Paredes de Estaca Prancha Simples

O material usado para as estacas prancha pode ser desde a madeira para estruturas menores e mais simples até o concreto armado ou aço para estruturas maiores. Atualmente, o material mais utilizado para este tipo de obra é o aço (THORESEN, 1988).

As figuras 3.16 e 3.17 mostram dois tipos estruturais com paredes de estaca prancha simples e dois tipos com plataforma de alívio.

Figura - 3.16– paredes de estaca prancha simples (AGERSCHOU, 1983)

Figura - 3.17– paredes de estaca prancha com plataforma de alívio (AGERSCHOU, 1983)

Ao contrário dos cais de gravidade, estes são constituídos por estruturas leves e freqüentemente são soluções de custos menores e mais competitivos. Podem ser compostas por paredes de estaca prancha e tirantes ou no lugar de tirantes, estacas inclinadas conhecidas como cavaletes (ver fig´s. 3.16 e 3.17). Normalmente, os cavaletes são usados em regiões de solos com baixa capacidade resistente onde seriam necessários grandes comprimentos de ancoragem dos tirantes.

O tamanho econômico dessa estrutura varia de 7,0m a 10,0m de parede livre, ou seja, excluindo-se o trecho de ficha segundo THORESEN, 1988. Ainda o mesmo autor constata que para os tirantes, usualmente são utilizados barras de 5,0cm a 10,0cm de diâmetro com fator de segurança entre 1,5 e 2,0, isto pela dificuldade em determinar a força de tração exata nos tirantes.

Por ser uma estrutura flexível, certa acomodação do terreno é suportada pela estrutura sem maiores problemas.

A parede é projetada para absorver momentos oriundos dos empuxos de solo, hidrostáticos e de carga acidentais. A parede é suportada pelo tirante que está próximo ao topo e pela ficha, trecho da estaca imersa solo resistente. Essa altura de ficha (altura “z” , como mostrado na figura-3.18, somada ao tirante, devem ser suficientes para equilibrar o empuxo de solo, a pressão hidrostática exercida na parede e o empuxo de carga acidental).

As forças oriundas das defensas praticamente nunca são problemas para essas estruturas, pois, elas aliviam a ancoragem dos tirantes e localmente, próximo ao topo, são equilibradas com a reação do solo em sentido oposto.

As componentes verticais resultantes dos empuxos Ea e Ep, são equilibradas pela resistência de ponta e atrito do solo com a estaca prancha. A força de ancoragem é absorvida pelo empuxo passivo de solo na região da placa de ancoragem de cada tirante. As conseqüências de uma falha de ancoragem deveriam ser sempre levadas em conta no projeto (THORESEN, 1988). Porém, há uma distância mínima da placa de ancoragem até a parede de estaca prancha de modo a se obter a estabilidade global. Usualmente, a linha de ruptura crítica do solo é formada da base inferior da placa de ancoragem até o pé da parede, e o comprimento do tirante fica determinado por essa linha de ruptura (AGERSCHOU, 1983). Algumas alternativas de ancoragem em relação à parede de estaca prancha simples com um tirante, serão comentadas no capítulo-5.

Quando se usa uma ficha maior, é possível redistribuir os esforços na parede, diminuindo- os na região livre da parede e na placa de ancoragem. O ideal para esta situação é conseguir equilibrar numericamente os máximos momentos na estrutura, para que se tenha o dimensionamento econômico. Esta solução é utilizada normalmente em locais de águas mais profundas ou de solos muito moles.

Em alguns casos, com profundidade de 8,0m até 12,0m de água, os valores numéricos dos momentos na parede na região dos tirantes podem ser de um terço a dois terços do valor do momento máximo. Para paredes de estaca prancha metálica, esse baixo valor de momento na região do tirante e com momento zero em torno dessa região, é conveniente por tratar-se de uma zona onde ocorre a máxima corrosão, ou seja, a região que compreende a variação de maré (AGERSCHOU, 1983).

No entanto, como será visto logo adiante, paredes com alturas maiores que 10,0m, pode ser interessante utilizar estrutura com plataforma de alívio sobre estacas.

