escavações em perímetro urbano: projeto, execução e

ESCAVAÇÕES EM PERÍMETRO URBANO: PROJETO,
EXECUÇÃO E CONTROLE DE DESEMPENHO
LOBO, B. O.
Milititsky Consultoria Geotécnica, Florianópolis, Santa Catarina, Brasil, [email protected]
Resumo: A construção de subsolos em centros urbanos tem se tornado potencial fonte de atividades
para a construção civil, especialmente para a engenharia geotécnica. Em cidades como Florianópolis, a
demanda crescente, principalmente por estacionamentos, tem gerado empreendimentos com subsolos cada
vez mais profundos, em áreas intensamente edificadas, e por muitas vezes, com condições geológicogeotécnicas desfavoráveis. Neste trabalho, apresentam-se aspectos relevantes sobre a concepção de
projetos de contenção em cortinas de estacas escavadas, estacas prancha, perfil pranchado e paredes
diafragmas, elucidando aspectos construtivos e seus efeitos no desempenho e funcionalidade dos
paramentos.
Abstract:
Underground building structures in urban areas have been a potential activity for civil
engineering, especially for geotechnical subject. Nowadays in cities like Florianopolis, the higher request
for parking areas has improving underground structures building, demanding higher depths in populated
urban areas and, in most of time, in adverse geological and geotechnical conditions. This paper presents,
important aspects related with retaining walls design composed by bored piles, steel sheet piles, steel H
piles and diaphragm walls, discussing practical procedures and its effects on retaining walls behavior.
1
INTRODUÇÃO
A crescente demanda de construção de
subsolos em centros urbanos tem se tornado uma
potencial fonte de atividades para a construção
civil, especialmente para a engenharia
geotécnica. Esta atividade produz desafios do
ponto de vista de segurança, técnicas construtivas
e desenvolvimento de novos equipamentos.
Até a década de 1960, as escavações no Brasil
eram executadas para desníveis não superiores a
3 metros, resultando, em apenas um subsolo.
Com a necessidade de mais vagas destinadas a
veículos, avançou-se para a construção de dois
subsolos, com escavações na ordem de 5 metros.
Atualmente, com o crescente número de
automóveis, as escavações para 3 a 6 subsolos
começam a crescer. Em cidades como
Florianópolis, a demanda crescente por garagens
subterrâneas tem gerado empreendimentos com
escavações cada vez mais profundas, em áreas
intensamente edificadas e, por muitas vezes, com
condições geológico-geotécnicas desfavoráveis.
Neste trabalho, apresentam-se aspectos
relevantes sobre a concepção de projetos de
contenções em cortinas compostas por estacas
escavadas, estacas prancha, perfil pranchado e
1
paredes diafragmas, elucidando os principais
aspectos construtivos e seus efeitos no
desempenho e funcionalidade dos paramentos.
2
O PROJETO DE ESTRURAS DE
CONTENÇÃO
A implantação de subsolos requer o
conhecimento completo das reais características
do problema a resolver, como carregamentos
impostos, condições das edificações vizinhas,
práticas construtivas regionais, assim como
prazos e custos desejáveis.
Um adequado projeto de contenções deve
atender às condições de segurança contra a
ruptura da estrutura de contenção e provocar
mínimos danos às edificações limítrofes.
Os dados essenciais para a elaboração do
projeto constituem-se na investigação geotécnica
do terreno a ser escavado, no levantamento
planialtimétrico e cadastral das áreas vizinhas e,
evidentemente, no conhecimento dos esforços
atuantes nas contenções durante as diversas
etapas construtivas.
A elaboração de um projeto de contenções
envolve a determinação das solicitações e sua
segurança referente aos seguintes estados limites:
- Perda de estabilidade global (Figura 1);
- Ruptura de um elemento estrutural ou da
ligação entre elementos estruturais (Figura 2);
- Ruptura conjunta do terreno e de um
elemento estrutural;
- Movimentos da estrutura de suporte que
possam causar colapso ou afetar a aparência ou
eficiência da própria estrutura ou de estruturas
vizinhas;
- Inaceitável percolação de água sob ou
através da parede;
- Transporte em quantidade excessiva de
partículas do terreno sob ou através da parede;
- Alteração inaceitável das condições de
percolação da água no terreno.
