ESTACAS ESCAVADAS COM LAMA, PAREDE DIAFRAGMA COM CLAM SHELL E HIDROFRESA

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1 ESTACAS ESCAVADAS COM LAMA, PAREDE DIAFRAGMA COM CLAM SHELL E HIDROFRESA RESUMO A parede diafragma é utilizada em obras de edifícios residenciais e comerciais com subsolos tendo a presença de água no lençol freático, galerias de metrô, estruturas portuárias, proteção de fundações de pilares de pontes, reservatórios subterrâneos, fundações profundas, estruturas de contenção para prevenção de deslizamentos, canalização de rios e córregos. Estacas Escavadas com lama são estacas executadas enchendo-se com concreto (simples ou armado) uma abertura no terreno, que é mantida estável com o auxílio de uma lama especial. Este processo teve grande impacto nas técnicas de escavações e fundações e são indicados principalmente em fundações que solicitam grandes cargas a grandes profundidades. Este método faz sucesso principalmente pela multiplicidade de suas aplicações apresentam inúmeras vantagens. Este trabalho tem como objetivo apresentar e exemplificar dentre os inúmeros campos da engenharia civil na área de Fundações, os métodos de escavações, parede diafragma e estacas escavadas. Palavras Chave: Fundações, Paredes Diafragma, Estacas escavadas INTRODUÇÃO ESTACAS ESCAVADAS COM LAMA Estacas escavada com lama, que a partir do início de seu desenvolvimento nos anos 60, tem causado muito impacto nas técnicas de escavações e fundações realizados no Brasil. Isso por que este método proporciona fundação com grande capacidade de resistência de cargas, pois através dos métodos de escavação e estabilidade das paredes das cavas, através do uso de lama bentonítica ou polímero, tem-se uma fundação capaz de atingir grandes profundidades e consequentemente capaz de resistir grandes solicitações de cargas. Este método além de proporcionar grande resistência, também proporciona facilidade de execução próximo a mediações visinhas e não geram ruídos e vibrações que os métodos de cravação de estacas geram. Apesar de ser um método relativamente oneroso, seu custo benefício é satisfatório, tendo em vista que seu uso é comum em grandes obras, com grandes solicitações de carga, onde o custo normalmente é mais alto que em obras comuns. Atualmente, tem-se desenvolvido um novo material para realizar estabilização das paredes das cavas das fundações. Tem-se feito o uso de polímeros que tem propriedades que em contato com água formam um cola, que tem capacidade de estabilizar as paredes das cavas.

2 A vantagem do polímero em relação a bentoníta está relacionado ao descarte do material excedente do canteiro de obras. Pois a lama bentonítica é agressiva ao meio ambiente, plantas e animais, e necessitam ser depositadas em aterro especiais. Já o polímero tem um valor unitário inicial maior que o da bentonita, porém o polímero excedente das escavações pode ser tratado, que no caso é realizado por um produto que separa em duas partes, água e resíduos aglutinados, que ambos não são agressores ao meio ambiente, a água pode ser descartados nas redes pluviais e os resíduos aglutinantes se caso não forem reutilizados, podem ser depositados em aterros comuns. PAREDES DIAFRAGMA A execução de uma cortina de concreto armado, ou não, moldadas no solo em painéis sucessivos, denominada parede diafragma, com profundidades e espessuras variáveis, além de fundações estruturais de estacas barrete com o emprego de calda ou lama bentonitica, só são possíveis devido às propriedades provenientes desta, as quais desempenham funções essenciais ao sucesso da escavação e da substituição da lama pelo concreto na vala. A parede diafragma foi concebida por C. Veder e Marconi, em torno de 1938 em Milão, Itália, e sua técnica desenvolvida gerando os seus diversos tipos. O grande trunfo dessa operação reside na rapidez executiva e na maleabilidade da programação dos serviços. A técnica de escavação de valas em solo sem a entivação é possível graças às funções exercidas pelas propriedades da lama bentonitica. Funções essas que são capazes de manter a estabilidade das paredes da vala escavada querem os terrenos sejam coesivos ou não, quer haja ou não lençol freático. Isso é possível devido às propriedades, tais como: grande estabilidade da suspensão de bentonita em água, que se faz manter suspensos os detritos da escavação impedindo a sua deposição no fundo da vala; a pressão hidrostática exercida pela lama sobre as paredes da vala devido a sua maior densidade que a da água; a formação do cake, película impermeável de argila, que atua como cortina impermeável sobre as paredes da escavação, que além de evitar perdas significativas de material, cria uma cortina impermeável sobre a qual se exercerá a dita pressão hidrostática pelo fluido; a tixotropia, que é a propriedade que faz a lama comportar-se como fluido pouco viscoso quando sujeita a uma agitação forte, o que facilita o seu bombeamento, e adquirir propriedades de certa rigidez quando deixada em repouso. As técnicas de execução de cortinas de estacas de concreto armado, secantes ou tangentes, foram utilizadas durante vários anos e executadas em variados casos, para

