INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO MESTRADO AVANÇADO EM CONSTRUÇÃO E REABILITAÇÃO CADEIRA DE CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS ENTIVAÇÕES PROVISÓRIAS

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1 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO MESTRADO AVANÇADO EM CONSTRUÇÃO E REABILITAÇÃO CADEIRA DE CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS ENTIVAÇÕES PROVISÓRIAS Jorge de Brito Outubro de 2002

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3 ÍNDICE 1. Introdução 1 2. Soluções de entivação Considerações gerais Condicionantes à execução de escavações e taludes Legislação aplicável Exigências funcionais Comportamento estrutural Equipamento utilizado na escavação Equipamento manual Equipamento industrial Tipos de entivação 9 3. Entivações tradicionais Execução de valas Processo construtivo Drenagem Conhecimento do terreno e condicionantes Valas em terreno coerente Valas em terreno pouco coerente Escavação por degraus ou telescópica Escavação entivada com betão Escavação a céu aberto para construção de caves Entivações tradicionais melhoradas Entivação com módulos de escoramento Estacas de calha Entivações não-tradicionais Sistemas por projecção de argamassas / betões Sistemas para obras em rios e lagos Mangas de borracha Tela impermeável 37

4 6. Conclusões finais Bibliografia 41

5 ENTIVAÇÕES PROVISÓRIAS 1. INTRODUÇÃO Associadas às construções enterradas e às escavações respectivas, existem técnicas de entivação / contenção de taludes de terras (verticais ou inclinados) de carácter eminentemente provisório, cuja função se esgota após a execução dos elementos estruturais enterrados, pelo que são removidas e o terreno é aterrado. Trata-se de soluções necessariamente baratas, já que o período de rentabilização é muito curto (da ordem dos poucos meses), pelo que a sua sustentação é conseguida por encastramento de elementos verticais no solo, por escoramento ao solo com elementos oblíquos ou por escoramentos de uma das faces entivadas directamente para a outra., mas sem recurso por exemplo a ancoragens. Outra característica comum às soluções tratadas neste documento é o nível relativamente baixo dos esforços introduzidos pelas terras, de onde resulta que a profundidade e/ou a largura das escavações não será em geral muito grande. Embora se pudesse designar, à primeira vista, estas soluções como tradicionais, não se tomou essa opção já que às soluções tradicionais (das quais as mais clássicas são exclusivamente em madeira) se adicionaram algumas outras em que as técnicas construtivas e/ou os materiais são distintamente não tradicionais. Este documento pretende servir de apoio aos alunos do Mestrado Avançado em Construção e Reabilitação do Instituto Superior Técnico na. Foca parte do capítulo dessa mesma cadeira dedicado às contenções periféricas, neste caso não integradas em qualquer estrutura definitiva. O documento aborda fundamentalmente a descrição das soluções existentes e dos processos construtivos associados às entivações de carácter provisório, excluindo no entanto soluções 1

6 como as cortinas de estacas-prancha e as paredes de Berlim, por se encontrarem tratadas noutros documentos [1] [2]. A elaboração deste documento não resultou de investigação específica sobre o tema efectuada pelo seu Autor mas sim de alguma pesquisa bibliográfica e de monografias escritas realizadas por alunos do Instituto Superior Técnico, tanto no Mestrado em Construção como na Licenciatura em Engenharia Civil. Assim, muita da informação nele contida poderá também ser encontrada nos seguintes documentos, que não serão citados ao longo do texto: Jorge Sequeira, Entivações Provisórias, Monografia apresentada no Mestrado em Construção, Instituto Superior Técnico, 2001, Lisboa; Rui Arco, Sílvia Mendes, Bruno Semedo e Ana Mendonça, Soluções de Entivação / Contenção Provisória, Monografia apresentada na Licenciatura em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, 2000, Lisboa. 2

7 2. SOLUÇÕES DE ENTIVAÇÃO 2.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS Uma entivação é uma contenção provisória que suporta os impulsos do terreno durante a escavação, impedindo o desmoronamento do mesmo. Pode ser realizada em madeira, aço ou betão. A execução de trabalhos no subsolo que abrangem um âmbito tão vasto como a instalação de infra-estruturas, algumas fundações, contenção de taludes e execução de trincheiras e túneis exige o recurso a soluções de contenção que, não sendo integradas com carácter definitivo na obra a executar, são imprescindíveis quer por motivos de exequibilidade e facilidade de execução da obra em si, quer por motivos de segurança dos seus executantes. De facto, são frequentes os acidentes de relativa gravidade que ocorrem nas obras de contenção. Isso acontece, ou por má resolução dos problemas que aparecem aquando da execução da contenção, ou por inadequação da estrutura de entivação ao terreno contido e/ou à profundidade da escavação, ou ainda por falta da própria estrutura de contenção. A prática de utilização destes meios estende-se bastante para além do meio da construção civil, abrangendo as áreas da arqueologia, indústria mineira, aterros sanitários, etc.. Sendo a sua utilidade normalmente apenas temporária, poucos desenvolvimentos houve na sua prática à excepção das tentativas de acelerar o seu tempo de execução e de tornar reutilizável o material nelas empregue CONDICIONANTES À EXECUÇÃO DE ESCAVAÇÕES E TALUDES A execução da maioria das entivações provisórias, particularmente as tradicionais, não é objecto de um projecto ou cálculo. No entanto, apenas a dimensão deste tipo de obra difere, na maioria dos casos, de outro tipo de obras de contenção para as quais o cálculo da estrutura é inquestionável. Assiste-se sistematicamente a atrasos em obras, acréscimo de custos na sua execução por aluimento de terras ou mesmo acidentes que poderiam ser contornados e evitados caso não tivesse existido negligência na execução de entivações, algumas vezes por 3