No caso de cortinas, somam-se as seguintes
verificações:
- ruptura por rotação ou translação da parede
ou de partes desta (Figura 3);
- ruptura por perda de equilíbrio vertical da
cortina (Figura 4);
- ruptura por arranque das ancoragens, quando
ancoradas (Figura 5)
Figura 3: Exemplos de estados limites de ruptura
rotacional de cortinas (Eurocode 7)
Figura 1: Exemplos de estados limites de perda
de estabilidade global (Eurocode 7)
Figura 4: Exemplos de estados limites de ruptura
vertical em cortinas (Eurocode 7)
Figura 5: Exemplos de estados limites de ruptura
por arranque das ancoragens (Eurocode 7)
Figura 2: Exemplos de estados limites de ruptura
estrutural de estruturas de contenção (Eurocode
7)
2
Para todos os tipos de estrutura, devem ser
verificadas as ações combinadas dos estados
limites anteriormente referidos.
Milititsky (2012) indica também, a
verificação nos estados limites para valores
pessimistas de parâmetros de projeto,
resistências, cargas e geometria, para preparar-se
ao inesperado, indesejável e condições
improváveis na qual a estrutura de contenção
pode ser imposta. O grau de pessimismo
dependerá da severidade e da consequência a que
este estado limite está associado.
2.1 Os Empuxos de Terra
A introdução de uma estrutura de contenção
para suportar uma escavação, provoca
carregamento
na
estrutura,
causando
deslocamentos que, por sua vez, alteram o
carregamento imposto, num processo interativo.
Desta forma, podemos dizer que contenções são
estruturas cujo projeto é condicionado por cargas,
que dependem dos deslocamentos gerados.
As rotinas tradicionais de um projeto de
contenções são baseadas nas teorias de estados
limites de ruptura (Estados ativo e passivo), pois
dimensionam as estruturas para a hipótese de
equilíbrio plástico do solo, com deformações de
elevada magnitude.
Na prática, a maioria das estruturas não
sofrem este tipo e deformação, e em estruturas
cujos deslocamentos laterais forem limitados (i.
e. cortinas rígidas ou flexíveis, paredes
diafragma, estacas justapostas, estacas pranchas,
entre outros), os carregamentos laterais
mobilizados estão entre os valores de coeficiente
de empuxo no repouso (K0) e ativo (Ka).
Assim como na determinação do empuxo
ativo, o nível de deformação imposto à estrutura
é determinante na sua quantificação. No caso
passivo, a deformação necessária, relativamente
maior para o seu desenvolvimento completo,
torna-se inaceitável sob o ponto de vista de
utilização da estrutura. Na prática, a pressão de
trabalho situa-se entre o valor no repouso (K0) e
o estado passivo (Kp).
Na determinação dos valores de cálculo das
pressões de terra, deve-se considerar o tipo e a
natureza dos movimentos e das deformações
admissíveis para o estado limite em
consideração, não podendo ser caracterizado
como um único valor.
Uma publicação abrangente sobre empuxos de
solo e estruturas de contenção, com a
determinação das condições gerais de
solicitações e estabilidade é apresentada Clayton
et. al (1993).
O Eurocode 7, indica como ordem de
grandeza dos movimentos necessários para o
desenvolvimento de um estado de equilíbrio
limite ativo em um terreno não coesivo
medianamente denso, os seguintes valores:
- rotação em torno do topo: 0,002H
- rotação em torno do pé: 0,005 H
- translação: 0,001H
3
sendo, H a altura do muro.
Para a existência de condição de repouso no
terreno, indica-se uma movimentação da
estrutura inferior a 5x10-4H, em solos
normalmente adensados (Eurocode 7).
Os carregamentos nas estruturas de contenção
não se restringem apenas aos empuxos gerados
pelo solo. De fundamental importância é a
avaliação da ação da água, ação das sobrecargas
das edificações vizinhas e serviços públicos
existentes. Milititsky (2012) aborda com detalhe
as principais variáveis necessárias para a
identificação dos carregamentos em escavações
em perímetro urbano.
3 CORTINAS: ASPECTOS
CONSTRUTIVOS
3.1 Cortina de Estacas Escavadas
As cortinas de estacas escavadas podem ser
executadas com diversos tipos de estacas
(estacões, tubulões, estacas raiz e estacas hélice
contínua) dispostas isoladas, contíguas ou
secantes, suportadas por estroncas metálicas ou
tirantes protendidos, conforme as características
do solo a conter e nível de deformação aceitável.
3.1.1 Estacões Escavados
A solução com estacões – estacas escavadas
de grande diâmetro com lama bentonítica ou
revestidas com camisas metálicas e tubulões a
céu aberto – apresentam a vantagem de execução
sem praticamente desconfinar o solo adjacente ou
provocar vibrações às edificações vizinhas.
Devido a sua grande rigidez, permitem um
maior espaçamento dos escoramentos (tirantes ou
estroncas), porém, necessitam de um espaço entre
70 e 100 cm para a sua instalação, que pode ser
um limitador na escolha desta solução.