3 resolver problemas de fundações profundas, de cortina de impermeabilização, ou de contenções de terrenos, em que a utilização de estacas-prancha cravadas não era praticável, seja por implicações econômicas ou técnicas. Ao se desenvolver as técnicas de perfuração não entubada, com a utilização de fluidos tixotrópicos, a técnica das cortinas de estacas evoluiu-se através do emprego de equipamentos de sucção ou adução (circulação inversa ou direta) dos fluidos e das máquinas de perfuração. Isso deu maior versatilidade nas formas geométricas a se escavar, possibilitando a abertura de valas contínuas a partir de furos isolados. Os tipos de paredes diafragma em que surgiram foram tais, como: Moldadas in loco, de concreto armado ou não; De concreto armado em placas pré-moldadas; Constituídas de uma mistura de cimento, bentonita e água em proporções convencionais, conhecida como coulis, formando uma parede diafragma impermeabilizante (plástica); Mista. METODOLOGIA Métodos construtivos de estacas escavadas Para a execução de uma estaca escavada com lama, são realizadas várias operações que se interligam e cada uma deve ser planejada com antecedência para que não haja imprevistos. Podemos destacar as seguintes fases bem definidas, a saber: 1- Fabricação da Lama A lama bentonítica é preparada numa instalação denominada Central de Lama, onde temos um misturador de lama, silos para armazenamento de lama nova e lama já utilizada, tanques de decantação, desarenadores, depósito de bentonita e laboratório. A mistura obtida a partir da hidratação da bentonita na proporção de 100 % de água e 2 a 6% de bontonita é denominada lama bentonítica. Antes do início da escavação é indispensável a execução de testes na lama para saber se ela está em condições de ser utilizada, tendo em vista o tipo de solo a ser atingido durante a escavação. Normalmente estes testes consistem no controle da densidade, da viscosidade, do "cake", do ph e da percentagem de sólidos na lama

4 2- Escavação Durante a fase de escavação destacam-se as seguintes operações: Colocação da camisa guia; Lançamento da tubulação de transporte da lama desde a central de lama até o local da escavação; Nivelamento da máquina de escavação; Escavação. 2.1Colocação de camisa guia As principais funções da camisa guia são as seguintes: Locar a posição da estaca a ser escavada; Guiar o equipamento de escavação; Conter o solo no trecho inicial da escavação; Posicionamento e nivelamento da máquina de escavação. Esta operação é muito importante, pois dela dependerá ou não o sucesso da execução da perfuração. A máquina de escavação deve ficar em uma posição tal que permita o seu giro do local da escavação ao local da descarga do solo trazida pela ferramenta de escavação. A máquina deve ficar bem firme no solo para evitar balanços, o que poderá acarretar danos na perfuração devido aos deslocamentos laterais da ferramenta dentro do furo. A haste suporte da ferramenta de escavação deve ficar bem na vertical para evitar desvios durante a escavação. A escavação é produzida pela penetração da ferramenta de escavação no solo e o corte pode ser feito por movimento de rotação ou movimento vertical das mantíbulas do clamshell. Na medida em que o solo vai sendo retirado é introduzida simultaneamente mais lama. É fundamental para a estabilidade das paredes que sempre seja mantido o nível da lama, dentro da escavação, o mais alto possível. Se ocorrer uma perda acentuada da lama no solo, tal que não permita manter o nível estável da lama, a escavação deverá ser interrompida para uma análise do motivo que está provocando a anormalidade constatada. Durante a operação de escavação, deve ser mantido um controle rigoroso da verticalidade da escavação. Se for constatado um início de desvio, esta deve ser mediatamente paralisada e ser executada uma raspagem com trepano apropriado, a fim de se evitar progressões no desvio.

