Tubulões: Conceitos básicos, execução e fiscalização

Transcrição

1 1 Tubulões: Conceitos básicos, execução e fiscalização Vitor de Souza Trindade [email protected] MBA Gerenciamento de obras, Tecnologia e Qualidade da Construção Instituto de Pós-Graduação - IPOG Vitória, ES, 27 de Janeiro de 2015 Resumo Este estudo tem como objetivo, mostrar através de pesquisa bibliográfica e estudo de caso, informações técnicas referentes a elemento de fundação profunda denominado tubulão. Seus conceitos, formas de classificação, formas de implantação e controle. Contribuindo para o entendimento deste tipo de fundação que é de extrema importância para a Construção Civil. Este tema foi abordado por se tratar de um tipo de fundação pouco utilizada na região metropolitana do Espirito Santo, o que em ainda gera muita desconfiança por meio dos executores, por não ser muito difundidas as suas técnicas de execução, assim como o controle exigido para sua fiscalização. Apresentaremos também um estudo com intuito de mostrar que a aplicação deste tipo de fundação é simples, mas exige um rigoroso controle de qualidade no momento da sua execução. Concluindo que onde for possível sua aplicação, este tipo de fundação se mostra como uma técnica com grandes vantagens tanto em termos econômicos como na velocidade de sua execução. Palavras-chave: Tubulão. Execução. Controle 1. Introdução A Primeira etapa de uma edificação são as suas fundações, que é a estrutura responsável por distribuir as cargas ao solo. Para a definição do tipo de fundação a ser utilizada são feitos vários estudos, como sondagem, topografia, cargas aplicadas e geologia do solo. A partir desses estudos é que se define o tipo de fundação mais apropriado para aquela edificação, naquele terreno. Existem vários tipos de fundação, que se dividem em fundações rasas (bloco, sapata e radier) e fundações profundas (estacas escavadas, estacas moldadas, tubulões e etc). Os Tubulões são elementos estruturais da fundação em concreto moldado in loco que tem a função de transmitir ao solo as cargas exigidas para uma edificação, isso é feito através da escavação de um fuste cilíndrico e uma base alargada tronco-cônica a uma profundidade igual ou maior do que três vezes o seu diâmetro. Para Cintra (1998:302) tubulões são de grande porte, com seção circular e que apresentam, em geral, a base alargada. Os tubulões por muitas vezes são considerados estacas com a base alargada, mas um fato importante o diferencia das estacas, uma vez que para a execução do alargamento da base é necessário que um operário desça ao fundo do poço e complete a escavação, pois mecanicamente esse procedimento é impossível de ser realizado. Em tubulões com menores profundidades ou onde o acesso das máquinas seja muito complicado, a escavação pode ser feita de forma manual.

2 2 A norma NBR 6.122/10 Projeto e Execução de Fundações, da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) que fixa as condições básicas a serem observadas no projeto e na execução de fundações de edifícios, pontes e outras estruturas determina que quando as características do solo indicarem problema no alargamento da base, deve-se prever o uso de injeções, aplicações superficiais de cimento, ou até mesmo escoramento, com o objetivo de evitar desmoronamento. A normativa também recomenda que a base do tubulão deva ser dimensionada de modo a evitar alturas superiores a 2 metros. Os tubulões se dividem em dois tipos básicos: tubulão a céu aberto e tubulão pneumático. O tubulão a céu aberto consiste em um poço executado acima do nível d água, ou abaixo caso seja possível o bombeamento sem risco de desmoronamento. De acordo com Alonso (1983:41), os tubulões a céu aberto são elementos estruturais de fundação constituídos concretando-se um poço aberto no terreno, geralmente dotado de uma base alargada. Os tubulões pneumáticos são recomendados para locais em que o lençol freático está presente no solo, sem possibilidade de esgotamento, o que traria um grande risco de desmoronamento, nesses casos é necessário encamisar o fuste do tubulão com aneis de concreto ou com uma camisa de aço até que se encontre solo apropriado para a base do tubulão, para que a escavação abaixo do lençol freático seja possivel é feita uma pressão com ar comprimido equivalente à pressão de água existente 1.1 Execução Os Tubulões a céu aberto são normalmente executados acima do lençol freático, ou em terrenos onde a água possa ser bombeada sem riscos de desmoronamento, os tubulões podem ser armados se houver necessidade ou apenas com a armação no topo para fazer a ancoragem com os blocos de fundação. Os tubulões sempre que possível devem ser executados em solos com alto índice de coesão, para garantir a estabilidade do terreno sem a necessidade de escoramentos laterais. Antes de se iniciar a escavação, o eixo do tubulão é marcado com um piquete que pode ser de madeira ou com uma ponta de ferro, depois se delimita o fuste do tubulão que pode variar de 70 a 150cm. A escavação do fuste pode ser mecânica ou manual, no caso das escavações mecânicas, a perfuratriz é movimentada até o ponto exato e inicia a escavação, a terra retirada dessa escavação deve ser removida para auxiliar a locomoção posterior da máquina sobre o solo, caso a escavação seja manual o operário inicia a escavação com o auxílio de um equipamento denominado sarrilho, além disso será necessário uma chibanca e um balde para retirada da terra de dentro do fuste do tubulão. É essencial adotar as medidas necessárias para garantir a verticalidade do fuste do tubulão para que seu alargamento seja feito em solo coesivo evitando assim os desmoronamentos. Após a conclusão da escavação pela perfuratriz um operário desce no fuste do tubulão para proceder a limpeza da sua base, logo após essa limpeza o responsável pela fiscalização deve verificar a coesão do solo, alguns engenheiros de fundações solicitam que seja feito o teste com o penetrometro, afim de se ter mais uma comprovação da resistência do solo. Depois da liberação por parte da fiscalização da obra, se inicia o alargamento da base, esse alargamento deve ser feito respeitando o tipo de solo, e