O solo entre os estacões pode ser contido com
concreto projetado, por uma cortina convencional
de concreto armado ou simplesmente, protegido
por parede de alvenaria. Escavação manual entre
os estacões incorpora custos e prazos elevados
para a contenção.
No caso de elementos contíguos, sempre
haverá um espaço entre os estacões (de 5 a 10
cm), e ainda podem ocorrer problemas de
verticalidade no caso de contenções mais
profundas, onde fluirá água e solo para dentro da
escavação. O tratamento das juntas com injeções
químicas ou colunas jet grount reduzem este
problema.
Esta solução é indicada tipicamente em
argilas médias a rijas acima do nível freático, que
apresentam certa coesão, para espaçar os
tubulões e para compensar o maior consumo de
concreto e aço por m2 de paramento.
No caso do solo a ser contido constituir-se de
material granular ou argila mole, abaixo do nível
da água, a implantação deste sistema de
contenção requer o emprego de sistemas de
rebaixamento do lençol freático.
3.1.2 Estacas Hélice Contínua
No caso de estacas tipo hélice contínua, há a
vantagem em relação aos estacões e ao fato
destes não utilizarem lama bentonítica e/ou
camisas metálicas para conter o terreno,
proporcionando uma maior velocidade de
execução.
A limitação da utilização de estacas hélice
contínua consiste na dificuldade de colocação da
armadura em comprimento elevado, limitando a
altura do paramento e ficha ao comprimento da
armadura. Alternativamente podem ser inseridos
perfis metálicos às estacas para adequa-las à
escavações mais profundas.
A Figura 7 ilustra uma cortina de estacas
hélice contínua justapostas.
Figura 7: Cortina de Estacas Justapostas.
3.1.3 Estacas Tipo Raiz
As estacas raiz são utilizadas em terrenos com
presença de matacões ou extremamente
resistentes, onde as ferramentas tradicionais de
perfuração não conseguem atravessar.
A execução das estacas ao longo de todo o
perímetro da obra se faz alternadamente, com
posterior fechamento dos intervalos, com um
espaçamento que permita uma pequena
superposição entre elas para melhorar as
condições de estanqueidade.
Os problemas executivos estão geralmente
relacionados com a verticalidade dos elementos,
que podem provocar vazios e dificultar a
escavação em função da percolação de água e
carreamento de solo.
4
Devido as suas limitações de diâmetro
(tipicamente até 40 cm) e reduções de seção para
ultrapassar matacões e blocos de rocha, as estacas
raiz, apresentam pouca capacidade de resistir a
momentos fletores, necessitando de um maior
número de escoramentos, quando comparado a
outras soluções.
3.2 Cortina de Estacas Prancha
Consiste na cravação no terreno de elementos
metálicos, dotados de um sistema de encaixe tipo
macho-fêmea, formando uma cortina, conforme
ilustra a Figura 8.
Este tipo de contenção é muito utilizado em
obras marítimas como ensecadeiras, encontro de
pontes e instalações portuárias. Sua utilização é
limitada quando se encontram matacões, rochas
duras ou grandes blocos de rochas que impeçam
a cravação das estacas.
Possui a vantagem de rápida execução, de ser
razoavelmente estanque à percolação de água e
de evitar carreamento do solo para o interior da
escavação.
No entanto, esta solução apresenta custo
elevado, especialmente quando não for possível a
recuperação do sistema após a execução da
estrutura definitiva.
Podem ser reutilizadas, mas para tanto, devem
ser implantadas afastadas da estrutura definitiva.
A remoção das estacas prancha cria vazios no
solo que desconfina o terreno adjacente, podendo
provocar recalques indesejados.
Quando projetadas como estrutura definitiva
em longo prazo, podem apresentar problemas de
corrosão, especialmente em obras marítimas.
Dentre os aspectos executivos, os problemas
mais frequentes estão relacionados com a
garantia de verticalidade durante a cravação,
ficha insuficiente, arraste de estacas já cravadas,
danos gerados na cabeça dos perfis e os
indesejados ruídos e vibrações impostos durante
a cravação.
Outra limitação refere-se à vibração que a
cravação dos perfis metálicos pode causar,
especialmente se o subsolo contiver camadas de
elevada resistência.
Figura 9: Cortina com perfil pranchado (3,5m de
escavação em solo mole), executada sem
escoramento.
Figura 8: Cortina de Estacas Prancha
3.3 Perfil Pranchado
Consiste na cravação no terreno de perfis
metálicos ou trilhos ao longo de todo o perímetro
da obra, espaçados, geralmente, de 1 a 2 metros.
