Sistema de reação helicoidal para PCE: funcionamento, dimensionamento, capacidade e vantagens do SAP

O problema que o sistema de reação resolve

Toda prova de carga estática precisa de algo contra o que empurrar. O macaco hidráulico aplica carga no topo da estaca, e essa carga precisa de uma reação equivalente, em sentido contrário. Historicamente, essa reação é obtida de duas formas: uma cargueira, isto é, uma massa apoiada sobre plataforma, ou estacas de reação tracionadas, ligadas a uma viga sobre o elemento ensaiado.

As duas soluções funcionam, e as duas são caras. A cargueira exige transporte e manuseio de grande volume de massa no canteiro. As estacas de reação exigem execução de elementos adicionais, armadura, concretagem e, principalmente, tempo de cura antes que o ensaio possa começar. Em muitos canteiros, o prazo do sistema de reação é maior que o prazo do próprio ensaio.

O sistema de reação helicoidal ataca exatamente esse gargalo. Em vez de construir elementos de reação em concreto, ele utiliza trados helicoidais instalados por rotação no terreno, que trabalham à tração e sustentam a estrutura de reação metálica. É esse princípio que está por trás do Sistema de Ancoragem Provisória (SAP) da Geoteste.

Como funciona a reação helicoidal

O trado helicoidal é um elemento composto por uma haste central e uma ou mais hélices soldadas ao longo do comprimento. Ele é instalado por rotação, com aplicação de torque, sem escavação prévia e sem concreto. Ao girar, as hélices avançam no terreno e passam a mobilizar resistência ao arrancamento pelo apoio do solo sobre a superfície de cada hélice, somada ao atrito lateral ao longo da haste.

Montado o conjunto, a lógica do ensaio é a mesma da prova de carga estática convencional: o macaco hidráulico empurra o topo da estaca para baixo, a viga de reação recebe o esforço contrário e o transmite aos trados, que resistem à tração. O carregamento é aplicado em estágios, com medição de recalque em cada estágio, conforme a ABNT NBR 16903:2020.

Etapas de execução

1. Dimensionamento. Definição do número de trados, do diâmetro e do número de hélices, do comprimento de instalação e do arranjo geométrico, a partir da carga máxima de ensaio e do perfil geotécnico.
2. Instalação por torque. Cravação por rotação nas posições definidas, com acompanhamento do torque aplicado, que funciona como indicador de campo da capacidade mobilizada.
3. Montagem da estrutura de reação. Posicionamento das vigas metálicas e conexão aos trados.
4. Execução do ensaio. Carregamento em estágios, leitura de recalques e construção da curva de carga e recalque.
5. Desmobilização. Remoção das vigas e desinstalação dos trados por rotação inversa, com reaproveitamento do conjunto em outro ensaio.

Dimensionamento: o que governa a capacidade

A capacidade de arrancamento de um trado helicoidal depende de um conjunto de fatores que precisam ser avaliados caso a caso pelo engenheiro responsável:

• Perfil geotécnico. Resistência das camadas atravessadas e, principalmente, da camada em que as hélices ficam alojadas. Solos moles, aterros não controlados e nível d'água elevado reduzem a capacidade disponível.
• Geometria das hélices. Diâmetro, quantidade e espaçamento entre hélices definem a área mobilizada e o modo de ruptura, que pode ser por cilindro de solo entre hélices ou por apoio individual de cada hélice.
• Profundidade de instalação. A relação entre profundidade e diâmetro da hélice distingue o comportamento raso do profundo, com reflexo direto na resistência ao arrancamento.
• Torque de instalação. Existe correlação consagrada na prática entre o torque final de instalação e a capacidade de arrancamento, usada como verificação de campo. Trata-se de correlação empírica, que confirma o dimensionamento, mas não o substitui.
• Arranjo do sistema. Número de trados, distância entre eles e distância até a estaca ensaiada, de modo a evitar interferência entre bulbos de tensão e influência sobre o elemento em ensaio.
• Verificação estrutural. Resistência da haste, das hélices, das conexões e das vigas metálicas para a carga máxima prevista, com folga adequada.

Os parâmetros de dimensionamento aplicados a cada obra devem constar do relatório de ensaio. Para o sistema da Geoteste, os dados abaixo são preenchidos conforme a configuração efetivamente empregada e verificada em projeto: capacidade máxima de ensaio [INSERIR CAPACIDADE MÁXIMA DO SISTEMA], número típico de trados por ensaio [INSERIR NÚMERO DE TRADOS], diâmetros de hélice disponíveis [INSERIR DIÂMETROS], profundidade usual de instalação [INSERIR PROFUNDIDADE].

Comparação entre sistemas de reação

Critério	Estacas de reação em concreto	Cargueira	Reação helicoidal
Tempo até o início do ensaio	Depende da execução e da cura do concreto	Depende de transporte e montagem da massa	Instalação por rotação no mesmo dia
Elementos permanentes no terreno	Sim, estacas adicionais	Não	Não, o conjunto é removido
Reaproveitamento	Não	Parcial	Sim, o conjunto é reutilizável
Volume logístico no canteiro	Médio	Alto	Baixo
Geração de resíduo	Concreto e armadura	Baixa	Praticamente nula
Principal restrição	Custo e prazo	Espaço e acesso no canteiro	Capacidade disponível no perfil geotécnico

Limites de aplicação

O sistema helicoidal não é universal, e apresentá-lo como solução para qualquer cenário seria desonesto do ponto de vista técnico. A reação depende do terreno resistir à tração, e há situações em que isso não ocorre com a folga necessária: camadas superficiais muito moles, aterros heterogêneos, perfis com obstruções e matacões que impedem a instalação por rotação, e cargas de ensaio muito elevadas em terrenos de baixa resistência. Nesses casos, a solução adequada pode ser a estaca de reação convencional ou o ensaio bidirecional, que dispensa reação externa por carregar a estaca contra ela mesma.

A decisão correta parte da sondagem, da carga de ensaio pretendida e das restrições do canteiro, e é tomada na fase de planejamento do plano de ensaios, não no dia da mobilização.

Onde o ganho aparece na obra

O benefício econômico da reação helicoidal não está apenas no custo do sistema. Está no prazo. Em obras em que o estaqueamento está no caminho crítico, antecipar a prova de carga significa antecipar a decisão de projeto que ela sustenta. Essa antecipação é o que permite converter o resultado do ensaio em otimização real do estaqueamento, tema tratado em prova de carga e redução de custos.

Suporte técnico da Geoteste

A Geoteste desenvolveu e opera o Sistema de Ancoragem Provisória (SAP), solução própria de reação helicoidal para provas de carga estáticas, executadas conforme a ABNT NBR 16903:2020 e no âmbito das exigências da ABNT NBR 6122:2019, com a Emenda 1:2022. Conheça o Sistema de Ancoragem Provisória, veja o serviço de prova de carga estática ou estime o plano da sua obra no dimensionador de ensaios.

Referências técnicas

• ABNT NBR 6122:2019, com a Emenda 1:2022. Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro: ABNT.
• ABNT NBR 16903:2020. Solo: prova de carga estática em fundação profunda. Rio de Janeiro: ABNT.
• ABNT NBR 5629:2018. Execução de tirantes ancorados no terreno. Rio de Janeiro: ABNT.