5 A escavação deve ser levada até a profundidade prevista no projeto. Ao se atingir esta profundidade, deve ser feita uma análise do solo trazida pela ferramenta de escavação, bem como verificar o esforço despendido pelo equipamento mecânico ao cortar o solo; com a finalidade de verificar se foi atingido o material com a resistência prevista durante a fase de elaboração do projeto. 3- Lançamento das tubulações As tubulações partindo da central de lama devem ir até o local da escavação da estaca e destinam-se ao transporte da lama desde a central até o local de escavação, bem como o retorno à central da lama utilizada na escavação, onde sofrerá tratamento para o seu reaproveitamento. 4- Troca de lama Na fase de concretagem, a lama deve possuir um teor máximo de areia da ordem de 3 % em volume, tendo em vista que um teor mais elevado pode acarretar o perigo de misturar as partículas de areia contidas na lama com o concreto. Por esta razão deve ser procedida a troca da lama utilizada durante a escavação. Quando o teor de areia é elevado, costuma-se antes de proceder a troca da lama, adicionar uma solução com um afinador orgânico Spersene (solução de 25 Kg de afinador em 30 m³ de água para um volume de 70 m³ de lama) e manter a bentonita circulando para homogenizar a mistura. A troca da lama pode ser realizada de duas maneiras distintas: Com substituição: na medida em que a lama utilizada na escavação vai sendo retirada pela parte inferior, com a utilização de bomba submersa ou por processo utilizando-se "air-lift", a lama nova vai sendo introduzida no furo pela parte superior. Com circulação: a lama utilizada vai sendo retirada pela parte inferior e bombeada através de desarenadores onde por processos mecânicos a areia que se encontra em suspensão é retirada da lama. A lama então desarenada volta para a cava. Quando se utiliza a troca da lama por substituição, a lama é então bombeada para o tanque de decantação na central de lama onde deverá ser tratada para ser reaproveitada.

6 O tratamento da lama na central de lama é conhecido como desarenação.no tanque de decantação, a lama é deixada em repouso para as partículas maiores irem se depositando no fundo (decantando). Depois a lama é bombeada através de desarenadores denominados hidrociclones, onde, por centrifugação, são separadas as partículas sólidas restantes da lama. Concluída a operação da troca da lama efetua-se a limpeza de fundo da escavação para se tiver a certeza de que não houve deposição de partículas de areia no fundo da escavação. 5- Colocação da armadura A armação é fabricada utilizando barras longitudinais e estribos devidamente enrijecidos para permitir seu içamento com segurança. No detalhamento do projeto das armaduras, deve sempre ser levado em conta que a concretagem é submersa e por isso os ferros longitudinais devem ter espaçamento mínimo de 10 cm e um recobrimento mínimo de 5 cm, para que se garanta o devido recobrimento pelo concreto. No trecho central da gaiola de armação deve ser previsto um espaço de 40 a 60 cm para a descida do tubo de concretagem. 6- Concretagem O processo de concretagem utilizado na execução das estacas escavadas é o submerso, ou seja, aquele executado de baixo para cima de uma maneira contínua e uniforme. Tal processo necessita de uma técnica especial apropriada a fim de não permitir a mistura do concreto, que vai sendo lançado, com a lama existente na escavação. O processo consiste em mergulhar um tubo de concretagem-tremonhaconstituído por elementos emendados por rosca até o fundo da escavação. Para evitar que a lama que se encontra dentro do tubo se misture com o concreto lançado, coloca-se uma bola plástica no interior do tubo que, funcionando como êmbulo, expulsa a lama pelo peso próprio da coluna de concreto. O traço normalmente utilizado do concreto para o rendimento de 1 m³ é o seguinte A trabalhabilidade do concreto deverá ser verificada através do controle do Slump - abatimento do concreto. O Slump ideal deverá ser de 20 cm, permitindo-se uma variação de 19 = Slump = 25.

