UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL GEOTECNIA III

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL GEOTECNIA III Aula 05 Fluxo no Solo Rebaixamento Temporário de Aquíferos Eng. Civil Augusto Romanini (FACET Sinop) Sinop - MT 2017/1

2 AULAS Aula 00 Apresentação / Introdução Parte I Fluxo no solo Aula 02 Redes de Fluxo confinado Aula 04 Erosão interna e Ruptura Hidráulica Parte II Barragens de Terra Aula 07 Elementos de Projeto Aula 09 Aspectos construtivos Parte III Taludes e Estruturas de contenção Aula 12 Estruturas de contenções Aula 14 Cortinas de Contenção Aula 01 Fluxo no solo Aula 03 Redes de Fluxo não confinado Aula 05 Rebaixamento Temporário de Aquíferos Aula 06 Barragens Aula 08 Instrumentação de barragens e análises Aula 10 Pequena Barragem de terra Pré Projeto Aula 11 Técnicas de estabilização de encostas Aula 13 Escoramento Provisório Aula 15 Cortinas Atirantadas 08/05/2017 Fluxo no solo 2

3 INTRODUÇÃO SISTEMAS PARA REBAIXAMENTO DO NÍVEL DE ÁGUA 08/05/2017 Fluxo no Solo 3

4 Introdução A adoção de um controle da água subterrânea facilita a construção de estruturas enterradas sob o nível d'água, na medida em que: 1. Intercepta a percolação de água que emerge nos taludes ou fundo de escavações. A água prejudica grandemente os processos construtivos e pode ser fator impeditivo ou de considerável aumente de custos de uma construção enterrada. 2. Aumenta a estabilidade de taludes e evita o carreamento hidráulico do solo deste talude e do fundo de escavação. 3. Reduz a carga lateral emestruturas de escoramento e contenção. 4. Melhora as condições de escavação e reaterro. Escavações submersas são sempre mais lentas e dispendiosas. 5. Elimina ou reduz a necessidade do emprego de ar comprimido em túneis. 6. Permite manter basicamente inalteradas as condições de suporte do terreno localizado subjacentemente ao apoio da estrutura a ser construída. Existem duas maneiras de realizar o controle da água subterrânea no solo. Um, denominados de métodos de exclusão serão tratados futuramente, nas estruturas de contenção. Este métodos consistem basicamente em realizar a separação do fluxo de água e o procedimento de escavação, excluindo assim a água da barreira física imposta. A outra metodologia consiste da interceptação e remoção da água de subsuperficie, através de um bombeamento apropriado. Este bombeamento pode ser realizado através de ponteiras filtrantes ou poços filtrantes. Esta segunda opção tem o objetivo de alterar a posição do nível de água, que será o foco desta aula. Ou seja trataremos do controle do nível de água, ou simplificadamente rebaixamento. É importante lembrar que a utilização de uma técnica não exclui a utilização da outra. 08/05/2017 Fluxo no Solo 4

5 Introdução Conceitos Fatores que influenciam na Escolha do Sistema de Rebaixamento do Lençol D'água I - Tipo de obra: Para escavações rasas e rebaixamento de até 5-6 m do lençol d'água, deve-se adotar um sistema convencional de ponteiras filtrantes. Para rebaixamentos maiores, em locais exíguos, deve-se prever um sistema de poços profundos através de bombas submersas (para grandes volumes d'água) ou de injetores (para volumes menores). II - Condições de subsuperficie: A formação geológica e a natureza do subsolo são determinantes na escolha do sistema de rebaixamento. A permeabilidade e a drenabilidade de um solo ou uma rocha podem definir o sistema de rebaixamento a ser utilizado. 08/05/2017 Fluxo no Solo 5

6 Introdução Conceitos III - Altura de rebaixamento x quantidade de água a ser bombeada: À medida que se aumenta a altura de rebaixamento, caminha-se, em geral e sucessivamente, da captação superficial à necessidade de ponteiras e daí para poços profundos. Para tanto, é essencial a avaliação, com folga, da quantidade de água que fluirá para o interior da escavação IV - Efeito do rebaixamento em estruturas adjacentes: pelo fato de o rebaixamento induzir uma diminuição das pressões neutras, sobrevém um correspondente aumento de pressões efetivas e podem ocorrer recalques indesejáveis em estruturas localizadas nas vizinhanças, ou mesmo a grandes distâncias (digamos, 50 a 100 m). Os recalques são mais frequentes quando existem construções leves apoiadas em argila mole ou turfa, superficiais, sobrejacentes a aquíferos muito permeáveis, lista possibilidade deve ser analisada pelo projetista, a quem caberá a recomendação da colocação de pinos de recalque nos vizinhos, selamento de trincas e fissuras existentes e eventuais medidas jurídicas cabíveis. Mais recentemente, há a crescente preocupação de natureza ambiental; V - Natureza do aquífero e fontes de percolação ( natureza da água) 08/05/2017 Fluxo no Solo 6

