A base de cada elevação: por que o suporte no solo é importante

A Terceira Lei do Movimento de Newton afirma que, para cada ação, há uma reação de igual intensidade e oposta. Para manter o equilíbrio, quando um objeto exerce uma força sobre outro (um guindaste no chão ou seu pé contra o chão), o segundo objeto exerce uma força contra o primeiro objeto de igual magnitude, mas de direção oposta. Se o segundo objeto não tiver estabilidade ou capacidade adequadas, o resultado será uma falha.

Para garantir suporte de fundação (solo) adequado para operações de elevação pesada, três elementos básicos precisam ser compreendidos de forma clara e completa pelo planejador de elevação: estabilidade do solo, capacidade do solo e conhecimento da elevação em si.

Desde a invenção dos guindastes de construção por volta de 600 a.C. pelos gregos, e continuando até hoje, há um entendimento básico de que a estabilidade adequada do solo e a capacidade adequada do solo são essenciais para garantir operações de elevação seguras e eficientes.

Portanto, seja levantando uma carga de 10.000 toneladas de cima para baixo ou de costas para cima, todo movimento seguro e bem-sucedido de carga depende de condições de suporte estáveis e com capacidade adequada. Portanto, todo levantamento começa "abaixo do solo", com a necessidade universal de suporte básico adequado.

Apesar de seu reconhecimento secular, o tema do suporte de solo recentemente conquistou ainda mais visibilidade na comunidade de levantamento de cargas pesadas. Exemplos desse foco intensificado podem ser vistos no recém-publicado Guia para Materiais, Seleção e Uso de Sapatas de Estabilizadores da SC&RA e no apêndice não obrigatório, a ser publicado em breve, do Apêndice D da Norma ASME P30 – Planejamento para Fundação e Suporte de Plataformas de Elevação (LHE).

Aviso rápido – o conteúdo deste artigo concentra-se em recomendações para içamentos "projetados" de maior capacidade/mais complexos/críticos. Entende-se que a economia das operações de guindastes "táxi" limita ou impede a execução de muitas dessas recomendações. No entanto, elas podem ajudar a destacar a necessidade desse tipo de informação, independentemente do tamanho ou da complexidade do içamento.

Garantindo suporte terrestre

Para garantir suporte de fundação (solo) adequado para operações de elevação pesada, três elementos básicos precisam ser compreendidos de forma clara e completa pelo planejador de elevação:

Estabilidade do solo – conhecimento da integridade da superfície do solo e das condições do subsolo, incluindo conhecimento das instalações subterrâneas (fundações, tanques, utilidades, etc.), das condições dessas instalações e de sua localização tridimensional (posição coordenada e profundidade da cobertura), áreas de solos potencialmente não consolidados e vazios no subsolo.

Capacidade do solo – capacidade mecânica dos solos, pavimentos ou estruturas elevadas para resistir à deformação e suportar as cargas impostas.

Conhecimento do elevador em si – identificação do equipamento específico de manuseio do elevador (LHE) a ser implantado, qualquer equipamento de assistência a ser implantado e forças de reação de apoio ao solo relacionadas (pressões de apoio ao solo, também conhecidas como GBPs) a serem impostas ao solo.

Métodos geofísicos coletam dados em amplas faixas e oferecem uma representação ampla das condições do subsolo em todo o local. A análise desses dados permite a identificação de vazios subterrâneos e áreas de solos não consolidados, com estimativas de suas posições e extensões.

Estabilidade do solo

Conhecer as condições da superfície e do subsolo do local é um primeiro passo crucial no processo de planejamento de elevação, sendo o primeiro passo crucial a coleta de documentos históricos e relacionados ao projeto disponíveis. Fotografias aéreas (atuais e históricas), levantamentos topográficos, relatórios geotécnicos, mapas e atlas de utilidades, desenhos civis e plantas de logística do local ajudarão o planejador a identificar as instalações e os elementos subterrâneos que possam existir. Com essas informações em mãos, o próximo passo é realizar um levantamento físico do local. Os levantamentos do local oferecem a oportunidade de validar e documentar as condições atuais.

Ao planejar o levantamento do local, é importante não ignorar os locais de operação dos equipamentos de assistência ou os caminhos de deslocamento dos equipamentos de carga e elevação que saem ou atravessam o local.

O processo de levantamento começa com um reconhecimento do local para observar as condições da superfície do solo e os elementos acima do solo. A vistoria também é usada para identificar outros riscos potenciais de elevação, como estruturas de serviços públicos, porões adjacentes, fundações e estruturas elevadas.

Embora medições manuais dessas características possam ser usadas para documentá-las, a tecnologia atual permite a captura de dados 3D. Escaneamento a laser terrestre, LiDAR, SLAM (localização e mapeamento simultâneos) e/ou fotogrametria, incluindo "drones" (sistemas aéreos não tripulados), são tecnologias viáveis de coleta de dados. Embora cada uma esteja sujeita à sua aplicabilidade específica, elas oferecem a capacidade de capturar as condições de um local de forma completa e precisa.

A combinação de ensaios geofísicos e geotécnicos é altamente recomendada para avaliações subterrâneas. Em conjunto, eles oferecem uma visão abrangente das condições do subsolo. Diversas normas ASTM regem os métodos de ensaios geofísicos e geotécnicos.

