Emprego de Técnicas Inovadoras para a Redução do Tempo de Execução de Fundações Metálicas Profundas – Parte 2/2

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1. Willy Ank de Morais
2. Guilherme Geada Sampaio
3. Márcio de Morais Tavares

Embora existam processos de soldagem de maior produtividade disponíveis, tais como arco submerso e processos robotizados, o arame tubular auto protegido oferece ao usuário um processo mais flexível com aumentos reais em produtividade com um mínimo de capital investido. A migração de eletrodo revestido para arame tubular requer obviamente a aquisição de novos equipamentos, porém o indiscutível aumento em produtividade pode garantir o retorno do capital investido de tal forma que o maior preço dos consumíveis é geralmente compensado por uma economia muito maior no processo de soldagem como um todo.

2.4. Comparações Laboratoriais

Ao longo de um mês foram feitos inúmeros testes de desempenho do processo de arame tubular auto protegido (FCAW-s) nas instalações do Centro de Soldagem da INSPEBRAS. Estas experiências geraram importantes informações, especialmente para a comparação com o processo de eletrodo revestido (SMAW). Graças a estas atividades foi possível adequar equipamentos e procedimentos para serem empregados em testes de campo e assim obter os índices de produtividade finais. Em uma destas experiências, feita em caráter de demonstração, duas juntas de perfis estruturais de aço ASTM A572 Gr. 50 (ASTM, 2015), foram soldadas simultaneamente: uma pelo processo de arame tubular auto protegido (FCAW-s) e a outra pelo processo com eletrodo revestido (SMAW) padrão empregado em uma obra em andamento na região portuária de Santos-SP (ver item 2.5).

Soldadores reconhecidamente experientes foram selecionados para executar este teste que abrangeu todas as posições de soldagem que seriam empregadas na prática de união de perfis em estacas metálicas: 1G (plana), 2G (horizontal) e 3G (vertical), conforme ilustradas na Figura 6. Estiveram presentes representantes de empresas de região interessadas no potencial da técnica.

Além desta experiência, uma análise comparativa de qualidade e de produtividade foi feita por alunos de Graduação em Engenharia Mecânica da UNISANTA (Souza et al., 2015). Estes alunos desenvolveram um trabalho de conclusão de curso em Engenharia Mecânica (Souza et al., 2015) comparando diretamente os processos SMAW e FCAW-s na soldagem de vigas de aço ASTM A572 Gr.50 (ASTM, 2015) em condições similares às encontradas na prática das fundações profundas.

2.5. Testes de Campo

O emprego do processo FCAW-s foi primeiramente implementado nas obras de expansão do TIPLAM (Terminal Integrador Portuário Luiz Antonio Mesquita). Este terminal, que está localizado no Município de Santos (SP) e ao lado da Usiminas-Cubatão (ex COSIPA), está sendo ampliado para aumentar a capacidade de recebimento de matérias-primas, para a produção de fertilizantes, e para a exportação competitiva de granulados, especialmente açúcar, soja e seus derivados.

Neste primeiro local foram aperfeiçoadas as novas técnicas selecionadas para o processo. Porém outras alterações foram avaliadas e implementadas de forma a reduzir o tempo gasto no caminho crítico do processo como um todo. Algumas das soluções foram: tendas à prova de escorrimento de água de chuva (pelos perfis); suportes de talas para ponteamento, uso de corte a plasma manual para obter talas e fazer o nivelamento (‘arrasamento’) dos perfis já cravados.

Após a incorporação do processo FCAW-s e das demais soluções desenvolvidas e empregadas para a obra portuária em Santos, as soluções foram agrupadas em torno da marca INO///FAST® e passaram a ser empregadas em duas outras obras de fundações profundas no país:

  • Expansão da Bio Manguinhos – unidade da FIOCRUZ que responde pela pesquisa e fabricação de vacinas, que será responsável, dentre outras coisas, pelo fornecimento da maioria das vacinas essenciais para o calendário básico de imunização do Ministério da Saúde brasileiro.
  • Consórcio Mobilidade Bahia – expansão da rede metroviária da região metropolitana de Salvador que ligará a capital da Bahia à cidade de Lauro de Freitas, serão mais 21,2 quilômetros de extensão com 12 estações.
  1. RESULTADOS E DISCUSÃO

As fotos apresentadas na Figura 7 foram obtidas diretamente da filmagem completa de uma comparação direta e simples entre os processos SMAW e FCAW-s. Estas fotos ilustram as diferenças de velocidade e de intensidade de energia envolvida nos processos de Eletrodo Revestido e arame tubular auto protegido. Como resultado final destes testes, obteve-se duas informações relevantes:

  1. A duração do processo de execução da emenda foi de 34 minutos para o processo FCAW-s e de 60 minutos para o processo SMAW (43% mais rápido).
  2. A quantidade de metal depositado pelo processo SMAW, para as condições de execução do teste foi da ordem de 6mm (perna de solda) enquanto que o FCAW-s depositou cerca de 10mm (67% mais metal).

Figura 7. Compilação da simulação da execução de uma junta soldada de vigas de aço estrutural ASTM A572 Gr.50 (ASTM, 2015) através dos processos SMAW e FCAW-s, realizadas na INSPEBRAS.

Os resultados inicialmente obtidos no Centro de Soldagem da INSPEBRAS indicam que o processo FCAW-s especificado é 2,94 vezes mais rápido do que o processo SMAW empregado e referenciado nesta experiência. Os fatores relacionados à produtividade indicam vantagem na aplicação do arame tubular, devido à sua velocidade de operação.