7 Introdução Conceitos Na esmagadora maioria dos casos há a necessidade do rebaixamento temporário do lençol d'água, sendo o sistema de rebaixamento ligado imediatamente antes da execução da escavação e desativado logo após, no entanto isto cabe ao projetista e ao tipo de estrutura a qual está condicionado o rebaixamento. Há, todavia, uma condição intermediária, em geral relacionada com alívio das subpressões neutras ou do controle do seu efeito na construção. Neste caso, o rebaixamento é ativado muito antes e desativado muito após o término da estrutura enterrada, por exemplo quando a garagem de um edifício foi terminada e o rebaixamento deva ser mantido até que a estrutura fique progressivamente mais pesada para se evitar a flutuação. Um outro exemplo é o da possibilidade de ruptura hidráulica ou levantamento do fundo da escavação (blow-up), em que o lençol deve ser mantido rebaixado por um período muito mais longo do que o cronograma estrito de construção. Nos casos em que o nível d'água deva ser mantido permanentemente rebaixado, os requisitos não são diversos e apenas há que se aumentar a durabilidade do sistema e de seus controles, de forma a permitir a perenidade de operação. Os circuitos hidráulicos, controles elétricas, alarmes de interrupção etc. devem ser projetados em duplicidade ou multiplicidade. Analogamente, os sistemas de filtros granulares mais canalizações devem prever a possibilidade de corrosão ou de incrustações de águas ou efluentes, respectivamente quando o PH destas águas é ácido ou básico. Deve também ser contemplada a possível ocorrência de algas ou bactérias que possam alterar as condições iniciais previstas. Sempre deve haver redundância. 08/05/2017 Fluxo no Solo 7

8 Bombeamento direto O bombeamento direto, também denominado de esgotamento de vala é a técnica mais simples. O sistema consiste em coletar água em valas executados no fundo da escavação, ligadas a um ou mais poços onde a água é acumulada e posteriormente retirada através de bombeamento. A escolha das bombas é feita com base na experiência ou cálculos de hidráulica. Urbano ( 2007) afirma que este tipo de bombeamento pode se tornar inadequada quando a escavação for realizada utilizando cortinas impermeáveis e ocorrem gradiente hidráulicos alto. A ocorrência de gradientes hidráulicos altos podem ocasionar ruptura de fundo da escavação e como consequência um acidente de trabalho ou atraso na execução. Quanto ao bombeamento recomenda se observar se está ocorrendo carreamento de partículas. Este carregamento de partículas pode gerar recalques em estruturas vizinhas ou sistemas de infraestrutura urbana. 08/05/2017 Fluxo no Solo 8

9 Bombeamento direto 08/05/2017 Fluxo no Solo 9

10 Bombeamento direto São elementos que captam as águas distantes da face do talude antes que nela aflorem. Ao captálas, eles as conduzem ao paramento e as despejam nas canaletas. Os drenos subhorizontais profundos, DHPs, resultam da instalação de tubos plásticos drenantes de 1¼" a 2", em perfurações no solo, de 2½ a 4". Os tubos são perfurados e recobertos por manta geotêxtil ou por tela de nylon. São drenos lineares embutidos no maciço, cujos comprimentos se situam, normalmente, entre 6 e 18 m. 08/05/2017 Fluxo no Solo 10

11 Bombeamento direto 08/05/2017 Fluxo no Solo 11

12 Bombeamento direto I. Executa se valetas de crista para coleta das águas de chuva. II. Excuta se, no contorno da escavação, uma vala profunda até a camada impermeável e instalam se bombas de recalque. III. As bombas começam a funcionar extraindo a água do maciço a ser escavado. IV. Escava se o maciço e mantem se a proteção dos taludes. V. Continua se a escavação até se atingir a cota necessária ou região impermeável. As bombas continuam funcionando para evitar a surgência de água. Situação comum em obras de pequeno e médio porte. Ou área pequenas para escavação. 08/05/2017 Fluxo no Solo 12