8 simples descuido e ignorância, outras pela tentativa de poupar nos custos de execução da obra. Qualquer vala ou escavação superior a 1.50 m de profundidade deverá ser entivada independentemente do tipo de terreno. A partir de 3.00 m de profundidade de escavação, a entivação deveria ser objecto de um projecto de entivação com base em ensaios feitos in-situ que caracterizem convenientemente o solo em que esta vai ser executado [3]. Os ensaios poderão ser do tipo SPT ou DPL. Será fulcral para determinar o processo a adoptar na entivação a informação sobre a coesão do terreno e o nível freático. De igual forma, é determinante prever o tempo de serviço da entivação, pois ainda que provisória, os trabalhos a realizar podem ter prazos de realização previstos que oscilarão desde meros dias, para a reparação ou colocação de uma conduta (Fig. 1, à esquerda), até vários meses, para a execução de alguma estrutura no subsolo (Fig. 1, à direita), sendo que os prazos alargados passarão com toda a probabilidade para além da estação seca colocando as águas provenientes das chuvas novas solicitações à entivação adoptada, que em tempo útil deverão ter sido tidas em conta. Fig. 1 - Entivação de curta duração (vala para instalação de conduta, à esquerda) e de média duração (galeria para nascença das abóbadas do túnel do metropolitano, à direita [4]) Outro factor de condicionamento das entivações poderão ser os obstáculos que, ou à margem das valas ou mesmo dentro da escavação, terão de ser mantidos na sua posição e em serviço 4

9 durante o período da obra (Fig. 2), sendo as cargas e impulsos nesta zona da entivação condicionadas pelo peso e fundação destes mesmos objectos. Estes obstáculos deverão ser objecto em si de um processo de entivação que garanta a sua integridade até ao final dos trabalhos e assegure a segurança dos trabalhadores durante esse mesmo período. De igual modo se deverá proceder em escavações perto de edifícios com fundações pouco profundas, onde seja previsível a redução do bolbo de pressão das suas fundações por remoção do terreno adjacente às mesmas. Note-se que nestes últimos casos existem processos de entivação, tanto provisórios como definitivos, que provavelmente serão uma alternativa mais segura tanto do ponto de vista construtivo como para protecção dos próprios objectos construídos e de mais fácil execução recorrendo por vezes a menor mão-de-obra como são o caso dos muros de Berlim ou o recurso a microestacas para fundar edificações contíguas a níveis inferiores ao da escavação. Fig. 2 - À esquerda, caixa de electricidade na via pública e, à direita [4], monumento aos combatentes da guerra de Deve ser também tida em conta, antes de se iniciarem os trabalhos, a possibilidade de interferência da envolvente na estabilidade das paredes da escavação. Caso exista na proximidade uma fonte de vibrações como sejam estradas ou caminhos-de-ferro, ou se preveja a necessidade de utilizar equipamento que, pelo seu peso ou modo de funcionamento, possa perturbar o equilíbrio do solo, devem ser tomadas medidas cautelares para assegurar a resistência dos elementos do escoramento LEGISLAÇÃO APLICÁVEL 5

10 O elevado número de acidentes originados por falta ou deficiente entivação levou à criação de um conjunto de normas denominadas por Normas de Projectos de Escavação e Contenção Periférica. Estas normas visam apoiar a elaboração do Projecto de Escavação e Contenção Periférica. O novo regime referente ao licenciamento de obras particulares (Decreto-Lei 250/94 de 15 Outubro) estabelece a obrigatoriedade de entrega nas Câmaras Municipais deste projecto. As normas encontram-se divididas em quatro capítulos: 1. Introdução; 2. Documentação de ordem legal / administrativa; 3. Memória descritiva e justificativa - dimensionamento; 4. Peças desenhadas. Estas normas ainda não se encontram na sua fase definitiva, apesar de a Câmara Municipal de Lisboa recomendar o seu cumprimento. Usualmente, respeitam-se os seguintes pressupostos: em escavações até 1.20 m, pode dispensar-se entivação consoante a consistência do terreno; em solos de rocha ou argila dura, pode prescindir-se de entivação; em caso algum, devem ser deixadas as terras retiradas do interior da escavação na periferia desta, pois vão sobrecarregar o solo e, consequentemente, aumentar os impulsos sobre a contenção; para impedir que os materiais ou objectos caiam dentro da escavação, pondo em risco os trabalhadores, deve-se colocar um resguardo a limitar o bordo superior do talude. Para garantir a segurança das exaustivamente com frequência. estruturas de entivação, estas devem ser inspeccionadas 2.4. EXIGÊNCIAS FUNCIONAIS Na execução duma estrutura para contenção duma escavação, é preciso assegurar a estabilidade da estrutura de suporte e do maciço envolvente e acautelar que os deslocamentos 6

11 associados à escavação não ocasionam danos nas estruturas e infraestruturas próximas. No Quadro 1, são apresentadas as principais exigências funcionais relativas às contenções periféricas. Quadro 1 - Exigências funcionais das contenções periféricas EXIGÊNCIAS DE Exigências estruturais Segurança à rotura perante Rotura do solo SEGURANÇA solicitações regulamentares Rotura do fundo da escavação Segurança à deformação perante solicitações regulamentares Segurança à fendilhação perante solicitações regulamentares Fluidificação do fundo da escavação EXIGÊNCIAS DIMENSIONAIS Exigências de geometria e material constituinte Adequação à duração da escavação Adequação à profundidade da escavação Adequação à geologia do terreno Existência de construções vizinhas Presença de nível freático Outros EXIGÊNCIAS DE Exigências de DURABILIDADE resistência durante o período da escavação Exigências de resistência aos produtos químicos do terreno EXIGÊNCIAS DE ECONOMIA 2.5. COMPORTAMENTO ESTRUTURAL As solicitações a ter em conta no dimensionamento de uma estrutura de suporte são: impulsos activo e passivo; 7