À medida que o terreno vai sendo escavado,
são colocados pranchões de madeira ou préfabricados de concreto armado entre os perfis,
formando uma cortina. Com o avanço da
escavação, é necessário criar escoramentos
(estroncas ou tirantes) para reduzir as
deformações de topo dos perfis.
A escavação manual para a instalação das
pranchas de madeira gera custos e prazos
elevados para a obra, assim como os
escoramentos projetados.
Esta solução geralmente requer espaço
reduzido para implantação (20 a 40 cm), e os
perfis metálicos podem ser utilizados para
suportar as cargas verticais da contenção das
vigas, lajes, e também da estrutura definitiva. Os
pranchões de madeira podem servir de forma
(perdida) para a cortina definitiva de concreto
armado.
É tipicamente utilizada em obras de contenção
implantadas acima do lençol freático e em solos
que
permanecem
estáveis,
ao
menos
temporariamente, de modo a permitir a escavação
do terreno entre os perfis para a instalação do
prancheamento. Nestas condições esta solução
tem se mostrado econômica para escavações de
até 6 metros de altura.
Abaixo do nível da água, esta solução só pode
ser adotada com o rebaixamento do lençol
freático, provocando recalques indesejáveis nas
construções vizinhas.
5
Figura 10: Deformações impostas à edificação
lindeira devido à inexistência do escoramento.
3.4 Parede Diafragma
Paredes diafragma são estruturas moldadas in
loco, ou pré-moldadas de concreto armado,
escavadas a partir da superfície do terreno, em
lamelas com largura típica de 2,50 metros e
espessura de 0,3 a 1,2 metros.
No caso de estruturas moldadas in loco, a
primeira etapa construtiva consiste na execução
da mureta guia seguida da escavação com clamshell.
Quando executadas abaixo do nível de água,
as escavações devem ser realizadas com
simultâneo lançamento de lama bentonítica ou
polímero, atentando para que seu fluído esteja
sempre, no mínimo, a 1,5 metros acima do lençol
freático.
Após a escavação e limpeza da base da lamela
na profundidade de projeto, procede-se com a
colocação da chapa junta (junta seca tipo macho-
fêmea) nas extremidades dos painéis, com
posterior descida da armadura.
A seguir, procede-se com a concretagem, ou
seja, com o lançamento de concreto a partir do
fundo da escavação através de tubo tremonha. À
medida que o concreto sobe, o tubo tremonha vai
sendo levantado, atentando para que sua
extremidade esteja sempre imersa no concreto.
As Figuras 11 a 15 ilustram a sequência
executiva de paredes diagrama.
Figura 13: Descida da Ferragem
Figura 11: Mureta guia
Figura 12: Escavação com clam-shell
Figura 14: Concretagem
Figura 15: Lamelas prontas em fase de
escavação.
6
Esta solução apresenta como vantagem, poder
ser utilizada em praticamente qualquer tipo de
terreno, não provocando vibrações. As lamelas
formam um paramento estaque, limitando o fluxo
de água para o interior da escavação, e podem ser
incorporadas à estrutura como parede definitiva
dos subsolos.
No caso da utilização de tirantes como
escoramentos, estas estruturas dispensam a
execução das vigas para a distribuição das cargas.
Na Figura 16 apresenta-se a solução de
contenção com parede diafragma atirantada
executada no centro de Florianópolis com nível
de escavação de 10 metros.
Figura 17: Hidrofresa (Grandis & Marzionna,
2012).
As patologias típicas associadas com a
execução de paredes diafragma são citadas a
seguir:
Figura 16 - Parede Diagrama Atirantada para a
execução de 10 metros de escavação no centro,
de Florianópolis, SC.
Como desvantagem da solução em parede
diafragma, cita-se a necessidade de utilização de
equipamentos pesados e de grande porte,
necessidade de canteiro de obras com espaço
para a armazenagem e manuseio do fluído
estabilizante, e a limitação da escavação com o
clam-shell na presença de matacões ou solos de
elevada resistência.
Uma alternativa para a transposição de
camadas resistentes ou até mesmo para a
execução em rochas alteradas ou brandas,
consiste na utilização de equipamento de
perfuração denominado Hidrofresa. Neste
sistema, o avanço da escavação ocorre por meio
de rodas e correntes de corte que trabalham em
alta rotação, desagregando o substrato terroso ou
rochoso.
A lamela é preenchida com fluído
estabilizante, (lama bentonítica ou polimérica) e
conforme avanço do equipamento, o material
escavado é retirado da cava através de sucção por
bomba acoplada ao corpo da ferramenta.