13 Bombeamento direto 08/05/2017 Fluxo no Solo 13

14 Ponteiras filtrantes O sistema de ponteiras filtrantes é caracterizado pela instalação, ao longo da periferia da área a rebaixar. O sistema constitui se de uma tubulação principal de diâmetro de 4 e com diversas tomadas de água com diâmetro de 1 e ¼ ou 1 e 1/2, espaçadas de 0,80 m e 1,20, e alguns casos utilizam se 2,00 m, sendo este espaçamento condicionado ao tipo de solo. Estas tomadas de água são denominadas ponteiras filtrantes ( Well points). A ligação das ponteiras com o tubo principal é realizada através de mangueiras com um sistema de registro que impede o fluxo ou permite realizar trocas e manutenções sem a necessidade de interromper todo o sistema. O sistema ainda conta com um sistema composto por conjunto de recalque 08/05/2017 Fluxo no Solo 14

15 Ponteiras filtrantes 08/05/2017 Fluxo no Solo 15

16 Ponteiras filtrantes 08/05/2017 Fluxo no Solo 16

17 Ponteiras filtrantes Na prática as ponteiras, medem de 3 a 4 metros de comprimento efetivo. No total são 6 metros mas os 2 metros que sobram são utilizados no sistema de registro e drenante. Dessa forme se o rebaixamento do lenço for superior a 4 metros, deve se realizar o rebaixamento em etapas ( estágios) para que se realize o rebaixamento de maneira efetiva e segura. 08/05/2017 Fluxo no Solo 17

18 Injetores e Ejetores O sistema de rebaixamento utilizando injetores e ejetores é apresentado nas imagens abaixo: 08/05/2017 Fluxo no Solo 18

19 Injetores e Ejetores Neste sistema de rebaixamento, são executados poços com 25 a 30 cm de diâmetro e profundidades de até 40 m, no interior dos quais se instalam os injetores. O espaçamento entre esses poços varia de 4 a 8 m. O sistema funciona como um circuito semi fechado em que a água é injetada por uma bomba centrífuga através de uma tubulação horizontal (tubo distribuidor geral) que possui saídas onde se ligam os tubos de injeção que conduzem a água sob alta pressão ( 7 a 10 atm), até o injetor, instalado no fundo do poço. A água injetada atravessa o bico Venturi do injetor e é acrescida pela água que é aspirada do solo subindo por outro tubo (de retorno) com diâmetro ligeiramente superior ao de injeção, até a superfície. Os tubos de retorno estão acoplados a outra tubulação (coletor geral), instalada paralelamente ao distribuidor geral, e que conduz a água até uma caixa de água. As pressões de retorno da água são da ordem de grandeza de 10% das pressões de injeção e o nível de água na caixa é mantido constante, sendo o excesso (aquela que foi aspirada do solo e a que se perde no sistema) conduzida para fora da obra. 08/05/2017 Fluxo no Solo 19

20 Injetores e Ejetores 08/05/2017 Fluxo no Solo 20

21 Bombas submersas Este sistema de rebaixamento é empregado nos mesmos casos de injetores, porém quando se necessita maiores vazões por poço ou maiores profundidades. Neste caso utilizam-se bombas submersíveis instaladas dentro de um tubo-filtro. O acionamento e desligamento da bomba em cada poço é feito automaticamente por eletrodos ligados ao motor da mesma que são acionados pelo contato com a água. Todas as bombas utilizadas no rebaixamento são ligadas a um painel de controle elétrico que deve conter, além dos dispositivos normais de operação (sistema de controle dos eletrodos, de fornecimento de energia e de proteção do motor elétrico), dispositivos especiais de controle e desempenho das bombas (voltímetro, amperímetro, etc), que permitam detectar, de maneira rápida, problemas em qualquer bomba, visto que as mesmas são equipamentos de custo relativamente elevado. As bombas disponíveis no nosso mercado são do tipo turbina, de 10cm de diâmetro mínimo, dotadas de vários rotores (bombas de múltiplos estágios), que necessitam de tubo-filtro com diâmetro interno da ordem de 20cm, recomendando-se, portando, poços com cerca de 40 a 60cm de diâmetro. Este valor está condicionado pelo diâmetro do tubo-filtro (não inferior a 20cm para bombas com 10cm de diâmetro) e pelo espaço anelar cuja espessura não deve ser menor que 7,5 a 10cm. 08/05/2017 Fluxo no Solo 21

22 Bombas submersas 08/05/2017 Fluxo no Solo 22

23 REFERÊNCIAS HACHICH, W. ET AL (ED.). FUNDAÇÕES, TEORIA E PRÁTICA. SÃO PAULO: PINI, 751P, MASSAD, F. Obras de terra Curso básico de geotecnia. São Paulo, SP. Oficina de textos, 215p,2010 GERSCOVICH, D.M.S. Fluxo em solos saturados. Rio de Janeiro, RJ. Departamento de Estrutura e fundações.faculdade de Engenharia. Notas de Aula.169p, /05/2017 Fluxo no Solo 23

24 Obrigado pela atenção. Perguntas? 08/05/2017 Fluxo no Solo 24

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