ASPECTOS EXECUTIVOS DE UMA FUNDAÇÃO EM HÉLICE CONTÍNUA EXECUTADA SOBRE SOLOS MOLES

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1 ASPECTOS EXECUTIVOS DE UMA FUNDAÇÃO EM HÉLICE CONTÍNUA EXECUTADA SOBRE SOLOS MOLES Victor Carlos Santos Barbosa Universidade Federal de Sergipe, Aracaju, Brasil, Osvaldo de Freitas Neto Universidade Federal de Sergipe, Aracaju, Brasil, Filadelfo Araújo Prata Júnior Procuradoria da República em Sergipe, Aracaju, Brasil, Kelly Oliveira Dias Universidade Federal de Sergipe, Aracaju, Brasil, Erinaldo Hilário Cavalcante Universidade Federal de Sergipe, Aracaju, Brasil, Carlos Rezende Cardoso Júnior Universidade Federal de Sergipe, Aracaju, Brasil, RESUMO: O presente artigo visa descrever o as particularidades associadas à execução de uma fundação por estacas do tipo Hélice Contínua executada em um solo mole na cidade de Aracaju-SE. São apresentadas também as respectivas soluções adotadas para a mitigação e solução dos problemas encontrados durante sua execução. O desenvolvimento do trabalho foi estruturado em cinco etapas: a) revisão da literatura; b) levantamento e análise de dados da obra; c) realização de observação direta da execução das estacas; d) descrição aprofundada do caso estudado; e) elaboração das considerações finais. Quanto aos problemas executivos observados na obra, a dificuldade de inserção das armaduras na massa de concreto foi o que mais se destacou, fato este que se mostrou significativa melhoria quando aumentou-se a fiscalização e assim procurou-se reduzir do tempo entre a fabricação e o lançamento do concreto, além de adotar um melhor controle no prumo da armadura durante sua inserção. Observou-se também, problemas de estabilidade na máquina perfuratriz, devido ao solo mole, que culminou na quebra do trado da Hélice Contínua. Outros problemas apresentados foram entupimento da haste de concretagem e grande volume de solo que sai após a execução. Cuidados especiais também foram tomados no sentido de minimizar desconfinamentos durante a execução, para isso, no trado, foi utilizada velocidade de avanço compatível com a velocidade de rotação durante a etapa de perfuração, de modo a procurar evitar patologias nas estacas, como por exemplo, estrangulamento ou alargamento do fuste, e perda de atrito lateral. O estudo contribui para a compreensão dos fatores relacionados à execução de estacas tipo Hélice Contínua em solos moles e as respectivas alternativas utilizadas para mitigar as dificuldades enfrentadas. PALAVRAS-CHAVE: Solos Moles, Estacas Hélice Contínua, Aspectos Executivos

2 1 INTRODUÇÃO Com o aumento gradativo da densidade demográfica nas cidades, e o solo sendo ocupado a uma taxa crescente, muitas vezes, as edificações são executadas em locais pouco apropriados para a sua construção, como é o caso das áreas que contém solos moles, oriundos de mangues, áreas alagadas, rios e mares. Nestes casos, devem ser aplicadas as técnicas corretas de execução, para que não ocorram problemas funcionais no prédio construído. Qualquer tipo de fundação executada sobre solos moles requer maior cautela e certos cuidados. Relatos de acidentes e deslocamentos neste tipo de solo são bastante conhecidos na comunidade científica (SOUZA, 2003; VELLOSO, NAEGELI e VIDEIRA, 1998; REIS, 2000). Quando