Escavações e Escoramentos na Cidade de São Paulo: Evolução e Tendências Futuras

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1 Escavações e Escoramentos na Cidade de São Paulo: Ivan Grandis IGR Engenharia Ltda. Jaime Domingos Marzionna ENGEOS Engenharia e Geotecnia S/S Ltda. Escola Politécnica da USP Twin Cities 1

2 Evolução das escavações ao longo das quatro últimas décadas: Até década de 1960: alturas de até 3,0 m (um subsolo) Década de 1960 a 1970: alturas de até 6,0 m (dois subsolos) Décadas de 1970 a 1990: alturas de até 9,0 m (três subsolos). Décadas de 1990 a 2010: alturas de 12,0 m a 15,0 m (quatro subsolos). Tendência atual: escavações com alturas superiores a 20 m, correspondentes a edifícios com mais de seis subsolos. 2

3 Escoramentos típicos utilizados na Cidade de São Paulo Escavações com emprego de perfis metálicos em conjunto com pranchões de madeira ou pranchões pré-moldados de concreto, sendo os perfis suportados por estroncas metálicas ou por tirantes protendidos. Escavações escoradas por estacas escavadas isoladas, contíguas ou secantes, suportadas por estroncas metálicas ou tirantes protendidos. Paredes diafragma executadas com utilização de fluido estabilizante (lama bentonítica e mais recentemente polímeros biodegradáveis), suportadas usualmente por estroncas metálicas ou por tirantes protendidos. Escavações invertidas em que a própria estrutura definitiva é utilizada como elemento de suporte das paredes de contenção. 3

4 Escavações para obras Metroviárias e de Infraestrutura A partir da década de 1970, a tendência inicial foi a da construção de grandes escavações com profundidades médias de 10 m a 15m e que atingiram a altura máxima de 25 m e, excepcionalmente 30 m (sistema cut-and-cover para a construção de túneis e estações enterrados). Atualmente, face ao grande adensamento da cidade, a opção tem sido pela construção de túneis pelo sistema NATM ( New Austrian Tunnelling Method ) ou alternativamente pelos sistemas de Shield. O sistema cut-and-cover ainda é empregado para estações e para poços de emergência ou de ventilação. 4

5 Diafragma de concreto armado moldado in loco Escavações e Escoramentos na Cidade de São Paulo: Evolução dos Processos Executivos Diafragma de concreto armado moldado in loco Estação República da Linha 3 Vermelha do Metrô de São Paulo

6 Paredes constituídas por perfis metálicos sustentados por estroncas ou por tirantes protendidos Estação República da Linha 3 Vermelha do Metrô de São Paulo

7 Diafragma com implantação de peças pré-fabricadas de concreto armado. Escavações e Escoramentos na Cidade de São Paulo: Diafragma com implantação de peças pré-fabricadas de concreto armado. Execução da laje de teto do túnel do Metrô da cidade de Fortaleza (Ceará) escavado com método invertido e paredes diafragma pré-moldadas

8 Hidrofresa

9 Paredes constituídas por estacas escavadas de concreto armado separadas, tangentes e secantes. Contenção em estacas escavadas de concreto com arco de concreto projetado

10 Contenção em estacas hélice-contínua secantes

11 Contenção em solo grampeado

12 Contenção em estaca prancha metálica

13 Poço com concreto projetado em formato de 8 Execução de escavações mediante consolidação das paredes com tecnologia tipo Jet Grouting, com várias inclinações, inclusive horizontal em caso de enfilagens de túneis. 13

14 CARACTERÍSTICAS DO SUBSOLO DA CIDADE DE SÃO PAULO A cidade de São Paulo está implantada numa região onde o subsolo pode ser dividido em três grandes grupos: Regiões das cotas mais baixas da cidade em que ocorrem solos aluvionares argilosos moles ou arenosos fofos normalmente assentes sobre solos sedimentares terciários; Regiões de solos sedimentares terciários com alternância de camadas de argilas e areias que formam o que se convencionou chamar de Bacia Sedimentar de São Paulo. Regiões com topografia mais acidentada onde ocorrem solos residuais ou saprolíticos e, eventualmente, rocha alterada ou rocha sã. 14

15 Segundo Vargas (1992) a Bacia Sedimentar de São Paulo está assente sobre o embasamento cristalino de rochas graníticas ou gnáissicas, de idade geológica pré-cambriana. As camadas de solo que constituem a Bacia Sedimentar de São Paulo estão dispostas da seguinte maneira: Camadas superficiais constituídas essencialmente por argilas porosas vermelhas, entre as cotas 825 e 750. Camadas de transição constituídas de argilas rijas e duras vermelhas, amarelas e cinzas, entre as cotas 800 e 750. Camadas intermediárias de argilas rijas e areias finas e médias argilosas variegadas, entre as cotas 750 e

