Resistência ao arrancamento em grampos e tirantes: o que é, como calcular e sua importância nos projetos de contenção

A resistência ao arrancamento, representada pela sigla qs, é um dos parâmetros mais importantes no dimensionamento de grampos e tirantes utilizados em obras de contenção. Esse indicador revela a capacidade do conjunto calda de cimento + solo ou rocha de resistir às forças que tentam deslocar o elemento de ancoragem.

Em projetos de contenção, compreender o qs é essencial não apenas para garantir a eficiência estrutural, mas também para assegurar segurança e durabilidade da obra. Falhas na estimativa ou execução podem comprometer todo o sistema, resultando em escorregamentos ou, em casos extremos, no colapso da estrutura.

Neste artigo, exploraremos o conceito de resistência ao arrancamento, os fatores que influenciam seu valor, como é determinado em projeto, os ensaios aplicáveis, sua influência na estabilidade, normas técnicas relevantes e erros comuns que podem reduzir a resistência.

O que é resistência ao arrancamento (qs)

O qs é a medida da aderência entre a calda de cimento e o solo ou rocha circundante, funcionando como um indicador da máxima carga que o sistema pode suportar antes de ocorrer o arrancamento do grampo ou tirante.

Quando um tirante é tracionado, a força é transmitida da barra de aço para a calda de cimento e, desta, para o solo ou rocha. Essa transferência ocorre por aderência e atrito, caracterizando o qs.

Podemos imaginar o qs como a “força de adesão” do conjunto tirante + calda em relação ao maciço. Ele é resultado de três mecanismos principais:

1. Atrito – resistência mecânica entre a superfície da calda e o solo/rocha.

2. Adesão química – ligação que ocorre entre o cimento e os minerais do solo.

3. Intertravamento mecânico – ação conjunta do cimento preenchendo os vazios do solo, aumentando a resistência ao arrancamento.

   
   

Essa combinação garante que a força aplicada pelo tirante seja efetivamente transferida para o solo, aumentando a estabilidade da contenção.

Fatores que influenciam o valor de qs

O valor de qs não é fixo e depende de diversos fatores, que podem ser divididos em naturais e de execução.

1. Tipo de solo ou rocha

• Argilas: o qs depende principalmente da coesão do material.

• Siltes: influenciado pelo ângulo de atrito e grau de confinamento.

• Areias: quanto maior a compactação e pressão confinante, maior o qs.

• Rocha: geralmente apresenta valores elevados, mas depende do tipo de rocha e do grau de fraturamento do maciço.

  
  

Um tirante instalado em uma rocha granítica com fraturas reduzidas terá qs significativamente maior que um instalado em um solo argiloso saturado.

2. Execução da obra

• Perfuração correta e centralização da barra no furo são essenciais para maximizar a aderência.

• Pressão de injeção e método de execução impactam diretamente na eficiência do bulbo de cimento.

  
  

3. Características da calda de cimento

• Dosagem inadequada pode reduzir a adesão.

• Caldas muito fluidas podem não preencher todos os vazios, diminuindo o intertravamento.

  
  

4. Profundidade do tirante ou grampo

• Maior profundidade aumenta a área de contato com o solo, aumentando a resistência.

Determinação do qs em projeto

A determinação do qs em projeto combina estimativas teóricas, experiências empíricas e ensaios de campo:

1. Estimativa inicial: com base em sondagens (como o SPT) que indicam compactação, coesão e resistência do solo.

2. Correlações teóricas: a partir das características do solo, calcula-se um valor preliminar de qs.

3. Ensaios de campo: confirmam ou ajustam o valor estimado.

   
   

Valores superestimados podem gerar falhas, enquanto valores subestimados podem exigir ajustes como aumento do diâmetro do furo ou método de injeção mais eficiente.

Ensaios utilizados (grampos e tirantes)

Grampos

• São realizados ensaios de arrancamento com grampos de sacrifício.

• O grampo é submetido a força controlada até atingir a resistência da barra, confirmando os parâmetros de projeto.

  
  

Tirantes

• Utiliza-se ensaio de qualificação, que avalia a resistência geotécnica do material.

• Não há tirantes de sacrifício, então o objetivo não é chegar ao arrancamento total, mas validar a resistência ao esforço esperado.

  
  

Essa diferença reflete a abordagem distinta para confirmação de parâmetros, garantindo segurança e eficiência na execução.

Influência na estabilidade global

O qs é determinante para a estabilidade de contenções:

• Se adequado, a força de tração aplicada pelos tirantes ou grampos é transferida integralmente ao solo, garantindo a funcionalidade da estrutura.

• Se insuficiente, podem ocorrer escorregamentos, arrancamento parcial ou falhas completas, aumentando o risco de colapso.

  
  

Em taludes inclinados, um qs baixo pode fazer com que o grampo não mobilize toda sua capacidade, reduzindo a eficiência da contenção e comprometendo a segurança.

Normas técnicas aplicáveis

Embora não exista uma norma única que trate toda a teoria do arrancamento, a ABNT NBR 16920-2:2021 é a referência principal, tratando de ensaios de arrancamento em solo grampeado.

Define procedimentos de ensaio e validação de parâmetros geotécnicos, garantindo uniformidade e confiabilidade nos resultados.

No entanto, como a norma não cobre todos os tipos de solo e rocha, é essencial que profissionais experientes interpretem e apliquem corretamente os procedimentos, ajustando-os às condições específicas de cada obra. Seguir essas normas, aliado ao suporte técnico especializado, garante que o qs seja avaliado de forma segura, precisa e eficaz, prevenindo falhas e assegurando a estabilidade das contenções.

Erros comuns em campo

Diversas falhas na execução podem reduzir o qs e comprometer a obra:

• Perfuração inadequada ou estrangulamento do furo.

• Calda mal dosada, comprometendo adesão e intertravamento.

• Injeção incompleta ou irregular.

• Barra mal posicionada (excentricidade).

• Corrosão devido a armazenamento inadequado.

O controle de qualidade rigoroso é essencial para garantir que o qs medido em campo esteja alinhado ao valor projetado.

Conclusão

A resistência ao arrancamento (qs) é um parâmetro crítico que influencia diretamente a segurança, desempenho e durabilidade de obras de contenção. Compreender os fatores que afetam o qs, realizar ensaios adequados e seguir boas práticas de execução é fundamental para o sucesso do projeto.

Autores: Maria Eduarda Bus, Jacqueline Cristina Patzsch, Karen Santos Schimidt, Pedro Zanotti Mendonça, Amanda Fetzer Visintin e Vítor Pereira Faro.