não existe possibilidade de se transferir o local da obra para uma área livre da presença de material compressível e mole, soluções mitigadoras podem ser adotadas com o objetivo de diminuir o potencial destrutivo deste tipo de solo. Entretanto, vale destacar que em geral essas soluções são de custo elevado e demandam certo tempo para a sua aplicação. Dentre as soluções mais comuns, destacamse desde a remoção completa do solo mole (compressível), até a execução de aterros de sobrecarga e drenos verticais para acelerar o processo de adensamento e recalque. Mesmo diante dos problemas associados a esse tipo de solo, o que mais se observa é a compatibilização das fundações com o solo mole, sem a realização de nenhuma intervenção sobre o mesmo. Para que isto aconteça com segurança, cuidados extras devem ser tomados no projeto, como a rigorosa previsão dos possíveis recalques e o devido enquadramento destes nos padrões aceitáveis. Este artigo discute o caso de um edifício assente em fundações profundas por estacas do tipo Hélice Contínua executadas sobre solos moles. Abordam-se os conceitos descritos na literatura, relacionados ao caso estudado, e são descritas as dificuldades e patologias encontradas e soluções adotadas para o caso específico. 2 REVISÃO DA LITERATURA Os solos moles são terrenos normalmente constituídos por argilas moles inconsolidadas ou consolidadas, podendo vir com grandes concentrações de matéria orgânica em grandes horizontes de solo. Estes solos podem ser encontrados em regiões pantanosas, alagadas, regiões de rios, lagos, baías, canais de mar, regiões costeiras e em mangues. No Brasil existem diversas áreas com espessos depósitos de solos moles compressíveis, normalmente de origem fluviomarinha e de manguezais, ou seja, em geral, os solos moles ocorrem em locais úmidos, em que ocorreram variações de nível d água. Exemplos de áreas com estes depósitos que foram bastante estudadas são a Baixada Fluminense, Baixada Santista, Linha Verde, Áreas Portuárias e Aeroportuárias do Sul, Florianópolis, Recife, São Luiz e BR-101-S (ALMEIDA e MARQUES, 2011). A NBR 6484 (2001) classifica como argila mole a muito mole, os solos que cujo N SPT é menor ou igual 5. Vale chamar a atenção que em determinadas áreas da cidade de Aracaju, principalmente aquelas formadas por mangues, são encontradas argilas muito moles, com N SPT igual a zero, ou seja, a composição de sondagem desce sob o próprio peso. O processo executivo das estacas Hélice Contínua é realizado em três etapas básicas, a Perfuração, a Concretagem e a Inserção da armadura. Tudo é realizado com o auxílio do monitoramento do computador de bordo presente no equipamento, que irá realizar o controle da execução da estaca, definindo as velocidades de entrada, rotação e arranque. Diversos problemas estão associados à execução e ao comportamento das fundações Hélice Contínua assentes sobre solos moles. Observam-se problemas devido à baixa capacidade de suporte do solo e à alta compressibilidade, o que pode originar graves patologias de fundações e criar diversos problemas associados ao processo executivo, como por exemplo, dificuldades de locomoção dos equipamentos na obra e danos nos equipamentos utilizados para a execução, conforme poderá ser observado no caso em estudo.