12 interacção solo-estrutura; pressão hidrostática; acção climática; cargas e sobrecargas; reacção de tirantes ou escoramentos, caso existam; acção sísmica. As estruturas de contenção dividem-se em dois grandes grupos. As estruturas rígidas têm movimentos de corpo rígido. As estruturas flexíveis apresentam deformabilidade suficiente para que as pressões do terreno que suporta se alterem em distribuição e grandeza devido a essa deformabilidade. Nas estruturas flexíveis, ao se considerar a hipótese de corpo rígido, obtêm-se uns esforços na estrutura superiores aos reais. Assim, a solução tornar-se-ia inviável a níveis estrutural e económico. As estruturas de contenção provisória usuais têm um comportamento de estrutura flexível. Em geral, as escavações que recorrem a estruturas de contenção são calculadas com diagramas de pressão. Estes correspondem às envolventes dos esforços que se exercem nos diferentes apoios durante as sucessivas fases de execução e não definem os impulsos reais, mas sim os equivalentes para cálculo EQUIPAMENTO UTILIZADO NA ESCAVAÇÃO O equipamento utilizado na escavação pode, para além do equipamento manual, compreender equipamento industrializado como retro-escavadoras e giratórias que dispõem de uma série de acessórios que permitem, além de abrir valas de diversas larguras, também o desmonte de zonas de rocha através de martelos hidráulicos. Existem ainda equipamentos de escavação contínua e drag-lines que permitem a escavação de maiores extensões em menor tempo Equipamento manual Este tipo de equipamento (Fig. 3, à esquerda), apesar de menos utilizado hoje em dia, continua a ser necessário para a limpeza do funda da vala ou escavar no sopé de painéis, etc.. 8

13 Às desvantagens de geralmente representarem processos morosos para alguns tipos de trabalho têm como contrapartida o seu fácil manuseamento e a capacidade de serem utilizados em espaços muito restritos. Na execução de entivações tradicionais, são também necessárias ferramentas de carpintaria: serrotes, martelo, goivas, etc Equipamento industrial Procurando tirar partido das capacidades das máquinas, existem diversos modelos de máquinas de escavação (Fig. 3, ao centro), aos quais podem ser adaptados martelos hidráulicos, garfos para elevação de materiais, etc., tornando este tipo de máquina muito versátil e possibilitando a sua utilização na maioria das operações de entivações por painéis modulares. A possibilidade de se utilizar apenas um tipo de máquina representa uma maior economia de recursos. Para além deste tipo de máquinas, foram desenvolvidos para as entivações acessórios de cravação hidráulicos ou pneumáticos que possibilitam, sobretudo na cravação de pranchas (Fig. 3, à direita), um muito maior rendimento na execução de cortinas. Existem para trabalhos específicos máquinas especializadas, como os assentadores de tubos ou os abrevalas de tapete contínuo que, em casos onde se preveja a possibilidade da sua aplicação extensiva, podem diminuir substancialmente os tempos de execução. Fig. 3 - Da esquerda para a direita, picareta, escavadora de rastos, drag-line, scrapper, assentador de tubos e martelo de estacas hidráulico 2.7. TIPOS DE ENTIVAÇÃO As entivações podem distinguir-se pelo seu método construtivo ou pela função que 9

14 desempenham (Quadro 2). Quadro 2 - Tipos de entivação provisória Tipo Método construtivo Função desempenhada Entivações Elementos em contacto com o terreno em Escavações de valas ou galerias a tradicionais madeira escorados com elementos do céu aberto (em desuso) de mesmo material carácter sempre temporário Entivações Elementos em contacto com o terreno em Escavações de valas ou galerias a tradicionais madeira, metálicos ou outros, prés céu aberto de carácter melhoradas fabricados por elementos ou todo o maioritariamente temporário istema com escoras metálicas de fixação ainda com possibilidade de mecânica ou hidráulica utilização perene Entivações Elementos pré-fabricados ou pré-doseados Escavações em vala, talude ou nãotradicionais constituídos por polímeros, argamassas parede vertical, de serviço hidráulicas ou sintéticas e sistemas para temporário ou de utilização construção de obras públicas de aplicação definitiva por incorporação na específica. (estacas-prancha, muros de estrutura ou adjuvados por outras Berlim, cambotas, caixões, etc.) técnicas de entivação Substituição da entivação por outro método Métodos de furação ou escavação dirigida e manobrada do exterior que prescindem de entivação temporária ou executam em simultâneo a entivação definitiva 10

15 3. ENTIVAÇÕES TRADICIONAIS Utilizadas nas intervenções mais simples, onde é necessária uma solução expedita, não se pretendendo atingir profundidades muito elevadas, as entivações tradicionais eram originalmente constituídas exclusivamente por elementos de madeira, recorrendo-se posteriormente a elementos metálicos (sobretudo no escoramento) e ao betão. Em contacto directo com o terreno, colocam-se tábuas de solho, com 20 a 65 mm de espessura, colocadas na horizontal (Fig. 4) ou na vertical (Fig. 5) consoante o método de entivação adoptado em função das características do terreno. As tábuas (de madeira sem nós por estes se constituírem em pontos de maior fragilidade) são por sua vez sustidas por esquadros, também de madeira, cujo afastamento é determinado pela coesão do solo tendo estes a função de distribuir as cargas e impulsos pelas escoras. Os esquadros são normalmente constituídos por barrotes de secção não inferior a 22 x 8 cm e compõem-se de elementos verticais de reforço das pranchas e de travamentos horizontais, sendo estes preferencialmente elementos de secção circular o que torna a sua rigidez independente da geometria da secção e do seu posicionamento na vala (note-se que estão sujeitos a cargas aleatórias para além daquelas directamente dependentes do terreno como sejam o apoio de trabalhadores e de algum material de trabalho). Em função do tipo de rotura previsível para o terreno, assim deverão as pranchas ser cravadas abaixo do nível da soleira da escavação para evitar um potencial deslizamento circular. Alguma da tecnologia utilizada nas entivações tradicionais é semelhante, em termos de princípio de funcionamento, à empregue actualmente nas entivações por estacas-prancha metálicas, tendo este método tradicional sido praticamente substituído por esta última solução visto existirem actualmente métodos de cravação (hidráulicos ou por percussão) que aumentam significativamente o rendimento do trabalho com estacas-prancha, além de existir uma maior garantia de estanqueidade e de reutilização dos elementos de entivação na utilização de pranchas metálicas do que aquela que poderá ser atribuída aos painéis de madeira. As estacas-prancha tendem no entanto a ser cravadas até um estrato impermeável para se formar uma ensecadeira caso que nem sempre é pretendido com as entivações de madeira, estando estas bastante mais limitadas no seu comprimento. 11

