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Strain gages alertam sobre sedimentação pela A2 em Maastricht

Avenue2, um consórcio entre a Strukton e Ballast Nedam, está atualmente trabalhando em um túnel sob Maastricht para corrigir a rota da rodovia A2. É um projeto complexo, não apenas porque o fundo da escavação está a uma profundidade de 22 metros abaixo do nível do solo, mas também por conta das características do solo e o fato de haver condomínios de apartamentos há três metros da borda dos trabalhos de escavação. Para monitorar 24 horas, 7 dias por semana (24/7), acompanhar a estabilidade da escavação e verificar que não há perigo de sedimentação, a Avenue2, em colaboração com a HBM, instalou strain gages sobre a camada inferior dos suportes da escavação. Eles são usados para medir as forças que as estacas exercem sobre os suportes.

As características do solo são a maior causa da incerteza na construção da A2. Parte do solo ao longo dos 2,3 quilômetros do percurso é formado de calcário tipo marga fraco.

Este solo é, geralmente, bastante firme, mas a resistência passiva do fundo da escavação pode ceder, quando a tensão da água na marga aumenta. Além disso, a marga pode conter cascalho que pode absorver água, assim como cavidades (karst). Se a resistência se torna muito baixa ou se são encontradas cavidades, água junto com o solo podem ser retirados via fundo da escavação. Pode acontecer uma sedimentação se nenhuma ação é tomada a tempo, com a possibilidade de dados à escavação ou aos edifícios ao redor, ou atrasos no projeto. Este é o motivo pelo qual a Avenue2 desenvolveu um sistema que pode monitorar o estado do solo em torno da escavação, em tempo real.

Monitoramento em tempo real

"Nós estamos usando uma combinação de técnicas na A2 para acompanhar mudanças nas características do solo e para permitir uma intervenção antecipada para previnir sedimentação", explica o especialista em Monitoramento & Engenharia Hessel Galenkamp da Strukton. "Nós medimos continuamente o estado das paredes externas dos prédios próximos à escavação. Usamos inclinômetros automáticos do lado de fora das estacas-pranchas e medimos a tensão da água no interior, usando sensores de pressão nos tubos verticais. Outro método que usamos é medirmos as cargas sobre os suportes horizontais. Nós fazemos isso com strain gages que são fornecidos e montados pela HBM de Waalwijk.”

O planejamento para este trabalho foi um desafio para a HBM. Os prazos no local de trabalho são apertados e a pressão pode ser bem alta. A logística para os suportes é crítica, de modo que, reservar um dia inteiro para instalar os strain gages foi complicado, o que significou um alto grau de flexibilidade por parte da HBM.

Método de observação

Galenkamp: "Até quatro camadas de suportes foram instaladas na escavação, em profundidades de 0, 4,5, 11,5 e 16,5 metros. Os strain gages foram instalados apenas na parte mais baixa dos suportes e apenas na parte da escavação que lidamos com calcário fraco. Um em cada três suporte foi equipado com strain gage, com quatro peças distribuídas em torno de sua circunferência. Os dados eram digitalizados imediatamente e colocados on line, de modo que pudéssemos acompanhar a escavação. "Nós cavamos o solo para fora da escavação em estágios, começando em uma vala central  então seguindo no sentido das estacas-pranchas. Na tela do meu tablet eu posso ver as forças aumentando em tempo real: a otimização do projeto por meio do monitoramento em tempo real dos pontos de partida com cenários de intervenção pré-definidos."

Os valores limite não foram excedidos

O sistema de medição teve uma performance excelente até agora, estando on line mais de 98% do tempo. As cargas sobre os suportes e a tensão da água foram monitoradas 24 horas por dia. Alertas automáticos foram enviados por SMS se os valores pré-definidos fossem excedidos. Um valor de sinal de 4000 kN, igual a uma força de 400.000 quilos em cada suporte foi estabelecida como nível que o empreiteiro tinha que agir. O valor de intervenção foi acertado em 6000 kN e uma área de contenção de desastres está de plantão dia e noite, caso aconteça alguma coisa.

 "A fase inicial do método de observação agora está completa", diz Galenkamp, "e os valores limite não foram ultrapassados. As forças sobre os suportes aumentou conforme a escavação progredia, mas elas nunca alcançaram o nível de 4000 kN. Nós vimos uma mudança bruta na distribuição das cargas nos suportes por conta de mudanças no solo atrás das estacas-prancha, mas a nova situação foi estabilizada imediatamente. Podemos até ver o efeito do calor do sol aquecendo um dos lados dos suportes". A segunda e última fase do método de observação irá começar em Dezembro de 2015.

Monitorar para mais segurança

"Nós monitoramos para termos certeza de que podemos escavar o solo com segurança. Isso é, em primeiro lugar, para garantirmos a segurança das pessoas e dos equipamentos no local da escavação, mas também para prevenir danos à escavação e aos prédios ao redor com possível sedimentação do solo. Durante o processo de monitoramento, reunimos informações úteis para darmos continuação ao projeto. Como vimos que as forças permaneceram abaixo dos valores de sinal, podemos considerar em usar poucos suportes na escavação. Isso leva a uma minimização dos custos de produção, transporte e fechamento de estradas. E sem falar na possibilidade de economia de tempo. Essa otimização significa que o custo do sistema é rapidamente reembolsado."

 Outra economia veio de uma fonte inesperada: a marga acabou se tornando difícil para drenar, o que significou que as tensões da água foram desfavoráveis e quase excederam os níveis de sinal. Este enfraquecimento foi compensado pelas forças dos suportes. Os engenheiros foram capazes de usar a informação que fornecemos para liberar a escavação, o que significou que não houve atrasos."

"Acho que podemos, eventualmente, sermos capazes de gerenciar futuros projetos com mais eficiência graças ao monitoramento", conclui Galenkamp. "Na indústria da construção, estamos constantemente buscando um equilíbrio entre custos e segurança. Os clientes acham que os empreiteiros são muito conservadores e, por outro lado, os empreiteiros acham que os clientes arriscam demais. Com nosso dados, podemos dar uma outra dimensão à esta discussão. O monitoramento em tempo real nos informa quais forças atuam na construção, e então, com isso, podemos, no futuro, projetar de uma forma que estruturas permaneçam fortes e seguras, enquanto podemos construir mais rapidamente, com menos materiais e a um custo menor." 

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