7
- Desvios de prumo durante a escavação:
patologia tipicamente associada em escavações
realizadas sem mureta guia ou com falta de
cuidado na verticalidade do clam-shell;
- Limpeza de Fundo inadequada: resulta em
falha no contato entre a lamela e o solo, podendo
comprometer a resistência de ponta, quando esta
serve de fundação para pilares apoiados na
cortina;
- Dificuldades de concretagem: como a
interrupções no fornecimento de concreto,
material de trabalhabilidade inadequada, entre
outros, influindo diretamente no seu desempenho
mecânico e de estanqueidade da contenção.
Durante a escavação, qualquer imperfeição ou
falha constatada deve ser imediatamente tratada.
- Problemas de juntas entre lamelas: resultam
em caminhos preferenciais da água e devem ser
imediatamente tratados.
As Figuras 18 a 21 ilustram as patologias
citadas.
Figura 18: Desvio de prumo de lamelas
executadas em um poço para extração de carvão
de 25m de profundidade.
Figura 19: Lamela com problemas de limpeza de
base.
Milititsky (2012) ressalta a importância do
controle dos aspectos construtivos de cortinas,
relatando que os casos históricos de acidentes de
contenções em paredes diafragma e cortinas de
estacas justapostas são tipicamente associados a
dificuldades de concretagem e falta de
estanqueidade das juntas. O colapso de
contenções é raramente associado a erros na
determinação dos esforços ou dimensionamento
de cortinas propriamente ditas.
CIRIA (2003) associa o colapso de estruturas
de contenção aos seguintes aspectos:
- conhecimento inadequado das condições
geológico-geotécnicas e hidrogeológico local;
- projeto deficiente com mau detalhamento
construtivo e de especificações;
- sequência construtiva inadequada resultando
em empuxos diferentes e superiores aos de
projeto;
- controle inadequado das etapas construtivas,
tais como escavação além de cotas definidas para
a implantação dos escoramentos, e sobrecargas
não consideradas de equipamentos pesados
adjacentes.
3.5 Tirantes
Figura 20: Dificuldades de concretagem e
problema de junta entre as lamelas.
Figura 21: Problemas de juntas entre as lamelas
provocando o carreamento de solo e
instabilidade.
8
Cortinas necessitam de escoramentos para o
seu adequado funcionamento, que podem ser
constituídos por estroncas, bermas, pela própria
estrutura (execução top-down), ou por uma
combinação dos tipos mencionados.
Escoramentos constituídos por tirantes
constituem a prática em nosso meio, pois não
ocupam espaço entre os paramentos, facilitando
as escavações e a execução da estrutura
definitiva.
No dimensionamento dos tirantes devem ser
consideradas todas as circunstâncias susceptíveis
a ocorrer durante a sua vida útil. No caso de
ancoragens definitivas, devem ser consideradas a
ocorrência da fluência e corrosão do aço.
A verificação dos estados limites últimos em
tirantes deve considerar:
- ruptura da armadura ou da cabeça da
ancoragem por ter sido excedida a resistência e
os respectivos materiais ou a ruptura de ligação
entre aqueles elementos;
- ruptura na interface armadura-calda ou
calda-terreno;
- ruptura por falta de estabilidade global.
Tirantes permanentes (com vida útil superior
a 2 anos) devem ser protegidos contra a corrosão
ao longo de toda a sua extensão e cabeça. Neste
caso, deve ser considerada em projeto a
ocorrência da fluência e corrosão do aço.
Como estes elementos são instalados em
terrenos adjacentes às contenções, estes só
podem ser utilizados, mesmo que de forma
provisória, com autorização dos proprietários dos
terrenos limítrofes. Somado a isto, a investigação
do terreno deve indicar o conhecimento das
condições geológico-geotécnicas fora do local da
obra, onde as forças de tração dos tirantes serão
transmitidas.
Diversas abordagens podem ser utilizadas no
cálculo da reação no tirante, no entanto, deve
sempre haver comprovação experimental dos
comprimentos projetados e procedimentos
executivos. A NBR 5629/2006 estabelece os
ensaios e critérios de comprovação de
desempenho de tirantes.
A posição dos tirantes deve ser projetada para
não interferir na implantação da estrutura da
futura edificação e de forma a evitar
interferências nas edificações vizinhas.
Os problemas construtivos relacionados com a
execução de tirantes referem-se principalmente,
aos seus efeitos nas edificações vizinhas. As
perfurações para a sua instalação podem provocar
recalques, suas injeções podem provocar
levantamento do terreno e a sua proteção pode
interferir e induzir esforços horizontais nas
fundações de edificações adjacentes.