16 Plinto Berma Tábua Escora Montante Cunha Fig. 4 - Esquema geral de vala entivada com tábuas na horizontal Escora Longarina Prancha Calço Suporte Pendural Cunha Fig. 5 - Esquema geral de vala entivada com tábuas na vertical ( entivação fechada) Quando a entivação é feita de forma em que os elementos em contacto com o terreno sejam dispostos na horizontal (Fig. 4), estes são normalmente designados por tábuas e apresentam uma espessura de 20 a 50 mm. Neste caso, os elementos de reforço dispostos na vertical imediatamente em contacto com as tábuas designam-se por montantes, sendo denominados escoras os elementos horizontais que ligam painéis de paredes opostas. 12

17 Já no método de entivação em que os elementos em contacto com o terreno sejam dispostos na posição vertical (Fig. 5), o que regra geral costuma ser adoptado em terrenos menos coesivos ou com presença de água, estes elementos podem atingir espessuras maiores, até 65 mm, e designam-se por pranchas, sendo que apresentam regularmente um maior comprimento que o das tábuas anteriormente referidas podendo atingir os 6 m. Neste caso, adopta-se a nomenclatura de quadros para o conjunto de elementos de travamento os quais consistem em prumos longitudinais dispostos na horizontal e espaçados em altura designados por longarinas, sendo os elementos horizontais que ligam uma longarina à longarina oposta igualmente designados por escoras (estas são dimensionadas em função do seu comprimento - Fig. 6 - sendo fundamental a garantia de que as cargas são transmitidas das longarinas às escoras com uma excentricidade limitada). Os quadros são unidos de um nível para o outro através de suportes de grande secção que terão a função de resistir à compressão e por pendurais, que terão a função de resistir à compressão, estes formados por tirantes metálicos. Fig. 6 [3] - Ábaco para dimensionamento das escoras 3.1. EXECUÇÃO DE VALAS As escavações entivadas deverão ser adaptadas ao terreno em que se irão executar, sendo por isso necessário mobilizar tantos mais meios e reforçar tanto mais a entivação quanto menos 13

18 coesivo for o terreno e quanto mais alto for o nível freático. Em função do terreno, optar-se-á por uma entivação aberta (Fig. 7, à esquerda e ao centro) ou fechada (Fig. 7, à direita) [5]: a primeira, em que as pranchas ou tábuas de solho estão espaçadas umas das outras tirando partido do efeito de arco para absorção dos impulsos e deixando partes da parede da escavação por recobrir; a segunda, com tábuas ou pranchas contíguas umas às outras formando um painel de calafetagem se existir um nível freático elevado relativamente à soleira da escavação (entivação fechada). Fig. 7 - Entivação aberta com tábuas na vertical (à esquerda), entivação aberta com tábuas na horizontal (ao centro) [3] e entivação fechada com tábuas na vertical (à direita) [3] No caso de certeza de percolação de água, utilizar-se-ão painéis de pranchas de madeira macheadas cravadas na vertical, à semelhança das estacas-prancha, cuja assemblagem se torna num auxiliar à impermeabilização da parede de contenção, evitando o arraste de finos do terreno exterior à escavação. Existe ainda uma hipótese intermédia, se bem que bastante artesanal, que consiste em empregar uma técnica de calafetagem semelhante à praticada na construção naval de madeira, cravando estopa entre os topos das tábuas contíguas. Esta técnica é porém morosa, logo dispendiosa, e caiu em desuso Processo construtivo A execução das valas entivadas inicia-se com a limpeza do terreno superficial. Deve ser 14

19 deixada em torno da boca da vala uma zona de berma de, pelo menos, 0.40 m para circulação do pessoal. Prossegue-se com a escavação da vala até ao limite que o terreno permitir, 0.80 a 1.20 m no máximo e colocam-se as tábuas, cada uma delas com um quadro nos extremos, não excedendo as consolas a dimensão de 0.25 m. As escoras são colocadas entre os montantes dos quadros e apertadas com cunhas. Havendo necessidade, prossegue-se a escavação abaixo da zona entivada, repetindo-se o processo. As tábuas devem ser encastradas no terreno abaixo do nível da soleira entre 12 e 30 cm e a soleira devidamente compactada para execução dos trabalhos. Para além do processo construtivo, há que garantir no interior da vala espaço suficiente para a laboração (como se verá mais adiante, em função do tipo de terreno e do espaço existente para efectuar os trabalhos, pode optar-se por um tipo de solução construtiva). Para tal, é usual adoptarem-se as seguintes medidas empíricas: até 1 m de profundidade -----; até 1.50 m de profundidade 0.65 m de largura; até 2.00 m de profundidade 0.75 m de largura; até 3.00 m de profundidade 0.80 m de largura; até 4.00 m de profundidade 0.90 m de largura; mais de 4.00 m de profundidade 1.00 m de largura. De seguida, enumeram-se algumas tipologias que poderão ser adoptadas para a execução de valas (Fig. 8) [5]: talude natural - pode ser adoptado quando exista espaço suficiente à superfície para formar a pendente adequada; existe sempre o perigo de deslizamentos pontuais e arrastamento de terras devido à água da chuva; talude entivado - é normalmente adoptado para escavações rápidas com alguma profundidade; o terreno deve apresentar boa coesão, uma vez que é normalmente executado em vala aberta; utiliza-se também em escavações de rocha onde exista perigo de desmoronamentos pontuais; 15

20 vala entivada e talude - utiliza-se para evitar escoramentos cuidados e em grande altura quando existe espaço à superfície; o aumento de coesão do terreno em profundidade pode também justificar a adopção desta técnica; vala entivada - processo utilizado com diversas variantes a determinar em função do terreno; é a forma mais comum de execução de valas, sobretudo em zonas urbanas onde o tráfego automóvel e o limite de superfície a ocupar determinam a necessidade de entivação mesmo em solos coerentes. Banqueta Terreno em talude natural Entivação Fig. 8 [5] - Da esquerda para a direita: talude natural, talude entivado, vala entivada e talude e vala entivada Drenagem Caso exista água no interior da escavação, esta deverá ser drenada por bombagem para uma zona onde não interfira com os trabalhos ou para o colector de águas pluviais. Será escavado um poço colector na soleira da vala que acumulará a água do interior da vala para a sua bombagem posterior. Se houver percolação de água do terreno envolvente para o interior da zona confinada, a drenagem e rebaixamento do nível freático devem ser feitos pelo exterior, de forma a evitar o arrasto dos finos do terreno e consequente descompressão do mesmo. Para tal, poderá preencher-se os poços de drenagem com material filtrante, enrocamento e brita de granulometria e compacidade adequadas à retenção dos finos. A drenagem poderá recorrer também à tecnologia de agulhas filtrantes (Fig. 9) visto esta evitar o arrasto de material de menor dimensão. Nestes casos, a opção de fazer a drenagem pelo exterior da escavação conseguindo rebaixar o nível freático para uma cota inferior à 16