Em termos de velocidade de execução, o Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) elaborado pelos alunos da UNISANTA (Souza et al., 2015) inferiu uma velocidade similar à obtida na experiência ilustrada na Figura 7. A Tabela 1 apresenta um resumo dos dados obtidos neste trabalho (Souza et al., 2015) e a partir dos quais pode-se notar uma taxa de deposição e velocidade maiores 33% a 54% (em média) no processo FCAW-s selecionado em relação ao SMAW padrão. No caso deste trabalho (Souza et al., 2015), as experiências foram realizadas em uma junta por posição (2G, 3G e 4G) e a análise da produtividade não poderia ser baseada apenas na velocidade de deposição para este cenário, que é muito conservador, já que não considera as diferenças de manuseio dos insumos e na dinâmica da execução de um processo descontínuo (SMAW) em relação a um processo contínuo (FCAW-s).

Durante a participação nas obras de expansão do TIPLAM, inúmeras soluções adicionais foram planejadas e posteriormente implementadas analisando-se o processo melhorado pelo uso da soldagem FCAW-s. Em todos os casos, o objetivo foi empregar o Método do Caminho Crítico para determinar etapas ou operações que criassem ‘gargalos’ na produção de modo a substituí-los por operações mais enxutas e produtivas. A Figura 8 ilustra dois exemplos de práticas adotadas que incrementaram ainda mais a produtividade em campo:

  1. linha de preparação de perfis, tipo Pipe shop – instalação metalúrgica de canteiro para fabricação de estruturas metálicas, suportes, tubulações, etc.
  2. dispositivos de posicionamento e alinhamento de talas para ponteamento facilitado.

Linha de preparação dos perfis.                Dispositivo de posicionamento de talas.

Figura 8. Algumas soluções empregadas em conjunto com o processo FCAW-s para aumentar a produtividade da execução de obras de fundações.

Após o primeiro teste de campo, o conjunto de técnicas de execução de emendas em estacas metálicas foram agrupadas ao redor do nome INO///FAST, que passou a ser adotado em outras frentes de obras. A Tabela 2 apresenta os últimos resultados comparativos obtidos em campo, entre o INO///FAST e os processos padrão, empregados por empresas “A” e “B”, através da soldagem SMAW, sem as soluções desenvolvidas neste trabalho.

Pelo apresentado na Tabela 2, a produtividade em termos de uniões (emendas) entre dois perfis estruturais em relação à quantidade de soldadores empregados ao longo de um mês é no mínimo de 8 (oito) vezes maior (ou 700%), tendo uma média de 10.

  1. CONCLUSÕES

A necessidade do mercado na execução de uniões em vigas para fundações profundas estimulou busca de soluções para esta aplicação. Após pesquisas inicias no um Centro de Soldagem da INSPEBRAS e prosseguidas academicamente no meio acadêmico, através de um trabalho de conclusão de curso em Engenharia Mecânica, indicou-se um aumento de produtividade teórica de 3 vezes superior aos processos tradicionais no mercado.

Ao longo do processo de incorporação dos novos procedimentos, houve a possibilidade de implantar novas melhorias que elevaram ainda mais os ganhos de produtividade. Com tais melhorias reduziu-se o tempo das atividades que compõem o caminho crítico do processo de união de estacas metálicas empregada em fundações profundas de forma a obter um ganho de produtividade relevante de 8 (oito) vezes superior aos processos tradicionais.

  1. REFERÊNCIAS

ABNT NBR 6122, 1996. Projeto e execução de fundações, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.

ABNT NBR 6215, 2011. Produtos siderúrgicos — Terminologia, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.

ABNT NBR 6215, 2011. Produtos siderúrgicos — Terminologia, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.

ABNT NBR 8800, 2008. Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.

ASM, 1993. ASM Handbook Volume 06: Welding, Brazing and Soldering, vol. 06, Materials Park.

ASME Sec. II, Part C. SFA-5.20/SFA-5.20M, 2010. Specification for carbon steel electrodes for flux cored arc welding, AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS.

ASTM A572/A572M, 2015. Standard Specification for High-Strength Low-Alloy Columbium-Vanadium Structural Steel, AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS.

AWS A5.1/A5.1M. Specification for Carbon Steel Electrodes for Shielded Metal Arc Welding. AMERICAN WELDING SOCIETY, 2004.

AWS D1.1/D.1.1M, 2010. Structural Welding Code – Steel (Approved as American National Standard), AMERICAN WELDING SOCIETY, 2010.

Fortes, C. Vaz, C.T., 2005. Apostila de Eletrodos Revestidos. ESAB.

Modenesi, P. J.; Marques, P. V.; Bracarense, A. Q., 2007. Soldagem Fundamentos e Tecnologia. Universidade Federal de Minas Gerais. Departamento de Engenharia Metalúrgica. Belo Horizonte.

Souza, G.R. et. al., 2015. Soldagem com Eletrodo Tubular Autoprotegido FCAW-s para Aços Estruturais Empregados em Elementos da Construção Civil. Monografia de TCC. Unisanta, Dez.

1. Professor Mestre da Universidade de Ribeirão Preto – willyank@unisanta.br
2. Inspetor de Soldagem Nível 2 (ASME B31.1), Diretor Comercial, INSPEBRAS – guilherme@inspebras.com.br
3. Professor e Coordenador do curso Engenharia Civil Universidade de Ribeirão Preto – mtavares@unaerp.br

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