Outro aspecto importante consiste na
drenagem do subsolo. Tirantes não tratados em
subsolos abaixo do lençol freático formam
caminhos
preferenciais
de
água
que
comprometem a drenagem do subsolo. A Figura
22 ilustra um subsolo com problemas de
drenagem devido à ausência de tratamento das
juntas entre as lamelas e tirantes.
4 EFEITOS NAS EDIFICAÇÕES
VIZINHAS
Os efeitos nas edificações vizinhas dependem
da magnitude da escavação, tipo de contenção
adotada, qualidade executiva dos serviços e
sensibilidade da estrutura (tipo de fundação e
rigidez).
O deslocamento lateral do elemento de
contenção origina extensão lateral e recalque
(deslocamento vertical do terreno), quando a
massa de solo vizinha à escavação se movimenta
em direção à região escavada.
A previsão ou cálculo dos deslocamentos é
um desafio de difícil solução. Segundo Milititsky
(2012), o uso da experiência organizada é uma
ferramenta importante, assim como os programas
computacionais modernos. No entanto, as
metodologias de cálculo numérico apresentam a
limitação da necessidade de caracterização
geotécnica abrangente do solo envolvido
(complexa determinação).
As referências clássicas obtidas com a
experiência acumulada sobre medidas de
deslocamentos junto às escavações são
apresentadas nas Figuras 23 e 24.
I) Areia e argila mole a dura
II) Argila muito mole a mole com profundidade
limitada de argila abaixo do fundo da escavação.
III) Argila mole a muito mole para uma
profundidade significativa abaixo do fundo da
escavação.
Figura 23: Deslocamentos durante as escavações
(Peck, 1969, apud Milititsky et al, 2006)
Figura 22: Problemas de drenagem do subsolo
devido à ausência de tratamento das juntas entre
as lamelas e tirantes.
9
4.1 Controle de Recalques
Figura 24: Forma expedita de prever
deslocamentos verticais e horizontais máximos
em escavações escoradas em função da qualidade
da execução (Ranzini & Negro Jr., 1998, apud
Milititsky et al, 2006).
O sistema construtivo das contenções, suas
características de rigidez, etapas e cuidados na
implantação,
afetam
diferentemente
os
deslocamentos provocados na vizinhança.
Elementos cravados provocam vibrações,
cortinas de estacas escavadas justapostas, quando
executadas em solos granulares abaixo do nível
de água ou em argilas moles, podem provocar a
perda de solo.
No caso de cortinas ancoradas com tirantes, o
tempo decorrente entre a escavação, a
implantação dos tirantes e a sua protensão, têm
efeito marcante nos deslocamentos provocados.
Quanto maior o tempo até efetivamente conter
a cortina, maior o deslocamento (Milititsky et al,
2006).
Paredes diafragma construídas com o auxílio
de bentonita produzem um alívio de tensões e
arqueamento do solo, mesmo quando bem
executadas.
No caso de estacas justapostas ou paredes
diafragma em que são deixadas bermas como
elemento de estabilização, deve-se projetar
adequadamente a proteção contra a erosão, e a
infiltração da água da chuva, para se evitar
problemas de deslocamentos excessivos ou a
instabilizarão da contenção.
O monitoramento de desempenho de
estruturas adjacentes às escavações deve ser
realizado através de controle de recalques,
controle de verticalidade, controle de fissuras e
quantificação dos danos.
10
O procedimento consiste na medição com
equipamento
topográfico
de
precisão,
referenciado a um “bench mark” ou marco de
referência, de forma regular, da evolução dos
recalques com o tempo ou com os estágios de
carregamento. A instalação de controle é
indicada pela NBR 9061 (1985), com o detalhe
de um marco de referência e dos pinos
usualmente utilizados, nos quais é apoiada, por
ocasião de cada leitura, uma régua “invar”.
Tão importante quanto o valor absoluto dos
recalques medidos é a sua velocidade de
ocorrência. A unidade na qual se explicita a
velocidade é micras/dia, µ /dia, representando
milésimo de milímetro por dia, indicando a
tendência dos deslocamentos.
Escavações próximas geram valores de
velocidade de recalque muito variados, em
função do solo sendo escavado, do tipo e
geometria da fundação sobre a qual se apoia a
estrutura, da magnitude da escavação, da
velocidade e da qualidade de execução e tipo de
escoramento. Milititsky (2000) cita os valores de
velocidade e seus riscos associados, como
orientação geral:
- até 50 µ /dia: seguro.
- até 80 a 100 µ /dia e atenuando: razoável,
usual.
- entre 100 e 200 µ /dia e constantes:
necessária a adoção de medidas corretivas no
processo executivo, cautela e aumento da
regularidade de medidas.