21 soleira da escavação é sempre mais segura do que a drenagem pelo interior da escavação, além de não interferir com a execução da obra. Fig. 9 [4] - Drenagem por agulhas filtrantes Uma eventual descompressão do terreno terá efeitos negativos tanto a nível das construções envolventes como da própria entivação que depende dos impulsos do terreno para o seu funcionamento Conhecimento do terreno e condicionantes A condicionante primordial para a escolha do tipo de entivação a utilizar é, sem dúvida, o terreno e o estado em que se encontra. A opção de organizar uma campanha geotécnica para a adopção de uma técnica de entivação é, na maioria dos casos de entivações provisórias, uma medida demasiado onerosa para o tipo de intervenção a realizar, salvo em obras de grande dimensão. No entanto, bastariam medidas como a consulta de uma carta geológica da zona, a comparação de plantas topográficas de diversas idades, que permitiriam identificar zonas de aterro recente, e a observação e recolha de informação em obras vizinhas ou mesmo a 17

22 abertura de um poço de observação no local, para, por si só, contribuir para uma concepção genérica das características do terreno. Como medidas auxiliares e consoante a dimensão da obra, adoptar-se-iam, métodos de ensaio em quantidade e tipo necessários à determinação das características do terreno. Estes ensaios poderiam ser maioritariamente feitos in-situ recorrendo a métodos usuais com o ensaio de penetrómetro dinâmico normalizado (SPT), o ensaio de penetrómetro leve (DPL) ou o pressiómetro que poderão fornecer dados indicativos da coesão e capacidade de carga do terreno, existindo dados estatísticos sobre estes ensaios para poder extrapolar outras propriedades do solo a partir dos resultados obtidos. Qualquer dos ensaios realizados deverá ser objecto de um relatório escrupuloso pois a forma como o teste foi efectuado poderá revelar mudanças de estratos ou a maior ou menor alteração do terreno das amostras recolhidas. O conhecimento da disposição dos estratos do terreno pode indicar a existência de planos de escorregamento que potenciarão a rotura do solo na envolvente da escavação. Para a determinação da carga hidrostática no terreno, pode recorrer-se ao ensaio com piezómetro, ainda que este seja de grande sensibilidade e difícil de efectuar. Convém no entanto, para os trabalhos de maior duração, conhecer a variação sazonal do nível freático de forma a proceder preventivamente no dimensionamento da entivação (a existência de água pode aumentar em 2 a 2.5 vezes o impulso activo do terreno). Para as restantes propriedades do solo, existe a possibilidade de recorrer a ensaios laboratoriais de amostras do terreno recolhidas a diversas profundidades ou, em casos mais simples, recorrer a alguns procedimentos elementares em obra que fornecerão dados genéricos sobre as propriedades dos constituintes do terreno bem como de algumas características mecânicas dos diversos estratos (classificação genérica do tipo de grão, existência de material orgânico, etc.). A escavação de valas ou entivações de pouca profundidade raramente passa por este tipo de caracterização do terreno, sendo no entanto aconselhável adoptar, dos ensaios referidos, os mais elementares para obstar a perturbações maiores no decurso dos trabalhos. De forma genérica, poder-se-á ter uma ideia da coesão dos terrenos a partir de dados empíricos que se encontram difundidos em tabelas. Como se ilustra no Quadro 3, é possível ter uma ideia 18

23 global de um tipo de entivação provável para um determinado tipo de solo a partir do ângulo que forma com a horizontal quando disposto em talude natural. No entanto, não serão de negligenciar, para o caso das entivações, os factores do peso específico do terreno, índice de compressão e ângulo de atrito interno para os quais se poderão adoptar valores conservativos na ausência de dados mais precisos sobre o local. Desta forma, pela deposição da terra durante a escavação é possível ir aferindo o tipo de terreno que se apresenta verificando a inclinação do talude que é possível formar. Quadro 3 [5] - Tabela de inclinações de taludes naturais em desaterro A possibilidade de escavação em talude estável representa também a capacidade de sustentação do solo durante escavações de curta duração. A humidade do solo é capaz de conferir alguma sustentabilidade até às areias nestas condições. No entanto, partindo do princípio de que a maioria das obras tem a duração suficiente para que se dê alguma secagem do terreno, é usual utilizarem-se inclinações da ordem de 1 (vertical) para 0.5 (horizontal) até 1 para 1.5. Nalgumas argilas rijas e em terreno seco (ainda que momentaneamente), é possível o corte de taludes estáveis quase na vertical. No entanto, esta circunstância é radicalmente alterada na presença de água da chuva, pelo que é sempre necessário prever medidas de drenagem da água através do desvio desta da crista do talude por realização de caleiras de drenagem ou impermeabilização desta zona. Assim se depreende que a contenção será tanto mais necessária e mais fechada consoante os terrenos regridam em coesão das rochas para as areias secas, salvaguardando no entanto que as argilas e siltes perdem a sua coesão em presença de água pelo que, sempre que seja 19

24 provável água acima do limite de saturação do terreno, será aconselhável a sua entivação sobretudo quando os trabalhos durem mais do que alguns dias e sempre que o risco abranja, para além de danos materiais, a integridade física dos trabalhadores Valas em terreno coerente O método descrito de seguida pressupõe um terreno bastante coerente cujo conjunto se considere em regime elástico e sem presença de água significativa. Nesta categoria, poder-seão incluir as argilas rijas e os solos rochosos desde que não muito alterados tanto por via geológica como por via da escavação. Nestes casos, optar-se-á pelo processo de vala aberta. Este tipo de vala é constituído por pranchas espaçadas descarregando em montantes e escoras conforme a Fig. 10. Impulsos do terreno Entivação Vala Fig Vala aberta escorada com montantes e escoras (metálicos, à esquerda, e de madeira, ao centro); à direita, esquema de descarga do terreno nas zonas entivadas Em terreno igualmente firme e coesivo mas onde exista possibilidade de desmoronamentos por fissuração da rocha ou, em casos de argilas ou siltes, a presença eventual de água da chuva ou vibrações previsíveis que possam provocar desmoronamentos ou aluimentos de terra para o interior da vala, adopta-se normalmente o sistema de vala aberta com tábuas na horizontal, onde se tira igualmente partido do efeito de arco no terreno (Fig. 10, à direita) mas em menor escala. Inicia-se a limpeza do terreno procedendo à escavação sem entivar até cerca de 0.80 a 1.20 m de profundidade (Fig. 11). Colocam-se as tábuas ou pranchas na horizontal (em alternativa, 20