7 7- Reaterro e preparo da cabeça da estaca Concluída a concretagem, o trecho da estaca compreendida entre o topo da camada de concreto e o nível do terreno deve ser reaterrado, para evitar desmoronamento do trecho não concretado. O reaterro normalmente é executado com solo cimento (50 Kg de cimento para 1m³ de areia). Concluído o reaterro, a camisa guia é retirada, estando, portanto, concluídos todos os serviços relativos à execução da estaca escavada. Métodos construtivos de Paredes Diafragma As Paredes Diafragma possuem alguns passos a serem seguidos para sua execução, bem como o estudo do solo, determinação de cargas, dimensionamento e conclusão do projeto, e a execução do sistema em si. A seqüência executiva de todo o processo consiste na locação, execução da mureta guia, produção de lama bentonítica, escavação da lamela, armadura, limpeza e concretagem, a seguir: 1) Execução da mureta guia Após a locação da parede diafragma através de topógrafos, utiliza-se uma guia executada em concreto armado, denominada mureta guia (Figura 2.2). Esta é executada com profundidade de cerca de 1,0 m ao longo de toda a extensão onde futuramente será executada a parede diafragma. A principal função desta mureta é garantir a perfeita locação e prumo da parede diafragma para guiar o mecanismo durante a escavação. Sugere-se que esta parede seja executada diretamente no solo, utilizando apenas formas internas e concretadas diretamente contra o terreno. Caso seja necessário reaterro, este deve ser executado com solo/cimento (10% de cimento) compactado. O início deste processo deve ser bastante cauteloso, onde é fundamental que seja verificado o prumo à medida que a escavação progride. O nível da lama bentonítica dentro da escavação deve manter-se acima do fundo da mureta guia para evitar que, caso este esteja no nível inferior do concreto, possa haver desassoreamento devido ao atrito proveniente pela movimentação da lama.

8 2) Escavação das paredes A escavação das paredes diafragma inicia-se com a utilização de um Clam Shell e o mesmo escava pelo menos os cinco primeiros metros iniciais ou então até atingir solo impenetrável; a partir daí a escavação continua com Hidrofresa. As escavações são sempre executadas preenchendo as lamelas com lama bentonítica previamente preparada. À medida que a escavação prossegue o operador deve efetuar o controle da verticalização da Hidrofresa e os especialistas observarem o nível da lama bentonítica para que esteja sempre dentro dos limites da parede-guia. A Hidrofresa trabalha em processo contínuo de escavação e só é retirada da lamela quando atinge a cota de ponta estabelecida em projeto. Durante a execução o próprio sistema da Hidrofresa realiza a reciclagem da lama, e por esse motivo só é necessário realizar o ensaio da lama bentonítica, antes da concretagem do painel. Caso a lama não possua as características listadas, a mesma deverá ser substituída ou desarenada por meio da circulação reversa do equipamento. 3) Armação Deve-se içar a armadura através do guindaste auxiliar e colocar a mesma de forma a prever sempre a passagem para o tubo ou os tubos tremonha, cuidando para que a armadura desça suavemente dentro das paredes e que seu topo esteja na horizontal. É importante garantir uma distancia de no máximo 30 cm entre o fundo da lamela e aponta da armadura. 4) Concretagem submersa do painel Após a colocação da armadura, devem-se descer os tubos de concretagem e as chapas espelho que promovem um melhor acabamento da superfície da parede e evitam que o solo ao redor da mureta guia desmorone. O concreto é lançado dentro do painel diretamente dos caminhões betoneiras, passando pelo tudo de concretagem e tomando cuidado para que não haja interrupção da concretagem por mais de uma hora. À medida que o concreto é lançado, a lama sobe, devido a sua menor densidade, e a e mesma é bombeada para fora da lamela e estocada no silo específico.