- acima de 200 µ /dia: situação de urgência,
re-aterro ou adoção de medidas cautelares.
- acima de 400 µ /dia: emergência e risco de
acidente.
É importante ressaltar que podem ser
observados valores diários elevados, porém, a
magnitude isoladamente não é indicador absoluto
a considerar, a tendência, ou seja, aceleração,
constância ou redução, é aspecto fundamental. As
medições
devem
ser
acompanhadas
imediatamente pelos executantes dos serviços e
pelo projetista para a tomada de decisão.
4.2 Controle de Verticalidade
Consiste na verificação periódica da
verticalidade das edificações lindeiras com
aparelho topográfico de precisão, sempre nos
mesmos pontos, resultando em planilhas e
gráficos.
A leitura inicial deve ser realizada antes do
início das escavações e as leituras devem ser
realizadas sempre em mais de uma direção para
evitar conclusões equivocadas.
Devem ser considerados os efeitos da
temperatura, sendo recomendado por Milititsky
(2012), que as leituras sejam realizadas sempre
no mesmo horário e pelo mesmo operador para
não haver uma superposição de efeitos.
4.3 Controle de Fissuras
Medidas sistemáticas de abertura de extensão
das trincas realizadas com paquímetros ou
fissurômetros. A análise da gravidade ou origem
das trincas envolve o comportamento de diversos
materiais, sua conectividade e possíveis origens e
causas. Trincas em elementos portantes ou sua
progressão são indicadores de risco.
4.4 Danos
Os movimentos causados pelas escavações e
procedimentos de apoio podem provocar
deslocamentos como translações, rotações e
distorções nas edificações limítrofes. A
quantificação do nível de deslocamento
responsável pela causa de dano em uma
edificação é uma questão de difícil resposta.
Laefer (2001) apresenta uma proposta para a
relação entre o nível de dano e a deformação
horizontal.
Tabela 1: Relação entre o nível de dano e
deformação horizontal (Laefer, 2001).
Categoria
de dano
Grau de
severidade
0
Desprezível
Limite de
deformação
em tração (%)
0 - 0,050
1
Muito pequeno
0,050 – 0,075
2
Pequeno
0,075 - 0,150
3
Moderado
0,150 - 0,300
4
Alto a muito
alto
> 0,300
Milititsky (2012) apresenta tabelas de
classificação de danos através do controle de
recalques desaprumo e fissuras em alvenarias de
11
acordo com a Nacional Coal Board (1975), e em
edifícios, de acordo com a experiência inglesa
(Thornburn & Hutchinson, 1985). As Tabelas 2 e
3 transcrevem os dados mencionados.
5 ACOMPANHAMENTO E
INSTRUMENTAÇÃO DA OBRA
O acompanhamento da obra por parte do
projetista é fundamental para o bom desempenho
da estrutura de contenção. A observação dos
dados de instrumentação, ensaios nos elementos
ancorados e controle de fissuras são essenciais
para a prevenção de acidentes.
O conhecimento do comportamento da
estrutura permite a adoção de medidas corretivas
a tempo de não comprometer o seu desempenho.
A ação da água é sempre importante, seja na
estimativa dos empuxos sobre as contenções,
rebaixamento indevido do lençol freático ou no
adensamento de solos, com consequentes
recalques de camadas argilosas saturadas.
Piezômetros instalados na massa de solo em
várias distâncias do paramento, com monitoração
ao longo do desenvolvimento dos serviços
servem como parâmetros de adequação das
premissas de cálculo, indicação da eficiência dos
trabalhos e acompanhamento dos efeitos da
implantação da estrutura de contenção.
A instalação de inclinômetros no corpo da
parede de contenção permite a medição dos
deslocamentos, curvatura do elemento estrutural
e a determinação dos momentos atuantes.
Células de carga em tirantes e estroncas
permitem o acompanhamento das reações ao
longo da implantação, identificando situações
anômalas ou sinais de risco.
O atual avanço das ferramentas numéricas de
análise e dimensionamento de estruturas, aliado
aos resultados da instrumentação da obra, se
constitui em valioso auxilio e entendimento do
real comportamento das contenções, contribuindo
para o aperfeiçoamento de procedimentos e
técnicas construtivas.
Tabela 2: Classificação de danos em paredes (National Coal Board, 1975, apud Milititsky, 2012)
Largura
Limite
de
aproximada
Classe
de
deformação por
Descrição de Danos
das
trincas
Danos
tração (%)
(mm)
Desprezíveis
< 0,1
0 – 0,05
Trincas estreitas de fácil reparo.