25 podem ser montados no estaleiro painéis de pranchas adjacentes, ligadas por duas vigas colocadas no sentido perpendicular - Fig. 12) não devendo as pranchas exceder os 2.00 m de comprimento. O limite superior das tábuas ou do painel deve formar um rodapé de 0.15 m para evitar que caiam objectos ou material solto do lado exterior para o interior da vala. Nas extremidades destas, colocam-se os montantes (barrotes de secção de 22 x 8 cm) apertados com escoras ( 20 cm) por intermédio de cunhas. Estas escoras podem ser de madeira (Fig. 13) ou metálicas (Fig. 14, à esquerda), inclinadas se a vala for larga (Fig. 14, à direita), préesforçadas com macacos hidráulicos (Fig. 15, à esquerda) ou não, ou substituídas por sistemas rudimentares de ancoragens provisórias (Fig. 15, à direita). A escavação, se tiver maior profundidade, será continuada pelo mesmo processo depois de entivado o primeiro nível (Figs. 11 e 16). Fig Escavação do primeiro nível da vala Fig Colocação da entivação (propriamente dita) do primeiro nível da vala 21

26 Fig. 13 [3] - Sequência em corte da execução de uma entivação em bom terreno (o alçado corresponde à Fig. 7, ao centro) Fig Escoramento metálico da entivação: horizontal (à esquerda) e inclinado (à direita) Fig Fixação da entivação com escoramento activo (à esquerda) ou ancoragem ao solo (à direita) Os topos poderão ser entivados de forma semelhante, se necessário, utilizando esquadros de descarga até ao montante mais próximo, ou poder-se-á inclusive prescindir destes, se o terreno o permitir. 22

27 Fig Escavação em dois níveis Valas em terreno pouco coerente Adoptam-se os processos de entivação descritos de seguida em todo o terreno pouco coerente (areia, argilas moles e siltes) e/ou com elevado nível freático. Ambos os processos consistem na formação de uma cortina fechada em contacto com o terreno formada por pranchas na vertical. O primeiro dos processos descritos só é aplicável a escavações pouco profundas e consiste no seguinte: são cravadas pranchas de madeira na vertical antes de se proceder à escavação (Fig. 17, à esquerda); a dimensão das pranchas deve ser superior à altura de escavação pretendida, visto que existe a necessidade de se garantir um apoio na face inferior das pranchas (ficha); antes de se iniciar a escavação, deve ser colocada uma viga de coroamento a ligar as pranchas (Fig. 17, à direita); estas devem ser escoradas ou ancoradas (Fig. 17, à direita) sobre a superfície do terreno; inicia-se a escavação; realça-se que esta nunca deve ultrapassar o nível definido como necessário para o encastramento das pranchas no solo (Fig. 18, à esquerda); à medida que se vai escavando, pode proceder-se a novos níveis de escoramento, devendo ser colocados elementos horizontais para distribuir as cargas pelas várias pranchas da entivação. 23

28 Fig À esquerda, cravação das pranchas e, à direita, ancoragem das mesmas O segundo processo, aplicável em escavações profundas, inicia-se de igual forma com a remoção da camada superficial do terreno. Escava-se sem entivar até a uma profundidade de cerca de 0.40 a 0.45 m, profundidade máxima admissível para que não haja desmoronamentos, colocando-se então o primeiro quadro horizontal. Os quadros são elementos compostos de vigas de madeira horizontais encostadas às paredes da escavação, sejam eles de secção rectangular 8 x 22 cm ou de secção circular ( 20 cm). Estas longarinas são por sua vez contraventadas com escoras transversais de dimensões idênticas. As prumadas de escoramento estarão separadas de 1.50 a 2.0 m para permitir a laboração entre estas no interior da vala, admitindo-se consolas até ao final de cada longarina de no máximo 0.50 m. Nos quadros, há que resolver de forma adequada o encontro entre as escoras e as longarinas particularmente se ambas tiverem secção circular (Fig. 18, à direita). Superfície de contacto Longarina Escora Longarina Escora Longarina Escora Fig À esquerda, escavação até ao sopé e, à direita, contacto entre as escoras e as longarinas [5] 24

29 Em seguida, são colocadas as pranchas na vertical. Estas são constituídas por tábuas de solho de 25 mm até, excepcionalmente, 65 mm. As pranchas são escavadas no seu sopé, uma a uma até atingirem a sua posição definitiva no interior da escavação. Esta escavação é feita por troços de 0.15 a 0.20 m. A cravação das pranchas inicia-se do eixo das longarinas para os extremos. A escavação é feita de forma a alargar ligeiramente a vala à medida que se progride em profundidade para permitir a cravação do segundo quadro e do segundo nível de tábuas sem diminuir a secção da vala (Fig. 20, à esquerda e ao centro). Fig À esquerda, entivação do 1º nível e início do 2º nível e, à direita, escavação dos restantes níveis Acima do sopé das tábuas, é colocado o segundo quadro que se aperta contra estas por meio de calços e cunhas. O segundo quadro é fixo ao primeiro através de suportes, barrotes, que trabalhem à compressão e por meio de pendurais, podendo estes ser elementos metálicos, para que apresentem um bom comportamento à tracção. Os calços e cunhas formarão uma camada dupla com espessura e largura correspondentes às pranchas de entivação. Introduzem-se de seguida as pranchas sob pressão uma a uma entre as cunhas e as pranchas do primeiro nível e procede-se à sua cravação e escavação de forma semelhante às tábuas do primeiro nível (Fig. 19, à esquerda). De forma idêntica se procederá nos níveis subsequentes (Fig. 19, à direita), 25