3 Para o caso de terrenos moles, existe a possibilidade de desvio de prumo da estaca por ocasião de desnivelamento da máquina perfuratriz, nestes casos, pode ocorrer que a estaca seja executada com uma angulação em relação ao terreno, situação diferente da que foi projetada. O estrangulamento e alargamento do fuste da estaca Hélice Contínua são descontinuidades devidas principalmente ao desconfinamento do solo pela ação do trado, à variação na pressão de concreto durante a concretagem e à velocidade excessiva de retirada do trado (MILITITSKY et al., 2008). O estrangulamento ou seccionamento pode ocorrer por ocasião de uma baixa pressão de concretagem, retirada rápida do trado ou alto desconfinamento do solo, ou ainda pelo somatório de todos juntos. Ocorre principalmente no caso de solos moles, ocasionando uma invasão do solo até o local onde deveria existir concreto. É importante que durante a concretagem, a velocidade de subida seja compatível com a pressão e o consumo de concreto para não deixar vazios. Também pode ocorrer a intrusão da argila em pequenas cavas no fuste da estaca (ALLEDI, 2006), que podem ser portas de entrada para a ocorrência de corrosão nas armaduras. O alargamento do fuste é gerado por uma alta pressão de injeção de concreto aliada a um solo de baixa resistência e baixa velocidade de retirada do trado, podendo inclusive ocorrer o rompimento do solo. Em geral o alargamento não proporciona nenhum problema estrutural à estaca além do econômico (alto consumo de concreto). Milititsky et al. (2008) alerta ainda para o problema de execução de estacas próximas a outras recém-concretadas, pois, em solos instáveis e pouco resistentes, como os solos moles, poderá ocorrer alteração no fuste da estaca e afundamento no topo da mesma. Recomenda-se que somente seja executada uma estaca, depois que todas, a um raio mínimo de 5 diâmetros já tenham sido concretadas há pelo menos 12 horas (GEOFIX, 2012). 3 ESTUDO DE CASO O caso estudado refere-se a um prédio de 11 pavimentos, cujo terreno onde o mesmo está localizado mede cerca de m², localizado em Aracaju-SE (Figura 1). A obra encontra-se na região úmida da baixada litorânea do estado de Sergipe. Nesta região, destaque-se a ocorrência de mangues, restingas e aluviões, que potencialmente formam solos moles nos locais próximos a rios, mares e desembocaduras de rios. Figura 1. Localização da obra, com destaque para a área litorânea do estado de Sergipe (EMBRAPA, 1999). Para a realização do projeto de fundações, foram realizados oito furos de sondagem de reconhecimento SPT. O terreno de fundação desta obra está situado em uma região originalmente concebida como um terreno de mangue e alagadiço. A Figura 2 apresenta os valores de N SPT ao longo da profundidade para os furos de sondagem SP-03, SP-04 e SP-05. Enquanto que na Figura 3, apresenta-se um perfil geológico terreno, obtido com a associação das informações obtidas nestas mesmas sondagens. Chama-se a atenção para o fato de que as parcelas alagadas e de mangue desta área, com vistas à urbanização e crescimento da cidade, foram progressivamente devastadas, dando lugar a aterros arenosos, aplicados seja pela esfera pública seja por iniciativa privada (ALMEIDA, 2008). Isto explica a existência de uma camada de solo arenoso nos dois primeiros metros do perfil do terreno. Abaixo da camada aterrada, detectou-se a presença de solo mole sedimentar, de um coloração escura e odor característico de solo orgânico. Esta é a parcela oriunda dos mangues

4 e dos bosques alagados existentes nestas áreas. Após esta camada, percebe-se a ocorrência de um horizonte de areia fina fofa a pouco compacta, com aproximadamente 10 metros, sendo seguida por algumas parcelas arenosas resistentes contendo pedregulho e algumas camadas de argilas marinhas profundas até alcançar o impenetrável, ou seja, a rocha sã, a uma profundidade entre 35 e 48 metros (Figura 3). O lençol freático encontra-se a um metro de profundidade, caracterizando um perfil de solo quase que totalmente saturado. Profundidade (m) NSPT SP - 03 SP - 04 SP - 05A Figura 2 Resistência à penetração N SPT (eixo x) ao longo da profundidade (eixo y). 