexibilidade, incorporando a estes os benefícios do atirantamento que podem ser traduzidos em redução da seção da estrutura e maior contribuição da parte resistente do maciço na estabilidade total da estrutura. O aspecto da manutenção da boa condição de drenagem e, portanto, o funcionamento não restritivo dos gabiões neste quesito, diminui o efeito do empuxo causado pelo acúmulo de água do maciço normalmente atribuído às outras estruturas de contenção no caso de falha do sistema drenante. O sistema construtivo ora proposto permite perfeita interação com o projeto de drenagem do maciço (drenos sub-horizontais profundos), de paramento (própria elevação dos gabiões com uso de geotéxteis) e de seu entorno ou superfície (canaletas ou descidas d’água). A singularidade dos gabiões no que tange a baixa complexidade construtiva quanto ao número de materiais e equipamentos empregados também é praticamente mantida nos muros de gabiões atirantados, objeto deste pedido de patente. Inclusive no modelo construtivo ora proposto, devido ao atirantamento, passa a ser possível a execução descendente dos muros de gabiões. Muros de gabiões, em sua modelagem original, são invariavelmente construídos ascendentemente, ou seja, da base para o topo do talude. Acrescenta-se à redução da complexidade construtiva, a diminuição da mão-de-obra executiva devido à redução das seções pela contribuição dos sistemas de atirantamento.

Durante o processo construtivo de um muro de gabião atirantado a partir da necessidade premente de contenção de um maciço, a pratica de inserção dos tirantes ou barras, antes da elevação dos gabiões propriamente ditos, implica na implantação de uma série de grampos metálicos no interior do maciço, fato que já transfere contribuição na estabilidade da encosta. À luz das condições de contorno da encosta ou talude e do dimensionamento correto dos tirantes (comprimento, diâmetro, resistência mecânica, profundidade de instalação, densidade ou número por unidade de área, carga de protensão) após a elevação dos gabiões e aplicação da protensão a segurança do sistema é então complementada conforme projeto técnico.

Assim, o uso do muro de gabião atirantado proposto passa a configurar-se como uma solução plenamente aplicável em situações nas quais o muro de gabião convencional não poderia ser erguido por restrição de espaço ou condição executiva na ascendente ou mesmo que pudesse ser, a nova solução apresentaria menor custo de produção e diferenciais técnicos inexistentes na solução tradicional.

Com o elevado custo dos terrenos situados nas zonas urbanas, sejam elas de uso residencial, comercial ou industrial, ganhos de áreas aproveitáveis para melhor circulação ou ampliação do espaço construído, podem implicar em benefícios capazes de custear todo o investimento da contenção. O muro de gabião atirantado, em detrimento dos diferenciais técnicos e do baixo custo construtivo, configura então numa alternativa construtiva potencialmente capaz de prover este retorno imediato do investimento da obra de contenção.

Descrição detalhada da invenção: A Figura 1 apresenta uma perspectiva geral da situação de encosta ou talude contido pelo sistema muro de gabião atirantado. A Figura 2 apresenta um detalhe da vista frontal da face externa do muro de gabião atirantado. A Figura 3 esquematiza uma caixa de gabião (1) e uma região central por onde o tirante (2) é instalado. A Figura 4 é uma vista em corte do sistema detalhando a face externa do muro de gabião atirantado. A Figura 5 é uma vista em corte envolvendo a representação do maciço e de todos os elementos constituintes do muro de gabião atirantado, incluindo a opção de reforço por perfil metálico vertical (1) na face interna do paramento frontal. A Figura 6 ilustra um exemplo de aplicação do sistema construtivo ora intitulado muro de gabião atirantado em obras de arte (bueiros, pontes, passagens e galerias hidráulicas). A Figura 7 apresenta, em perspectiva, um exemplo de aplicação do sistema construtivo gabião atirantado com uso de colchões (15) para contenção de taludes (14) de menor inclinação típico de obras de canalização.