30 podendo a escavação do último nível de pranchas ser feita com menor inclinação e a cravação do quadro junto à soleira da vala contra as pranchas ser feita apenas com cunhas (Fig. 20, à direita). Fig. 20 [3] - Vala aberta com pranchas na vertical: à esquerda e centro, cravação das pranchas de entivação; à direita, colocação do último quadro Neste sistema, existe ainda a possibilidade de executar os painéis de pranchas de entivação com um sistema macheado funcionando como uma cortina impermeável (Fig. 21). Este método funciona como estacas-prancha de madeira, actualmente substituídas pelas estacasprancha metálicas Escavação por degraus ou telescópica Existindo área suficiente à superfície e para escavações de grandes profundidades ou com alterações sensíveis no tipo de terreno em profundidade, pressupondo um melhor terreno à medida que se desce na escavação, pode executar-se a entivação por degraus ou telescópica (Fig. 22). Este processo é em tudo semelhante ao da escavação com pranchas verticais, diminuindo a secção transversal da vala de nível para nível e sendo a diferença entre pranchas colmatada com tábuas ou barrotes. Para vãos de grandes dimensões, recorre-se algumas vezes 26

31 a elementos de contraventamento na diagonal formando asnas que, para além do escoramento lateral, servirão também para a elevação e suspensão do material necessário. Fig À esquerda, vala com pranchas macheadas / estacas-prancha de madeira [4] e, à direita, pormenor do anel de cravação para protecção da cabeça da prancha [6] Fig. 22 [3] - Esquema de vala com escavação e entivação telescópica Escavação entivada com betão Neste processo, a entivação das paredes de escavação é conseguida através de módulos de betão armado betonados no local, à medida que a escavação avança. Estes são escorados entre si por elementos (escoras) metálicos, de madeira ou de betão. A betonagem dos módulos 27

32 contra as paredes de escavação possibilita que não haja vazios e juntas por onde o terreno possa expandir-se. Este tipo de entivação (Fig. 23), também designado por tipo chinês, é possível apenas em terrenos não fluentes em que a escavação se mantenha aberta sem aluimentos durante cada nível de betonagem o tempo suficiente para que se complete o processo (colocação da armadura, cofragem e betonagem dos módulos). Este método apresenta algumas semelhanças aos muros de Munique, não existindo no entanto a necessidade de ancoragens, uma vez que as valas equilibram os impulsos do terreno de uma parede para a outra mantendo-se, as escoras sempre comprimidas. Fig. 23 [3] - Vala com escoramento faseado com elementos laterais em betão Procede-se à escavação até ao primeiro nível de betonagem que poderá variar, consoante o terreno, mau e bom respectivamente, de 0.30 a 3.00 m de altura. De seguida, é colocada a armadura e a cofragem com o escoramento necessário. Os primeiros módulos são betonados contra o terreno, um em cada parede de escavação. Logo após o betão ter ganho presa e adquirido resistência suficiente, deve-se efectuar o escoramento entre módulos, comprimindo- 28

33 os com o auxílio de cunhas, calços, macacos ou parafusos. As escoras são ligadas por suportes verticais de madeira ou metálicos. O fundo pode encher-se de areia até à altura necessária ao empalme da armadura no nível de betonagem seguinte. Se a secção horizontal da escavação for circular, pode prescindir-se de escoramento e partir do princípio que a parede da escavação redistribui os impulsos e funciona na totalidade à compressão por efeito de arco. Nestes casos, pode também optar-se pela utilização de manilhas de betão pré-fabricadas colocadas na horizontal cravadas progressivamente de cima para baixo escavando no sopé da manilha. A segunda manilha é sobreposta sobre a primeira e vai colmatando a escavação. É necessário escorar temporariamente as manilhas pelo lado inferior para que se proceda à remoção do terreno sob o seu sopé. Este escoramento poderá ser feito com a cravação de estacas curtas de madeira ou varões de ferro nas paredes da escavação. As valas podem ainda ser utilizadas para a execução de elementos definitivos da estrutura (Fig. 24) mantendo o terreno envolvente caso haja a possibilidade do levantamento do fundo da escavação ou caso haja grande pressão hidrostática. Nestes casos, manter-se-á a área de escavação por desaterrar até o peso da estrutura atingir o equilíbrio necessário ao fundo da escavação. Fig. 24 [3] - Escoramento provisório para execução de fundações 3.2. ESCAVAÇÃO A CÉU ABERTO PARA A CONSTRUÇÃO DE CAVES 29

34 Nos casos em que haja que proceder à escavação e desaterro para a execução de caves em edifícios, existe a possibilidade, desde que ponderados os riscos face a técnicas que oferecem maiores garantias de evitar a descompressão do terreno como as paredes de Berlim, de Munique ou moldadas, de recorrer a sistemas de entivação tradicional. Estas situações limitarse-ão a caves de pouca profundidade (Fig. 25, à esquerda) e em zonas onde, quer por presença de edifícios contíguos, quer por proximidade de zonas de trânsito automóvel que induzem vibrações significativas no terreno, a segurança dos trabalhos e da envolvente não seja comprometida. A escavação executa-se por socalcos (Fig. 25, à direita) deixando-se no fundo da escavação banquetas para o escoramento das paredes da escavação ou iniciando os trabalhos de fundação para que estas sirvam de apoio às escoras desde que as fundações ofereçam, por peso próprio, na área de distribuição de cargas e encastramento no terreno, a resistência necessária ao apoio das escoras das paredes da escavação (Fig. 25, à direita). A escavação executa-se seguidamente por níveis cofrados tanto no tardoz como no interior da parede a betonar sendo deixadas bitolas no interior das cofragens constituídas por tarugos de madeira ou barrotes devendo, à semelhança das valas entivadas por betonagem, ser garantido o comprimento de empalme nos varões da armadura das paredes. Fig. 25 [3] - Esquemas possíveis de contenção de taludes para execução de caves ou fundações O escoramento será desactivado à medida que a estrutura de contenção for ligada à superstrutura do edifício e possa tirar partido do funcionamento de diafragma dos elementos rígidos horizontais para equilibrar os impulsos do terreno. 30