Trincas na alvenaria externa, visíveis
sob inspeção detalhada.
<1
0,05 – 0,075
Pequenos
Trincas facilmente preenchidas.
Várias fraturas pequenas no interior da
edificação. Trincas externas visíveis e
sujeitas à infiltração. Portas e janelas
emperrando um pouco nas esquadrias.
<5
0,075 - 0,15
Moderados
O fechamento das trincas requer
significativo preenchimento. Talvez seja
necessária a substituição de pequenas
áreas de alvenaria externa. Portas e
janelas emperradas. Redes de utilidade
podem estar interrompidas.
5 a 15 ou
várias trincas
com mais de 3
mm
0,15 – 0,3
Severos
Necessidade de reparos envolvendo
remoção de pedaços de parede,
especialmente sobre portas e janelas
substancialmente fora do esquadro.
Paredes fora do prumo, com eventual
deslocamento de vigas de suporte.
Utilidades interrompidas.
15 a 25 e
também
em
função
do
número
de
trincas
> 0,3
Reparos significativos envolvendo
reconstrução parcial ou total. Paredes
requerem
escoramento.
Janelas
quebradas. Perigo de instabilidade.
Usualmente
> 25, mas
depende
do
número
de
trincas
-
Muito
pequenos
Muito
Severos
12
Trincas capilares
Tabela 3: Experiência Inglesa de classificação de danos em edifícios (Thornburn & Hutchinson, 1985,
apud Milititsky, 2012)
Abertura
de
Fissura
(mm)
Grau de Dano
Residencial
Efeito
na
Estrutura e Uso da
Edificação
Comercial ou
Público
Insignificante
Industrial
Insignificante
Nenhum
< 0,1
Insignificante
0,1 a 0,3
Muito leve
Muito leve
Insignificante
Nenhum
0,3 a 1
Leve
Leve
Muito leve
Estético apenas
Muito leve
Estético. Acelera
efeitos da ação
climática externa
O
uso
da
edificação
será
afetado; valores no
limite
superior
podem por em risco
a estabilidade
1a2
2a5
5 a 15
15 a 25
> 25
Leve
moderado
a
Moderado
Moderado
severo
Leve
moderado
Moderado
Leve
a
Moderado
severo
a
Moderado
Severo
a
muito severo
Muito severo
a perigoso
Severo
muito severo
Severo
perigoso
a
Severo
muito severo
Severo
perigoso
6 CONCLUSÕES
Neste trabalho foram apresentados e
discutidos critérios relacionados com o
dimensionamento e execução de escavações
suportadas por cortinas. Somado a isto, foram
exibidos os efeitos de escavações sobre as
edificações vizinhas e os mecanismos de
monitoramento de desempenho ao longo das
diversas etapas envolvidas no processo.
Na alínea sobre Projeto de Estruturas de
Contenção, foram citados os dados essenciais
para a elaboração de projetos de contenção, as
verificações necessárias e as teorias existentes
para resolução dos problemas.
Uma
breve
discussão
sobre
o
desenvolvimento de empuxos em cortinas e as
pequenas deformações na qual estas estruturas
são tipicamente impostas foi apresentada,
enfatizando a dependência dos carregamentos
impostos à estrutura em função das deformações
ocorridas.
Apesar da necessidade, pouco se investe em
Santa Catarina na investigação do estado de
tensões in situ seja pela prática de projetar
estruturas de contenção através de teorias de
Estados Limites de Ruptura ou pelas dificuldades
de determinação K0 em laboratório ou campo.
A seguir, o presente artigo exibiu as principais
questões construtivas de cortinas de estacas
13
a
a
a
a
Cresce o risco de
a estrutura tornar-se
perigosa
escavadas, cortinas de estacas prancha, perfil
pranchado, paredes diafragma e tirantes.
Ressalta-se a importância do controle dos
aspectos construtivos de cortinas, uma vez que, o
colapso de contenções em paredes diafragma e
cortinas de estacas justapostas são tipicamente
associados a dificuldades de concretagem e a
falta de estanqueidade das juntas.
Os efeitos das escavações nas edificações
lindeiras foram abordados, com apresentação da
experiência organizada nacional e internacional.
Devido à complexidade da interação entre o
terreno e a estrutura de suporte, é recomendável a
utilização do método observacional para a
revalidação de premissas de cálculo e
monitoramento do desempenho das estruturas nas
diversas etapas construtivas.
A instrumentação da obra através de medição
dos deslocamentos nas edificações limítrofes, dos
deslocamentos
horizontais
da
parede,
piezometria, carga nos tirantes, entre outros,
conduzem a escavações controladas e seguras.
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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14