Figura - 3.18- paredes de estaca prancha com um nível de tirante e variação no comprimento da ficha (AGERSCHOU, 1983)

Uma alternativa seria usar dois níveis de tirantes na parede, reduzindo consideravelmente os esforços de momento. Desta maneira, pode-se reduzir o comprimento da ficha da parede também. O inconveniente é que pode haver uma restrição neste caso, o nível de variação da maré que pode dificultar a execução do segundo nível de tirantes. Essa solução pode ser boa quando a variação do nível d´água é grande.

No caso em que haja mais de um nível de tirantes, as placas de ancoragem dos tirantes de segundo ou terceiro nível, podem ser colocadas mais próximas da parede da estaca prancha sem diminuir a segurança estrutural e deste modo economizar nos comprimentos dos tirantes. Isso é possível porque a linha de ruptura do solo aproxima-se da parede frontal do cais à medida que caminha para o pé da parede. Pode acontecer também, na possibilidade de instalar tirantes com comprimentos variáveis, gerar uma economia irrelevante, sem contar com a possibilidade de interferências no local e também da dificuldade de uma execução subaquática.

No geral, as paredes de estaca prancha não são adequadas em solos onde há muitas rochas, pelo fato de não ser possível sua cravação. Nestes casos, uma alternativa que pode ser estudada para garantir o equilíbrio da estrutura, pode ser a fixação da mesma na rocha, através de uma trincheira executada com esse propósito. Para garantir posteriormente a solidarização entre a parede e a rocha, deve-se preencher a trincheira com concreto ou graute.

Este procedimento é semelhante ao descrito anteriormente para paredes celulares de estaca prancha.

Para o caso geral de solos moles e que não seja possível usar tirantes, seja por motivos de interferência ou comprimentos excessivos dos tirantes, pode-se usar uma outra solução usando estacas inclinadas e ancoradas:

Figura - 3.19– paredes de estaca prancha com dois níveis de tirante (AGERSCHOU, 1983)

De maneira geral, as paredes de estaca prancha, por si só não são resistentes aos carregamentos horizontais, como empuxos de solo, forças de atracação, amarração, etc. Essas forças horizontais normalmente são absorvidas parte pela ficha da estaca prancha e parte por tirantes ou cavaletes ligados à estrutura e também parte pela região de solo apassivado no terrapleno.

Para um cais com parede de estaca prancha pequena, somente a ficha pode ser suficiente para o equilíbrio da estrutura, no entanto, esta solução não serviria para um terminal de contêineres.

Um fator que deve ser levado em consideração no dimensionamento da parede, além dos empuxos de solo e carga acidental, na parede há também um empuxo hidrostático que resulta das diferenças entre os níveis d´água do lado interno e externo da parede. Este caso ocorre quando há abaixamento rápido do nível da maré e ainda não foi possível abaixar o nível d´água do lado interno da parede, ou seja, os níveis d´água interno e externo à parede ainda não se equilibraram (AGERSCHOU, 1983). Esse fenômeno ocorre em função da permeabilidade do solo e da velocidade de abaixamento da maré.

Para minimizar esse problema, pode ser feito um colchão de enrocamento sob o pé da parede de modo a facilitar esse fluxo de água e diminuir rapidamente a pressão hidrostática diferencial na parede.

Para todos esses tipos de estrutura com estaca prancha simples, não foram mencionados os tipos de equipamentos envolvidos na operação portuária. No caso de se usar equipamentos que correm sobre trilhos, é necessário a criação de vigas sob estes trilhos e estas apoiadas em linhas de estacas, para garantir rigidez ao apoio do trilho.

Portanto, os tipos mostrados anteriormente, normalmente são usados quando se usam equipamentos de operação de pequeno porte e sobre pneus (cargas pequenas).

Outros fatores importantes que o projeto deve contemplar, são a verificação da estrutura nas diferentes fases de construção, o período da construção, os métodos de preenchimento atrás da parede de estaca prancha, o tempo de preenchimento, etc. (THORESEN, 1988).