Os ensaios geofísicos utilizam técnicas não invasivas, como o radar de penetração no solo (GPR), para desenvolver uma compreensão e caracterização "qualitativas" das condições do subsolo. Os métodos geofísicos coletam dados em amplas faixas de solo e oferecem uma representação ampla das condições do subsolo em todo o local. A análise desses dados permite a identificação de vazios e áreas de solos não consolidados no subsolo, com estimativas de suas posições e extensões.

Outro benefício de um levantamento GPR é sua capacidade de descobrir e validar a presença de diversas instalações subterrâneas, incluindo materiais metálicos e não metálicos. O GPR proporciona a capacidade analítica de documentar a profundidade e a posição de serviços públicos subterrâneos, fundações de concreto e similares. Localizadores portáteis de tubos e cabos também podem ser usados nesses levantamentos para auxiliar no estabelecimento da localização de serviços públicos subterrâneos condutivos.

É importante observar que não há nada intrínseco em nenhum dado geofísico que identifique ou diferencie especificamente um alvo subterrâneo (também conhecido como "anomalia") de outro. Em outras palavras, não há nada nos dados de GPR que identifique automaticamente um alvo linear específico como um esgoto ou que diferencie automaticamente um esgoto de uma tubulação de gás de um conjunto de dutos de uma raiz de árvore. A avaliação adequada desses dados requer análise especializada e informações adicionais (ou seja, documentos históricos e relacionados ao projeto) para contextualizar os dados e torná-los genuinamente úteis.

A coleta de dados geotécnicos é um processo fisicamente invasivo que produz dados "quantitativos" sobre o próprio material do solo. Um levantamento geotécnico abrangente inclui a amostragem física dos solos em locais específicos (perfurações). A análise começa no momento da coleta, com o registro do número de golpes necessários para cravar um amostrador de colher dividida a 15 cm de profundidade no solo ("contagem de golpes") e a avaliação visual dos materiais amostrados; a análise culmina em um laboratório de testes.

Um método geotécnico alternativo, rápido e econômico para avaliar a resistência do solo é a Penetometria Dinâmica de Cone (DCP). Ela envolve a cravação de um cone metálico em uma haste graduada no solo, utilizando um peso padrão lançado de uma altura fixa e medindo a penetração por impacto para avaliar a resistência do solo. As taxas de penetração são correlacionadas com o Índice de Suporte da Califórnia (CBR), a partir do qual a rigidez do solo é calculada.

Um requisito final para a coleta de dados do local é o estabelecimento de "controle de levantamento de terras" e/ou "georreferenciamento". Os alinhamentos e localizações conhecidos das características da superfície e dos pontos de coleta de dados são essenciais para a avaliação do levantamento proposto e o layout adequado das melhorias e do equipamento de levantamento.

Capacidade de solo

Depois que as condições do local forem documentadas e caracterizadas, a capacidade de suporte mecânico do solo precisa ser determinada.

Com base em dados de testes geotécnicos, uma pessoa competente pode calcular a capacidade de suporte final do solo para o local em questão. A capacidade de suporte final do solo é geralmente definida como a carga máxima por unidade de área que o solo pode suportar antes de romper. É um fator crítico no estabelecimento da capacidade de suporte admissível do solo para a elevação proposta.

O trabalho da Dearborn Companies abrange a implantação de guindastes em estruturas elevadas, ruas urbanas densas, usinas de energia e industriais e parques eólicos, bem como aplicações de engenharia de andaimes complexos, escoramento e sistemas de retenção de terra.

Independentemente do método de teste geotécnico utilizado, os dados representam um "instantâneo" das condições do solo naquele local específico. São necessários vários pontos de teste em toda a área de implantação do LHE, pois as condições entre os pontos são inferidas ou interpoladas.

Utilizando a capacidade de suporte final e aplicando um "fator de projeto" (também conhecido como "fator de segurança"), a pessoa competente calcula a capacidade de suporte do solo permitida para a elevação proposta. Um fator de projeto é um multiplicador aplicado, neste caso, à capacidade de suporte final para levar em conta incertezas nas propriedades do material e efeitos ambientais desconhecidos, e para fornecer uma margem de segurança contra falhas catastróficas.

Compreendendo o elevador

Uma vez documentadas as condições existentes e conhecidas as capacidades do solo no local, o planejamento final da elevação pode ser realizado. O equilíbrio entre as reações calculadas das forças do solo do guindaste de plataforma elevatória (LHE) e a capacidade de suporte do solo permitida informará e moldará as decisões sobre o uso e o posicionamento das sapatas e esteiras do guindaste, a potencial necessidade e o escopo de melhorias no solo, ou até mesmo a potencial mudança na seleção do LHE ou no local da elevação.

Não importa quão meticuloso seja o plano de elevação ou quão elegante seja o equipamento, nada sobrevive a uma base ruim – cada elevação começa e termina com o que está abaixo.

O AUTOR

Mike Walsh, membro da ASME P30, é presidente da Dearborn Companies, uma empresa familiar de terceira geração que oferece consultoria em engenharia e construção há mais de 70 anos. O trabalho da Dearborn Companies abrange a implantação de guindastes em estruturas elevadas, ruas urbanas densas, usinas de energia e industriais e parques eólicos, bem como aplicações de andaimes complexos, escoramento e sistemas de contenção de terra.