Estacas Pranchas

Conceitos e Aplicações

As estacas-pranchas metálicas tem sido usadas nos últimos cem anos em obras de contenção ao redor do mundo. Aliando um custo competitivo a rapidez de execução, a parede de estacas metálicas tem se mostrado a solução mais econômica para um grande numero de obras.

Regulamentadas pelas normas européias e com uma grande gama de alternativas, é possível adequar a solução aos mais variados tipos de obras, desde terminais portuários a passagens de nível rodoviárias.

1. Perfil Histórico

O uso de estacas-prancha em obras de contenção é bem mais antigo do que se imagina. No princípio do século passado, por volta de 1900, estacas-pranchas, construídas de madeira ou ferro fundido já eram utilizadas. A era das estacas -pranchas conhecidas no mundo de hoje se iniciou no início do século 20 com o desenvolvimento da tecnologia de laminação. O primeiro grande projeto envolvendo estacas-pranchas laminadas a quente foi feito nos Estados Porto Black Rock, construído em 1908 e consumindo 6.600 toneladas de estacas.

Em 1914 foram produzidas as primeiras estacas com conectores Larssen, sendo posteriormente desenvolvidas as estacas tipo Z, as estacas planas e as paredes combinadas. A tecnologia de construção com estacas possuem mais de 100 anos sendo aprimorada com novas soluções de engenharia e um desenvolvimento e aprimoramento constante dos produtos.

O mercado mundial de estacas tem um consumo estimado em dois milhões de toneladas ano, sendo cerca de novecentas mil produzidas na Europa. Os maiores mercados consumidores de estaca estão localizados na Europa, Estados Unidos, Oriente Médio e sudeste da Ásia.

2. Estacas-Pranchas Me

Quando se está especificando uma estacas-pranchas, a característica do produto mais importante a ser observada é o Módulo Elástico (Wx) que combinado com o tipo de aço resultará na capacidade de suportar um determinado momento fletor da estaca. Na especificação de um projeto procura-se sempre a relação Módulo Elástico x Peso (kg/m²) mais econômica. O grande desafio de um projeto em estacas metálicas passa por combinar os seguintes itens:

Maior módulo elástico possível.
Menor peso/m² possível.
Maior momento de inércia possível.
Qualidade de aço mais apropriada para a aplicação.
Maior largura útil da estaca possível (Maior produtividade de instalação)

Para atender de forma eficiente e econômica a uma grande diversidade de projetos, foi desenvolvida uma linha de produtos bastante diversificada:

Perfis tipo U.
Perfis tipo Z.
Estacas-pranchas planas
Paredes combinadas, quando se combina perfis H com estacas tipo Z.

Existem basicamente dois tipos de estacas-pranchas:

Estacas Laminadas a quente.
Estacas Conformadas a frio

Existem várias diferenças entre estes dois tipos de produto:

a) Processo de Produção: Nas estacas laminadas à quente, os conectores são laminados junto com as estacas o que possibilita um perfeito controle dimensional e uma ausência de concentração de tensões devido a trabalhos mecânicos.

b) Conectores: Os conectores das estacas laminadas possuem abas paralelas com grande resistência à tração e permeabilidade bastante reduzida.

c) Acabamento: As estacas laminadas a quente possuem acabamento similar a perfis laminados, passando por um rigoroso controle dimensional.

d) Tipos de aço: Nas estacas laminadas à quente é possível fazer inúmeras combinações de aços, chegando a elementos de grande resistência como aços ASTM A572 GR 65. Em muitos casos é possível adicionar ligas ao aço base como Cobre, Cromo e Níquel aumentando sua capacidade de resistência à corrosão.

e) Emprego: As estacas laminadas a quente são empregadas em grande escala de forma definitiva e com características estruturais incorporadas ao projeto, geralmente suportando inclusive cargas verticais.

f) Re-utilização: Por apresentarem conectores extremamente resistentes as estacas laminadas à quente possuem um índice de reaproveitamento muito superior.

3. Tipos de Estacas

3.1. Estacas-pranchas tipo AU/PU

A estaca-prancha tipo U, com larguras úteis que podem chegar a 750 mm são as que apresentam melhor relação Módulo Elástico x Peso (kg/m2). Este tipo de estaca combina economia na quantidade de aço com excelente performance de instalação, reduzindo assim os custos da obra, mesmo em condições de solos difíceis. A maior largura útil implica em um menor número de conectores por metro linear de parede, o que influencia diretamente na redução do consumo de aço e na permeabilidade do sistema.

As estacas Tipo U podem ser solicitadas aos pares, ou seja com larguras úteis de 1500 mm, contribuindo assim para uma melhor performance estática (os conectores podem ser solicitados prensados) e produtividade de instalação.