3.1 Descrição da Fundação Adotada As tensões verticais descarregadas pelos pilares são bastante variadas, indo desde 8,50 até 967,00 tf, sendo que a maior concentração destas tensões se localiza aproximadamente no centro da torre. Os momentos fletores aplicados na base dos pilares variam de 0,50 tf.m em diversos pilares a 77,50 tf.m. Os esforços cortantes nos pés dos pilares, oriundos do vento, variam entre 0,5 até 22,5 tf. A solução de fundação adotada foi a de estacas Hélice Contínua, com blocos de coroamento em concreto, ligados a vigas de travamento. É importante ressaltar que o terreno encontra-se em uma região que possui muitas clínicas médicas e um hospital próximo, fato que foi decisivo na escolha por uma fundação que cause pouco incômodo e o menor impacto possível nas estruturas das edificações vizinhas. A fundação possui 241 estacas dispostas em 71 blocos. Foram utilizadas estacas de 30 cm, 50 cm, 80 cm, 90 cm e 120 cm de diâmetro. Os comprimentos das estacas variaram entre 18 m e 27 m (Figura 4). O volume total de concreto consumido na fundação foi de 4.192,40 m³, sendo as estacas responsáveis por 72% e os blocos 28% deste valor. Figura 4 Vista geral das fundações da obra. Figura 3 Visualização do perfil do solo, com base em alguns furos de sondagem. Chama-se a atenção para a região central da torre, local de concentração das maiores cargas, onde foram adotados blocos de grandes dimensões, a exemplo do bloco 20, que engloba 24 estacas de 120 cm para o qual são transferidas mais de cinco mil toneladas oriundas da superestrutura. Quanto à armadura, destaca-se que foram

5 adotadas, em todas as estacas, armaduras longitudinais com 16,00 m de comprimento com estribos circulares soldados. Para facilitar a colocação da armadura, foram previstos: roletes espaçadores; solda nas emendas das barras longitudinais com 1,00 m de transpasse; estribos soldados às armaduras longitudinais; barras em formato de X soldadas em alguns pontos do corpo da armadura para dar maior rigidez; afunilamento na ponta da armadura; Utilização de concreto auto-adensável com slump de 26 cm ± 2 cm, e adição de sílica ativa para combater a exsudação; utilização de um pilão de kg acoplado ao guindaste de içamento. 4 CONSIDERAÇÕES EXECUÇÃO DA OBRA SOBRE não faz muito efeito nos metros finais. Os trabalhadores atuam como guias, normalmente cinco ficam ao redor da armadura guiando-a e realizando movimentos de giro para um lado e para o outro, e mais dois controlam o prumo com o auxílio de cordas amarradas no topo da armação. A As estacas foram executadas conforme preconiza o Manual de Execução de Fundações e Geotecnia da Associação Brasileira de Empresas de Fundações (ABEF, 2012), de acordo com os seguintes passos: (a) Locação do eixo da estaca utilizando instrumentos topográficos (estação total). A tolerância máxima adotada foi um desvio de 9 mm; (b) Aplicação de nata de cimento bombeada através do tubo central da haste, com a finalidade de verificar se existe algum entupimento; (c) Fechamento da tampa provisória localizada na ponta do trado, de modo que seja impedida a entrada de solo; (d) Início da perfuração. Nesta etapa, a retroescavadeira vai realizando a remoção do solo retirado pelo trado; (e) Início da concretagem, com sobreconsumo de aproximadamente 20%. Nesta etapa, a armadura já se encontra içada pelo guindaste e localizada ao lado do equipamento e a retroescavadeira continua realizando a remoção do solo. É nesta etapa que o trado retira a maior parte do solo. (f) Logo após o término da concretagem dá-se início à introdução da armadura. Primeiramente a mesma foi introduzida por gravidade, depois, utilizou-se o pilão como peso extra para possibilitar a sua entrada (Figura 5), e finalmente, nos últimos metros, se necessário, utilizou-se o próprio trado da máquina para inserir o restante da armadura (Figura 6). É utilizado também o braço mecânico da retroescavadeira, porém foi verificado que ele Figura 5 Introdução da armadura utilizando o pilão. Figura 6 Utilização do trado da máquina para inserir os últimos metros. 4.1 Problemas Adotadas Executivos e Soluções Introdução da armadura A introdução da armadura no concreto foi o principal problema apresentado na execução durante o tempo de estudo deste trabalho. A dificuldade na introdução da armadura foi verificada já nas primeiras estacas de 120 cm de diâmetro, o que gerou uma consulta ao projetista para reduzir o suas dimensões, que definiu que o comprimento mínimo obrigatório da armadura deveria ser 12 metros para cada estaca executada.