35 31

36 4. ENTIVAÇÕES TRADICIONAIS MELHORADAS Para a execução de valas e trabalhos rápidos de execução de infra-estruturas, foram desenvolvidos painéis de instalação rápida para a execução de entivações. Estes painéis são constituídos por materiais que vão desde a madeira, menos frequente, a painéis de lamelado de madeira, aço ou mesmo duralumínio. A relativa leveza destes painéis, face aos meios que são necessários para operar este tipo de equipamento (ex.: retro-escavadora), torna a sua utilização em obra bastante simples, sendo reduzido o número de trabalhadores necessários à sua instalação (algumas vezes, o próprio manobrador da escavadora é suficiente para a instalação de um painel ou caixa, não sendo geralmente necessário utilizar mais do que dois trabalhadores em cada operação). Este tipo de painéis vem equipado com escoras metálicas, a maioria delas de funcionamento hidráulico. Outras vantagens deste tipo de equipamento incluem a possibilidade de regular a altura do trabalho dentro da vala e a possibilidade de ser reutilizado muitas vezes, aumentando a sua vida útil e tornando-o económico a longo prazo. Para a execução de entivações com este tipo de equipamento, é necessário que o terreno tenha alguma capacidade de autosustentação temporária que permita manter a vala aberta até à introdução dos painéis no interior da escavação, sendo ainda possível, se bem que menos rentável, ir retirando terreno sob o painel e escorar acompanhando o avanço da escavação. Neste tipo de processo construtivo semi-industrializado, recorrer-se-á a outro tipo de entivação e de equipamento se as características do terreno se afastarem demasiado das indicadas para rentabilizar o processo construtivo ENTIVAÇÃO COM MÓDULOS DE ESCORAMENTO O processo inicia-se com a abertura da vala com equipamento industrial, seguindo-se a limpeza do material do fundo da vala e compactação da soleira. O processo de limpeza do fundo é geralmente feito manualmente, recorrendo-se para a compactação a equipamento hidráulico ou pneumático ou, em casos de menor exigência, esta poderá ser feita com o tardoz do balde de escavação de uma retro-escavadora ou giratória. 32

37 Os painéis são colocados no interior da vala, utilizando-se normalmente o braço de uma retroescavadora como equipamento de elevação, e acciona-se o mecanismo de escoramento hidráulico comprimindo os dois painéis laterais simultaneamente contra o terreno. Após remoção dos painéis, deve proceder-se ao aterro imediato, com material adequado ao tipo de obra em execução, e compactação posterior que evite a descompressão do terreno adjacente após a obra e um abaixamento do nível da zona aterrada. Existem os seguintes tipos de entivações por módulos: painéis de madeira ou lamelado de madeira com escoramento metálico podendo este ser de aperto por roscagem, fixação mecânica ou hidráulica - as escoras apoiam em montantes de calhas metálicas (Fig. 26, à esquerda) onde podem ser posicionadas a qualquer altura da entivação sendo deslocadas, durante o progresso da escavação, para as posições onde melhor podem resistir aos impulsos do terreno; sendo estes módulos um sistema rígido, não dependem exclusivamente da compressão do terreno para os manter em funcionamento, pelo que haverá menor preocupação em manter o terreno permanentemente compactado e sem vazios no tardoz dos painéis; este sistema existe em várias dimensões de largura de painel, dos quais os menores poderão ser manuseados por equipamento de menor porte sendo que os maiores, necessitando de equipamento de maior dimensão, resistem também a maiores impulsos; alguns tipos de painel têm encaixes nos topos superior e inferior para sobreposição de módulos permitindo executar escavações de maior profundidade; painéis de duralumínio com escoramento metálico (Fig. 26, ao centro); caixas acopláveis metálicas escoradas (Fig. 26, à direita) - o sistema é colocado já montado no interior do troço de escavação onde se pretende trabalhar, sendo apenas necessário ajustar o comprimento das escoras à largura da vala; está desde logo garantida a segurança no interior da vala; se for necessária uma altura de escavação superior às dimensões da caixa existente, é possível ligar vários módulos até se obter as dimensões desejadas (Fig. 27, à direita); para tal, os painéis (Fig. 27, à esquerda) possuem calhas para facilitar a montagem; à medida que os trabalhos avançam, vai-se deslizando a caixa com o auxílio da retro-escavadora (Fig. 28); isto permite que os operários 33

38 trabalhem no troço seguinte da conduta, enquanto se continua a abertura da vala a jusante e se aterra a vala a montante; montantes de alumínio e escoras metálicas (Fig. 10, à esquerda) - para trabalhos ligeiros de valas abertas em que o terreno se auto-sustenta no espaçamento livre entre montantes; o sistema alia a facilidade de instalação dos montantes ao facto de serem elementos extremamente ligeiros, manuseáveis sem auxílio de máquinas e apresenta versatilidade de instalação semelhante às entivações com elementos de madeira. Fig À esquerda, sistema de painéis de madeira com escoramento hidráulico, ao centro, entivação modular em duralumínio e, à direita, caixas acopláveis metálicas pré-fabricadas Fig Painéis e sistema em caixa com vários níveis 34

39 Fig Esquema da movimentação dos painéis metálicos 4.2. ESTACAS DE CALHA Este tipo de entivação é constituído por um sistema de estacas de secção transversal especial que permite o encaixe e deslizamento de painéis de lamelado de madeira ou metálicos entre os seus banzos, à semelhança dos muros de Berlim, possuindo ainda um sistema de calha onde são acopláveis escoras de travamento posicionáveis a diversas alturas (Fig. 29). Fig Esquema e exemplo de aplicação de sistema de estacas de calha Os trabalhos iniciam-se com a cravação das estacas que são prontamente travadas com um primeiro nível de escoras, sendo introduzidos os painéis e outros níveis de escoras à medida que se rebaixam as escoras do primeiro nível e a escavação progride em profundidade. Este sistema serve também como gabarito a estacas-prancha metálicas mediante a colocação de elementos horizontais junto ao banzo exterior e interior das estacas unindo cada estaca à vizinha. Podem assim criar-se sistemas mistos de estacas-prancha e painéis existindo também estacas de canto que permitem formar entivações fechadas para a formação de ensecadeiras ou até serem utilizadas como cofragem se bem que esta última utilização possa comprometer 35