3.2. Estacas-pranchas tipo AZ

As estacas-pranchas Tipo Z podem ser consideradas uma evolução na linha de produtos, tendo como sua principal característica a mudança de posição dos conectores. Neste tipo de estacas, o plano de máxima tensão de cisalhamento não passa pelos conectores o que contribui para aumentar sua capacidade estrutura. Por esta razão, estacas Tipo Z são utilizadas em grande escala para obras estruturais expostas a altas pressões hidrostáticas ou executadas em solos de baixa resistência.
3.3. Estacas-pranchas tipo HZ/AZ
Devido à grande demanda do mercado da área portuária por estruturas que possam suportar profundidades de cais cada vez maiores, foram desenvolvidas as paredes combinadas HZ, com Módulo de Flexão que podem chegar a 30.000 cm3/m.

As paredes HZ são uma combinação de perfis H e Z com dupla função:

Estacas H:

suportar os carregamentos horizontais de terra e pressões hidrostáticas.
suportar cargas verticais.

As estacas intermediárias AZ trabalham como contenção de terra e transferência de carregamentos. Múltiplas combinações podem ser realizadas com estes elementos variando o número de H utilizados e o tipo de AZ para contenção, resultando em soluções economicamente viáveis de rápida execução.

3.4. Estacas-pranchas planas tipo AS

As estacas-pranchas planas constituem uma linha de estacas completamente diferente das demais pelo fato de não terem resistência à flexão. São estacas que trabalham exclusivamente à tração em estruturas circulares fechadas ou tipo diafragma conhecidas também como estruturas gravitacionais auto-estáveis. Nestas estruturas, o elemento utilizado como aterro confinado pela parede de estacas exerce uma pressão de dentro para fora da estrutura, como por exemplo um tambor cheio de água.

Numa estaca plana a característica de produto mais importante é sua capacidade de resistência à tração nos conectores.

4. Aplicações

As aplicações das estacas-pranchas são numerosas e podem ser de caráter provisório ou definitivo.

Exemplos de projetos em estacas-pranchas laminadas à quente:

Construção de passagens de nível
Construção de túneis
Obras de contenção dentro e fora d’água
Estacionamentos subterrâneos
Subsolos de edifícios residências / comerciais.
Construção de novos piers / cais. Expansão de piers / cais.
Aumento de calados de portos.
Recuperação de piers / cais com problemas de fuga de material de contenção

As principais vantagens da utilização de estacas-pranchas metálicas laminadas a quente são:

Ambiental: Baixo impacto ambiental desta solução. Não há remoção de material para possíveis bota foras, bem como a utilização de lama bentonitica altamente impactante ao meio ambiente.
Rapidez: Obras executadas em estacas-pranchas metálicas são muito rápidas, com baixa mobilização na instalação do canteiro de obras.
Versatilidade: Por se tratarem de uma estrutura metálica a versatilidade é muito grande possibilitando facilmente expansões, reparações ou mudanças no projeto.

5. Normatização

O emprego de estacas-pranchas laminadas a quente em obras de engenharia devem estar em conformidade com o Código Europeu, EAU 1996 (Última versão)
A norma européia EN 10248 aprovada em 19/05/1995 é utilizada em numerosos países. A norma é separada em duas partes:

Parte 1: Especificações técnicas
Parte 2: Tolerâncias em forma e dimensão

A primeira parte desta norma especifica os requerimentos para estacas laminadas a quente com respeito a características de composição química do aço, propriedades mecânicas e aspectos de entrega.

A norma européia EN 10248 parte 1 também inclui 6 graduações possíveis para aços com tensões de escoamento de 240N/mm2 à 430N/mm2 (S240GP, S270GP, S320GP, S360GP, S390GP E S430GP).

As tolerâncias em dimensão, espessura, massa, bem como os critérios técnicos para os conectores estão na segunda parte da norma.

Detalhes mais específicos de utilização podem ser encontrados na EN 12063 que trata da execução de trabalhos geotécnicos especiais com utilização de paredes de estacas metálicas laminadas. A finalidade deste documento é normatizar os procedimentos geotécnicos dos trabalhos, com recomendação dos equipamentos baseado nas propriedades do solo e condições do local de trabalho.

6. Conclusão

Devido às maiores exigências dos projetos de engenharia nos últimos tempos como:

Prazos cada vez menores.
Mobilizações de equipamentos mais econômicas.
Menores impactos ambientais.

A utilização de estacas-pranchas metálicas laminadas tem se expandido com aplicações em diferentes segmentos, sendo uma tecnologia de fácil acesso e grandes perspectivas.

Tipos de Estaca

Estacas Pranchas U

Há mais de 80 anos, milhões de toneladas de estacas-pranchas em forma de U são usadas em todos os lugares do mundo, em todos os tipos de estruturas.