Pode-se definir a presente invenção como um muro de gabião de seção esbelta, admitindo-se construções mais verticalizadas, munido de uma ancoragem das caixas de gabião (1) por sistemas de atirantamentos passivos ou ativos (2). A carga nestas ancoragens é distribuída ao longo do paramento frontal do muro por intermédio de estruturas complementares constituídas por chapas (6) e cordoalhas de aço galvanizado (8), mantendo a flexibilidade e permeabilidade da estrutura. Esta concepção permite execução de obras em ambos os sentidos, ascendentes ou descendentes em relação a vertical da encosta ou talude a ser contido. Estas características permitem a execução do muro de gabião atirantado onde outros sistemas não se enquadram por restrições de espaço físico, cargas de trabalho, deformações permissíveis, condições de drenagem ou seqüenciamento construtivo.

Pelo sistema em questão, em construção ascendente, da base para o topo, o muro de gabiões mais delgado deve ser assente sobre terreno ou parte do maciço resistente (4) respeitando a inclinação vertical de projeto, realizando o reaterro (5) e seqüencialmente promovendo os atirantamentos por intermédio de tirantes de aço (2) que, por processo de perfuração especializada atingem a parte do maciço resistente (4), assim ancorados nesta região pela injeção de calda cimentícia (3). Obtido o buldo de apoio do tirante (2) no interior do maciço (4), a protensão do mesmo deve ser executada, estando a extremidade do tirante (2) contra apoiada numa chapa de aço estampada (6) e travada por uso de porca ou cunha metálica (7). O número, profundidade, distribuição, material, seção e tipo de tirante (2), de barra roscada de aço ou cordoalha de aço protendido ou material polimérico e seus tratamentos superficiais são parâmetros variáveis e pertencem as especificações de projeto, advindas de metodologias de cálculo.

Além destes elementos, o sistema construtivo ora proposto, prevê junto à face externa do paramento frontal a instalação de cordoalhas de aço galvanizado (8) interligando as extremidades dos tirantes (2). A passagem das cordoalhas de aço galvanizado (8) se dá pelo uso de uma arruela com olhai metálico (9) posicionada entre a chapa de aço estampada (6) e a porca ou cunha metálica (7) de travamento. A fim de garantir a capacidade drenante do paramento frontal pelas caixas de gabiões (1), invariavelmente, aplica-se um geotéxtil (17) ao longo de toda a face interna do paramento fazendo uma interface desta com a superfície da encosta ou talude. O geotéxtil (17) funciona com filtro que retém os finos do solo e permite a livre passagem do fluxo de água. O mesmo sistema construtivo detalhado acima permite ser empregado em construção descendente, neste caso, sem a presença da porção de reaterro (5). Ou seja, já na face de contato com o terreno natural ou maciço resistente (4), a partir da crista do talude ou encosta a se estabilizar, faz-se o contato das caixas de gabião (1) posicionadas lado a lado, preenchidas com pedras (12), formando linhas de gabiões que serão atirantadas seguindo o procedimento executivo já descrito, Na sequência, trincheiras isoladas são então abertas a fim de iniciar a instalação de novas caixas de gabião (1) na fileira ou linha imediatamente inferior. De forma alternada, este processo vai se repetindo até que toda a linha inferior esteja, assim como aquela superior, preenchida com as caixas e devidamente atirantadas. Um processo seqüencial, cuja a estabilidade das caixas das linhas superiores é assegurada pelo atirantamento. Ao fim da execução de todas as linhas no sentido descendente até a linha considerada como de base, rea!iza-se a interligação das extremidades dos tirantes (2) pela utilização das cordoalhas de aço galvanizado (8).

Ainda com relação ao seqüenciamento construtivo, em função dos riscos envolvidos e planejamento executivo, a obra pode ser iniciada pela instalação dos tirantes (2) com a respectiva injeção de calda cimentícia (3) visando a obtenção do efeito de grampeamento do maciço e início do processo de contenção. Os passos executivos sequenciais seriam os acertos finais na movimentação de terra junto à base de instalação das caixas de gabiões (1); posicionamento e enchimento destas com as pedras (12) estando a parte livre dos tirantes posicionadas no interior das caixas de gabiões (1); preparação da extremidade dos tirantes (2) com a colocação da chapa de ancoragem (6); realização da protensão dos tirantes (2) por intermédio do aperto da porca ou cunha metálica (7) e finalmente, a colocação das cordoalhas de aço galvanizado (8) passando pelos respectivos olhais (9). A concepção do modelo construtivo ora intitulado muro de gabião atirantado aplica-se às obras de contenção em geral podendo estas estarem isoladas na funcionalidade única de um muro de contenção propriamente dito ou associadas a outras estruturas complementares. Exemplo disto, são os muros bilaterais de contenção nas cabeceiras de pontes, passagens de nível ou trincheiras ou galerias subterrâneas. Nestas situações especiais as caixas de gabiões (1) com seus respectivos tirantes (2) são executados com os mesmos procedimentos construtivos já descritos. O elemento adicional é justamente a presença de uma laje superior (13) com função específica como, por exemplo, funcionar como elemento de ligação ou intertravamento estrutural, como tabuleiro para pista de rolamento ou simplesmente como coroamento.