6 Algumas causas foram apontadas para justificar a dificuldade de inserção da armadura, dentre elas pode-se destacar: - Excesso de tempo entre a fabricação do concreto e aplicação em algumas estacas, demorando mais de duas horas em algumas ocasiões. Este tempo foi reduzido para no máximo uma hora e meia, sendo rejeitados os caminhões que chegaram após este tempo; - Falta de prumo na entrada da armadura (Figura 7), caracterizada por um posicionamento errado da armadura antes da sua descida. Este problema foi corrigido adotando-se um cuidado maior no posicionamento da armadura através do guindaste. - Outro fator que pode ter maximizado a dificuldade de inserção da armadura no concreto fica evidenciado na Figura 8. Observase que a armadura está desaprumada, e por isso, durante a introdução da mesma podem existir possíveis pontos de contato com o solo das paredes do furo. A fim de minimizar a possibilidade do contato lateral da armadura com as paredes do furo, o cobrimento da armadura foi aumentado para 7,5 cm, após a redução do diâmetro da armadura em 5 cm, com autorização do projetista. - Distância excessiva entre o pilão de kg e a cabeça armadura, impossibilitando a sua utilização, já que quando se soltava a armadura para utilizar o peso do pilão, a mesma flambava para a lateral. Este problema foi corrigido com a redução da distância entre a armadura e o pilão (Figura 9). Figura 7 Falta de prumo na entrada da armadura. Figura 8 Abaulamento da armadura de menor diâmetro. Figura 9 Correção da distância entre o pilão e a cabeça da armadura Estabilidade da máquina perfuratriz Durante a execução das estacas de grande diâmetro (120 cm), observou-se o desnivelamento por afundamento do pé de apoio frontal da máquina perfuratriz (Figura 10). Destaca-se que apesar do método executivo aplicado proporcionar desconfinamentos mínimos, fica evidente que eles ainda existem. Neste caso, o afundamento ocorreu na etapa de perfuração do trado, quando normalmente podem ocorrer desconfinamentos consideráveis, principalmente se não forem tomados os devidos cuidados com a velocidade de avanço e rotação do trado. Caso a execução fosse prosseguida, o produto seria uma estaca com desvio de prumo, e certamente, com dificuldades de introdução da armadura.

7 Em virtude do desnivelamento da máquina, em uma tentativa de execução de uma estaca de 120 cm de diâmetro, na etapa de perfuração, ocorreu a quebra do trado metálico na luva de acoplamento da mesa giratória, conforme mostra a Figura 11. Esta quebra aconteceu devido ao desnivelamento gradativo da máquina perfuratriz na etapa de perfuração, o que ocasionou uma força excêntrica sobre o trado, que já estava parcialmente dentro da massa de solo, e não suportou, quebrando no ponto de menor resistência. Para contornar o problema, foi utilizada uma viga metálica como superfície de apoio do pé frontal, que proporcionou uma maior área de distribuição de tensões (Figura 12). Vale chamar a atenção que a utilização da viga metálica não resolveu o problema por completo, mas minimizou o afundamento e o desnivelamento da máquina. Figura 12 Viga metálica usada para aumentar a área de distribuição de tensões. Outra solução adotada para minimizar os efeitos do desnivelamento da máquina devido ao desconfinamento do solo na fase de perfuração, foi a metodologia de executar primeiramente as estacas de menor diâmetro, de modo que estas proporcionem um melhoria das condições de resistência do solo, e evite o desnivelamento da máquina (Figura 13). Outra vantagem desta metodologia é que as estacas de menor diâmetro proporcionam um menor desconfinamento do solo, minimizando a ocorrência de desnivelamentos. Figura 10 Desnivelamento da máquina perfuratriz devido ao afundamento do pé de apoio frontal. Figura 13 Esquema da sequência executiva das estacas da obra Volume de solo mole na retirada do trado Figura 11 Quebra do trado metálico na luva de acoplamento na mesa giratória. Outro fator que merece destaque é a grande quantidade de solo mole oriunda do processo executivo das estacas (Figura 14). Tal situação ocasiona dificuldade de mobilidade de pessoas e equipamentos no canteiro. Além disso, há possibilidade de ocorrência de contaminação do concreto com o solo retirado, podendo acarretar