9 RESULTADOS E DISCUSSÕES Podemos analisar, que o método de estaca escavada com lama é um método muito eficiente ao diz respeito a escavação com grande profundidade,uma vez que a lama bentonítica oferece estabilidade as paredes das valas escavadas, assim podendo atingir grandes profundidades. Este tipo de fundação é capaz de suportar altas solicitações de cargas, e é aconselhável seu uso em locais próximo a mediações visinhas, tendo menor risco de danificar a edificação visinha, não tem a mesma intensidade de ruídos e vibrações gerados por métodos de cravamento de estacas, agilidade na execução e levando em conta seu custo benefício é satisfatório. As paredes diafragmas podem ser construídas para servir como cortina impermeabilizante, ou com a finalidade de conter terrenos. Além destas, também pode servir para suportar enormes carregamentos na função de estacas barretes. Então, esta tecnologia é muito importante aos conturbados e conglomerados centros urbanos, principalmente por ser possível de ser executada sem grandes interferências no tráfego de automóveis e nas construções vizinhas já existentes nas imediações. O grande trunfo surge, portanto, das propriedades da lama bentonitica. Esta possibilita escavações rápidas de valas em quase qualquer tipo de terreno, sem que seja entivado, e seguido de concretagem, logo após ao término da escavação, sem o risco de desabamentos, caso não falte lama na vala. CONSIDERAÇÕES FINAIS PAREDES DIAFRAGMA Cuidados tomados para zelar com a estabilidade das paredes escavadas: I. É primordial executar um aterro com qualidade e compactação próprias para plataforma de trabalho; caso seja necessário executar este aterro prévio; II. Manter o nível da lama dentro da escavação acima do lençol freático, por cerca de 1,5 metros, para garantir a estabilidade das paredes da vala. Só assim, o diferencial de pressão hidrostática entre a cota superior da vala (dos muros-guia) e a da água subterrânea reinante ou percolante, garante o estabelecimento e manutenção do cake ;

10 III. Uma boa execução dos muros-guia. A grande maioria dos acidentes ocorre logo abaixo do muro-guia, especialmente por excesso de escavação ou deficiente execução destas guias; IV. Boa inspeção das características dos aterros, com um conhecimento o mais complexo possível, das suas características, construções antigas não aparentes, cavernas e canalizações ocas. Neste aspecto, há que notar que uma perda repentina do fluido de escavação pode originar acidentes muito graves, como desabamentos que podem arrastar pessoal e material operante; V. Deve-se tomar todos os cuidados para que não falte a lama bentonitica na vala escavada, para assim se manter a estabilidade das paredes da mesma. Medidas importantes a serem tomadas pelos projetistas para zelar com a estabilidade das obras vizinhas à zona a se construir: I. Deve-se obter os principais parâmetros necessários ao cálculo através de sondagens no perímetro e no interior da área a ser escavada, além das áreas exteriores de onde suspeitar de variações dignas de registro; II. Inspeção das fundações dos edifícios anexos, sua geometria ou sistema utilizado, profundidade, materiais constituintes e estado de conservação; É importante elaborar uma planta das obras anexas, suas estrutura, e materiais constituintes ou revestimentos. A existência de projetos destas obras poupará trabalho de investigação; III. Levantamento topográfico rigoroso da zona, com indicação de eventuais galerias ou dutos; IV. Estudo das deformações admissíveis nas obras vizinhas, face às suas características e estado de conservação e face, naturalmente, às várias fases de construção da nova obra.

11 REFERÊNCIAS COSTA FORTUNA. Engenharia de Fundações. Disponível em: < Acesso em: 08 de setembro de Acesso em 09 de setembro de EQUIPE DE OBRA.37.Disponível em: Acesso em 08 de setembro de GEOFIX. Disponível em: Acesso em 09 de setembro de MANCILHA. Disponível em: de setembro de UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA. Disponível em: Estacas-Sem-Desloc.pdf. Acesso em: 08 de setembro de UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA. Disponível em: Acesso em 08 de setembro de 2015.