As estacas em forma de U possuem múltiplas vantagens:

Uma grande variedade de seções que formam várias séries com múltiplas características geométricas, oferecendo assim a seção que é mais tecnicamente e economicamente viável para um dado projeto.
A combinação de grandes comprimentos de alma com diferentes espessuras de flange obtendo assim excelentes propriedades estáticas.
A forma simétrica dos elementos individuais tem feito com que essas estacas-pranchas sejam convenientes para serem reutilizadas.
A possibilidade de montar e fixar as estacas em pares, na usina, acarreta melhoria de qualidade na instalação e também do desempenho.
Fixação fácil dos tirantes e das articulações giratórias até mesmo dentro da água.
Boa resistência a corrosão; a maior espessura do aço fica na parte externa da geometria.

Estacas-Pranchas Z

As características essenciais das estacas pranchas Z são a forma contínua da alma e a localização específica do entrelaçamento simétrico nos dois lados do eixo neutro; ambos os fatos têm uma influência positiva no cálculo do módulo da seção. A série AZ é a combinação de uma Seção com características extraordinárias e o interloque Larssen com as suas qualidades comprovadas, e as seguintes vantagens:

Uma relação extremamente competitiva do módulo de seção/massa.
Uma inércia aumentada reduzindo o desvio, possibilitando a escolha de aços de alta qualidade e rendimento para obter a solução mais econômica.
A grande largura resulta num ótimo desempenho na instalação.

Estacas-Pranchas AZ 13 10/10 Massa

Estacas-Pranchas AZ 18 10/10

Estacas-Pranchas AZ 38 700

Estacas-Pranchas AZ 40 700

Estacas-Pranchas de Alma Reta

As estacas-pranchas de alma reta, são projetadas para formar estruturas cilíndricas, normalmente fechadas que retêm um aterro de recobrimento. A estabilidade das construções desse tipo, um envelope de aço e um maciço interno de terra, é garantida pelo próprio peso.

As estacas-pranchas de alma reta, são usadas principalmente nos projetos onde as camadas rochosas estão muito próximas da superfície, sendo que a profundidade da escavação é muito importante, ou nos locais onde chumbar seria muito difícil ou até impossível. As estruturas das estacas-pranchas de alma reta são feitas como células circulares ou parede diafragma dependendo das características do local ou dos requisitos específicos do projeto. Os esforços desenvolvidos nessas seções de estacas são basicamente forças de tração horizontal que exigem interloques especialmente projetados para o desembreamento da resistência, correspondendo à força horizontal na alma das estacas.

Obs. todas as estacas-pranchas alma reta se entrelaçam uma com as outras.

Uma força de inter loque de até 5.500 kN/m pode ser garantida.

Perfis HZ

Conectores

Combinação HZ …-12/AZ18

Combinação HZ …-24/AZ18

* Se refiere a la parte externa del enclavamiento (v”)
** Se refiere a la parte externa de la ala HZ (v’)
* Refere-se a parte fora do interloque (v”)
** Refere-se a parte fora da flange HZ (v’)
*** Valores arredondados
– Para outras combinações favor consultar o catálogo

Combinação C1

* Refere-se a parte fora do interloque (v”)
** Refere-se a parte fora da flange HZ (v’)

Seções de Canto

Estacas Conformadas a Frio

Seções PAZ, Seções PAL e PAU Paredes Trench sheeting

As estacas conformadas a frio possibilitam uma expansão das estacas laminadas a quente ao oferecer uma grande variedade de seções que estão em conformidade com as normas Européias. As estacas agora estão disponíveis em seções de aço de folhas com espessura de 3 – 9 nas seguintes famílias de produtos: as seções PAU com espessuras entre 3 – 9 mm, as seções PAZ com espessuras entre 5 – 9 mm

Outro produto deve ser destacado: paredes trench sheeting – elementos estruturais com juntas sobrepostas – e sua extensa gama de utilizações. Nosso catalogo “Cold Formed Sheet Piles” (estacas-pranchas conformadas a frio) indica com clareza como estes produtos se complementam, especialmente no que tange as dimensões. As propriedades estruturais e dimensionais das seções cobrem uma grande variedade de larguras de sistema, módulos de seções e massas.

O desenvolvimento destas famílias gerou a adaptação natural dos seus inter loques. Além dos inter loques de tamanhos pequeno, médio e grande, apropriados para suas respectivas seções, também são oferecidas as seções PAZ 44 que incorporam tamanhos de inter loque intermediários. Essa característica contribui para a melhoria do coeficiente de módulos /peso destas seções. Famosas pela qualidade de fabricação, as estacas conformadas a frio são usadas principalmente na proteção estrutural das barragens contra a erosão e queda.