8 problemas de integridade nas estacas. da perfuratriz, visto que após a sua adoção não foram mais identificados desnivelamentos. AGRADECIMENTOS À Procuradoria da República em Sergipe, pela disponibilização dos dados e a possibilidade de acompanhamento da obra. REFERÊNCIAS Figura 14 Solo mole retirado na execução de uma estaca de 120 cm. 5 CONCLUSÃO Este trabalho descreveu alguns problemas enfrentados e as soluções adotadas na execução de uma fundação em estacas hélice contínua executada sobre solos moles em uma obra localizada em Aracaju-SE. O concreto utilizado, apesar de ser bastante fluido (slump de 26 cm), o que sugere a ocorrência de segregação por exsudação, não apresentou indícios desta patologia. Pode-se creditar o comportamento a uma adição de sílica ativa ao concreto, que reduz os efeitos da exsudação. Quanto aos problemas executivos, destaca-se que a inserção das armaduras no concreto foi o aspecto mais crítico da execução, porém foram observadas melhorias na sua entrada quando da adoção das medidas corretivas discutidas no corpo do texto. Observou-se maior dificuldade de entrada das armaduras das estacas de diâmetro menor, devido ao seu peso reduzido e menor rigidez da armadura mais esbelta. É importante que os dados das armaduras que não entraram nas estacas sejam repassados ao projetista, visto que ele será capaz de afirmar se há necessidade de algum reforço ou modificação no projeto. A adoção de uma nova configuração na sequência executiva, quando foram executadas as estacas de menor diâmetro para posteriormente executar as estacas de maior diâmetro, mostrou eficaz na redução do desconfinamento e consequente desnivelamento Associação Brasileira de Empresas de Fundações ABEF (2012). Manual de especificações de Produtos e procedimentos, Pini, São Paulo, 499 p. Alledi, C. T. D. B.; Polido, U. F.; Albuquerque, J. R. (2006). Provas de carga em estacas hélice contínua monitoradas em solos sedimentares, XIII Congresso Brasileiro de Mecânica Solos e Engenharia Geotécnica, Curitiba, PR, Brasil, Vol. 2, p Almeida, F. C. (2008). A história da devastação dos manguezais Aracajuanos, Dissertação de Mestrado, Núcleo de Pós-Graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente, Universidade Federal de Sergipe, 156p. Almeida, M. S. S. e Marques, M. E. S. (2011). Aterros Sobre Solos Moles, Oficina de Textos, São Paulo, 254p. EMBRAPA, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. (1999). Levantamento de reconhecimento de média intensidade dos solos da região dos tabuleiros costeiros e da baixada litorânea do estado de Sergipe: Boletim de pesquisa número 4, Ministério da Agricultura e do Abastecimento, Centro Nacional de Pesquisa de solos (CNPS), Rio de Janeiro, 98p. Geofix. (2012). Hélice Contínua Monitorada: Catálogo técnico, Geofix, São Paulo, 20p. Milititsky, J.; Consoli, N. C.; Schnaid, F. (2008). Patologia das fundações, Oficina de Textos, São Paulo, 207p. Reis, J. H. C. (2000). Interação solo-estrutura de grupo de edifícios com fundações superficiais em argila mole, Dissertação de Mestrado, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo (USP), 148p. Souza, E. G. (2003). Colapso de edifício por ruptura das estacas: estudo das causas e recuperação, Dissertação de Mestrado, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 115 p. Velloso, D. A.; Nargeli, C. H.; e Videira, H. C. (1998). O desabamento do edifício São Luiz Rei. Em: Acidentes Estruturais na Construção Civil volume 2, Coordenação: Cunha, A. J. P.; Souza, C. C. M.; Lima, N. A., Pini, São Paulo.