16 Camadas profundas abaixo da cota 725, onde podem se distinguidas: areias compactas vermelhas e cinza, particularmente no vale do rio Ipiranga (afluente do rio Tamanduateí) e argilas duras, de cor cinza e esverdeadas, típicas dos vales dos rios Tietê e Pinheiros. Areias basais, abaixo da cota 725, que possuem granulometria média a grossa e, em geral, são pouco argilosas. Entremeadas nas camadas anteriores e predominantemente entre as cotas 705 e 800, ocorrem lentes com espessuras mais significativas de concreções de limonita. 16

17 Excepcionalmente ocorrem afloramentos de solo residual provenientes da meteorização da rocha granito-gnáissica do embasamento cristalino da cidade. São solos residuais areno-argilosos que mantêm a estrutura residual da rocha mater. Afloram principalmente nos vales dos rios Tietê e Pinheiros e tipicamente no bairro de Higienópolis. A maioria das escavações das grandes obras da cidade de São Paulo tem sido executada nos solos da Bacia Sedimentar de São Paulo. Por esta razão esses solos têm merecido tanta atenção no estudo e determinação dos seus parâmetros de caracterização, resistência e deformabilidade. 17

18 Argilas porosa moles vermelha Argilas porosas médias vermelhas Argilas duras cinzaesverdeadas Areias basais Argilas e siltes variegados Argilas duras vermelhas e amarelas Solos residuais de granitognaisse LL (%) LP (%) σ p (kpa) Cc/(1+e 0 ) 0,17 0,23 0,18 0,23 0,11 0,21 0,10 0, ,16 0,28 γ nat (kn/m 3 ) c (kpa) φ ( o ) E (MPa) σ v σ v a 1000.σ v N SPT (golpes/ > 20 cm) Observações: LL = Limite de Liquidez / LP = Limite de Plasticidade σ p = tensão de pré-adensamento / σ v = tensão efetiva vertical de peso de terra Cc = índice de compressão / e 0 = índice de vazios inicial γ nat = peso específico natural c = coesão efetiva / φ = ângulo de atrito efetivo E = módulo de deformabilidade do solo N SPT = índice de resistência à penetração 18

19 EVOLUÇÃO DOS MÉTODOS DE CÁLCULO Envoltória de tensões sugeridas por Terzaghi & Peck (1967) para avaliação dos esforços solicitantes nas estroncas. 19

20 Esquema de cálculo de parede de contenção pelo método semi-empírico para uma fase intermediária de escavação. Esquema de cálculo de parede de contenção pelo método semiempírico para a fase final de escavação. 20

21 Esquema de cálculo de parede de contenção pelo método semiempírico utilizando-se molas, de acordo com a hipótese de Winkler, para simulação do solo na região da ficha. 21

22 Com o uso cada vez mais frequente dos computadores e dos microcomputadores a evolução natural foi o da utilização dos métodos de cálculos evolutivos e unidimensionais. Vários foram os programas desenvolvidos tanto no Brasil quando no restante do mundo. HIPÓTESES BÁSICAS: o solo é representado por molas que obedecem a hipótese de Winkler (cada mola é independente das demais); o comportamento das molas é elastoplástico sendo que os valores limites estão vinculados aos empuxos ativos e passivos dos solos 22

23 tanto o carregamento quanto a reação do solo na região da ficha da parede são função dos deslocamentos a que a parede está submetida. 23

24 atingido o valor limite para uma mola (tanto ativo quanto passivo) a mola continua a se deslocar sem variação da força que ela aplica ou resiste; os deslocamentos da parede de contenção em cada fase consideram o histórico dos deslocamentos ocorridos nas fases anteriores. 24

25 Esquema para o cálculo de parede de contenção por método evolutivo unidimensional. Tanto o carregamento quanto os deslocamentos em cada fase consideram os deslocamentos ocorridos na fase anterior de cálculo. 25

26 Malha de Elementos Finitos utilizada para o cálculo evolutivo bidimensional de uma parede de contenção. 26

27 INSTRUMENTAÇÃO Esquema de prisma reflexivo de estação total. Pino de recalque. 27

28 Esquema de inclinômetro. 28

29 Esquema de placa de recalque. 29

30 E s q u e m a d e u m indicador de nível d água (INA). Esquema simplificado de um piezômetro de tubo. 30

31 TENDÊNCIAS FUTURAS Evolução dos métodos de cálculo das paredes de contenção Evolução das investigações geotécnicas Evolução da instrumentação de campo Evolução dos equipamentos de construção Método de construção: direto ou invertido 31

32 OBRIGADO! Twin Cities 32

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