Além das centenas de quilômetros de canais/ rios que protegem, elas também são recomendadas para paredes de altura média, podendo também ser recomendadas para as paredes de confinamento ou separação com estacas-pranchas em locais poluídos.

Nesse caso, as inter loques das estacas-pranchas são preenchidas com um produto betuminoso antes de serem colocadas. Usados também para a construção de barreiras de ruído, as estacas pranchas possibilitam a fixação de um absorvente de ruído na parte frontal.

Seções PAL e PAU

Código de identificação para as estacas-prancha conformadas a frio. A criação de novas seções de estacas-prancha exigiram uma mudança no destino da serie DWU, que agora se chama PAL seguido por 4 dígitos. PAL 3150 (antigo DWU 3500) = serie 31 com espessura de 5 mm.

Seções PAZ

Código de identificação para as estacas-prancha conformadas a frio. A criação de novas seções de estacas-prancha exigiram uma mudança no destino da serie DWU, que agora se chama PAZ seguido por 4 dígitos. PAZ 55 80 (antigo DWZ 235/800) = serie 55 com espessura de 8 mm.

Vigas para Pilares

As estacas para vigas de aço HP são vigas especiais com a mesma espessura de flange e alma. As vigas desse tipo são usadas em todo o mundo para fundações profundas de várias estruturas: habitação, construção industrial, pontes… De todas as vantagens, as mais importantes são as seguintes:

Fácil de instalar, fácil manuseio, transporte e armazenagem.
Não há limites para o comprimento da estaca devido a sua fácil adaptação com as condições do solo nas emendas.
Controle da capacidade de carga medindo o refugo ao cravar.
Fácil de conectar a superestrutura.
Capacidade de flexão para forças horizontais.
Possibilidade de colocar a carga imediatamente após cravar.

Seções em conformidade com a BS4-1980
Seções também disponíveis em conformidade com a ASTM A6-1988
Somente após acordo Condições especiais de entrega:

As seções podem ser entregues em todas as qualidades de aço padrão.
Tonelagem mínima de 50 toneladas, para as seções HP220*57.2;260*75-87.3;400*122-231 (Seção e qualidade diferencial).
Tonelagem mínima de 5 toneladas para as seções HP305*88.5-223;360*109-180 (Seção, qualidade e comprimento diferencial).
Para tolerâncias veja o catalogo especial.

Sistema de Ancoragem

A maioria das paredes de contenção de estacas- pranchas precisa de suporte complementar no topo, além de estarem embutidas no solo. As câmaras estanque temporárias, normalmente usam contra fixas e pontaletes para escorar a parte interna da escavação. As paredes de contenção permanentes ou grandes são muitas vezes amarradas numa âncora colocada uma certa distancia atrás da parede. A ilustração abaixo mostra a conexão horizontal típica do tirante das paredes de estacas-pranchas em U.

Os seguintes componentes podem ser identificados:

Tirante simples
Ponta de recalque do tirante
Porca
Esticador
Luva de união
Placa de apoio
Placa de apoio no concreto
Waling
Espaçador
Console de suporte
Tala de junção
Pino de junção
Pino de fixação
Placa de fixação
Placa de fixação

Aços Disponíveis para Estacas Laminadas a Quente

– Qualidade do aço

A norma geralmente usada com relação a qualidade do aço para as estacas-pranchas laminadas a quente é a EN 10248 Parte 1. As propriedades mecânicas e a composição química são exibidas na tabela abaixo.

Sobre consulta, pode-se produzir aço de alta resistência não incluído na norma EN 10248 com as seguintes características:

S460 GP
Tensão de escoamento: 460 N/mm2
Tensão de ruptura: 550 N/mm2
Alongamento mínimo: 17 %

Podemos também oferecer aço de qualidades em conformidade com outras normas. A tabela acima compara as principais normas usadas em todo o mundo. Para a composição química, veja a norma correspondente.

Materiais com outras especificações tais como, aços especiais, aços com resistência a corrosão aumentada, ou com adição de cobre em conformidade com a EN 10248 Parte 1 Capítulo 10.4 podem ser fornecidos sob encomenda. Nos casos em que a estaca-prancha de aço for galvanizada, isso deve estar especificado no pedido de compra, dado que influencia a composição química do aço utilizado. Recomenda-se que ao efetuar um pedido, o comprador mencione o fabricante de qualquer tratamento de superfície que a ser aplicado no produto após sua entrega.

Tolerâncias reduzidas, sob consulta.

Aços Disponíveis Estacas Conformadas a Frio a Quente

– Qualidades do aço

Propriedades estruturais em conformidade com a EN 10249-1, Edição de junho de 1995 e as normas nacionais correspondentes

Espessura por tipo de estacas-pranchas

Espessura máxima permitida por tipo de estacas- pranchas e qualidade do aço