Finalmente, ainda no campo das aplicações do presente patente de invenção cabe menção às contenções normalmente construídas em canais hidráulicos, por exemplo, em obras sanitárias, envolvendo retificação de cursos d'água ampliação de calhas de rios urbanos. Neste campo de aplicações, o sistema construtivo vale dos mesmos princípios técnicos e benefícios providos pelo conceito do gabião munido de tirantes (2) diferindo apenas pela menor inclinação dos taludes (14) e uso de caixas de gabião mais baixas e com maior área de apoio, caixas estas conhecidas como colchões (15). Nestas aplicações hidráulicas, em função do que é almejado em projeto, opcionalmente, o sistema pode receber um revestimento final de concreto projetado (16) para minimizar rugosidade superficial e efeitos de infiltração ou percolação de água ou esgoto.

Claims (5)

1. “GABIÃO ATIRANTADO”, caracterizado por um sistema de contenção constituído pela atuação conjunta de um paramento frontal de caixas de gabiões (1) estruturalmente associado a tirantes (2) introduzidos no terreno potencializando os efeitos destes dois mecanismos na estabilização de encostas ou taludes em geral. Neste sistema, os tirantes (2) de barra roscada de aço ou cordoalha de aço protendido ou material polimérico e seus tratamentos superficiais ficam, de um lado ancorados na porção do maciço resistente (4), de outro, na face externa do paramento frontal, ou seja, na face externa das caixas de gabião (1). E extremidade do tirante (2) junto a face externa do paramento tem seu apoio assegurado pelo uso de chapas de aço estampadas (6), tendo nestas extremidades a presença de arruelas com olhais (9} e uma porca ou cunha metálica (7) para travamento ou fixação da protensão. Como elemento opcional tem-se ainda cordoalhas de aço galvanizado (8) que passam por cada olhai (9) com a finalidade de conexão e solidarização de todas as extremidades dos tirantes (2) visando o enrijecimento da estrutura de estabilização junto a região do paramento frontal.

2. “GABIÃO ATIRANTADO” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir a possibilidade de emprego de elementos de reforço, chapas de aço (11), posicionados no interior das unidades ou caixas de gabião (1) sujeitas ao apoio da chapa de estampada (6) no intuito aumentar a rigidez destas unidades de minimizar as deformações locais durante o processo de protensão dos tirantes (2).

3. “GABIÃO ATIRANTADO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir além da possibilidade de reforços unitários no interior das caixas como chapas de aço (11), o emprego de reforços estruturais por intermédio de perfis metálicos (10) posicionados na face externa ou interna ou no interior do paramento frontai seja na horizontal como vigas de solidarização ou na vertical como estacas de reforço.

4. “GABIÃO ATIRANTADO” de acordo com a reivindicação 1, aplicável a estruturas compostas que não somente a muros de contenção isolados, mas potencial mente utilizáveis em muros bilaterais de contenção nas cabeceiras de pontes, passagens de nível ou trincheiras ou galerias subterrâneas. Nestas situações especiais as caixas de gabiões (1) com seus respectivos tirantes (2) são executados com os mesmos procedimentos construtivos já descritos. O elemento adicional é justamente a presença de uma laje superior (13) com função específica como, por exemplo, funcionar como elemento de ligação ou intertravamento estrutural, como tabuleiro para pista de rolamento ou simplesmente como coroamento.

5. “GABIÃO ATIRANTADO” de acordo com a reivindicação 1, aplicável a estruturas de contenção de canais com margens definidas por taludes (17) de menor inclinação, onde utilizam-se de caixas de gabião mais baixas e com maior área de apoio, caixas estas conhecidas como colchões (15), tendo ou não um revestimento final de concreto projetado (16).