3 3 sempre respeitando o projeto e uma inclinação mínima de 30, além disso é necessário a execução de uma parede vertical de 20cm em todo seu perímetro que é denominado rodapé, a utilização de marteletes para auxiliar a escavação só poderá ser feita se for realmente necessário e só após a liberação por parte do engenheiro responsável pelas fundações. Terminado esse procedimento o tubulão é liberado para fiscalização e posterior concretagem, o concreto utilizado nos tubulões deve seguir a resistência e o traço indicado no projeto, para isso são feitos ensaios laboratoriais que atestam a qualidade desse concreto aplicado. Antes da concretagem deve se proceder uma nova fiscalização afim de verificar a profundida do fuste do tubulão, assim como a largura de sua base, só depois de concluída essa verificação é que o tubulão estará liberado para receber a armadura e o concreto. A colocação da armadura é feita manualmente, deve ser colocar os espaçadores de ferragem para garantir que a armadura não entre em contato com as paredes do tubulão e se misture com a terra. A concretagem é feita diretamente do caminhão ou bombeado se os locais for de difícil acesso aos caminhões betoneiras, deve ser ter o cuidado com a altura de lançamento do concreto para que o mesmo não venha a desagregar, no processo de concretagem o concreto se espalhará pela base do tubulão, até que essa base seja totalmente preenchida e posteriormente pelo seu fuste, deve se definir o local onde a concretagem será paralisada afim de evitar desperdícios e retrabalho, já que se o concreto passar do ponto determinado, terá que ser quebrado posteriormente, terminado esse processo o tubulão estará concluído Figura 1 Escavação mecânica do tubulão

4 4 Figura 2 Concretagem do tubulão O tubulão pressurizado, se fazer necessário em locais onde a escavação atinge o lençol freático, impossibilitando a utilização do tubulão a céu aberto, para a execução desse tipo de tubulão utiliza-se a campânula para a pressurização do tubulão. A campânula tem a função de receber o ar comprimido e impedir a entrada de água no tubulão essa pressurização pode chegar até 3atm e a uma profundidade de até 40m abaixo do nível da água. O Princípio para a execução desse tipo de tubulão é de que se a pressão dentro do tubulão for igual a pressão hidrostática do terreno a água fica impedida de invadir o tubulão, com isso se torna possível a escavação manual. Os tubulões a ar comprimido com camisa de concreto tem desde a cravação até a abertura e posterior concretagem todo seu trabalho feito de forma manual, com auxílio de operários e um guincho que serve para retirar o balde com o solo escavado, a sua execução é igual à do tubulão a céu aberto até se atingir o nível d água e a seguir sob ar comprimido, quando se atinge a base que será alargada, a camisa de concreto deve ser escorada para que não desça durante o processo de escavação, nenhum tubulão de camisa de concreto pode ser pressurizado até que o concreto tenha atingido sua resistência especificada. Os tubulões a ar comprimido com camisa metálica devem ter a campânula ancorada ou lastreada afim de evitar a sua subida devida a pressão. Essa ancoragem pode ser feita colocando um peso sobre a campânula, ou por qualquer outro sistema. A camisa de aço pode ser cravada utilizando martelos vibratórios, para evitar o atrito lateral camisa metálica é dotada de uma chapa sobressalente denominada faca, a medida que a camisa metálica vai se aprofundando no solo, novos segmentos vão sendo soldados a ela até que se alcance a cota para o alargamento da base. No caso dos tubulões a ar comprimido o executor deve garantir a estanqueidade das juntas, a estabilidade das campânulas, assim como a aferição e testes diários nos equipamentos que

5 5 medem a pressão dentro do sistema, essa aferição deve ser feita regulamente por órgão oficial com emissão de laudo e prazo de validade. Figura 3: Escavação com uso da campânula. Fonte: Lan Geotecnia e Fundação (2014) 2. Vantagens e desvantagens do sistema Uma grande vantagem neste tipo de fundação é ser possivel verificar a resistencia do solo no fundo da vala onde será apoiado o concreto, além disso se torna possivel a comparação do solo escavado com as amostras retirada das sondagens, o que nos possibilita uma intervenção nos casos que houver necessidade da mesma. Esse procedimento garante a qualidade na execução do processo. Os tubulões tem como vantagem a pouca mobilidade dos equipamentos para sua execução o que o torna uma opção viável apesar de uma utilização maior de concreto se comparado a outros tipos de estacas. Outro benefício é a ausência de vibrações e barulho na sua execução, podendo assim ser utilizado próximo a construções vizinhas como escolas, escritórios e hospitais. A velocidade de execução também é outro fator que pesa a favor dos tubulões, por ser um sistema de simples execução.

6 6 A grande desvantagem do sistema é o risco durante as escavações, não sendo raros os casos de queda ao entrarem e saírem do tubulão, assim como o risco de desmoronamento mesmo que remoto. 3. Estudo de caso 3.1 Dados da obra Nome do Empreendimento: Enseada Manguinhos Residencial Clube Construtora: De Martin Construtora Empresa responsável pela fundação: Furassolo Fundações 3.2 Descrição da obra: Edifício residencial com duas torres de 11 pavimentos e aproximadamente m². 3.3 Critérios para a escolha do sistema de fundação Para escolha deste tipo de fundações dois critérios foram obrigatoriamente verificados com rigor, a profundidade do lençol freático, pois bem se sabe que a utilização de equipamentos especiais de pressurização do fuste a fim de evitar seu alagamento ou alteração do fator água cimento, tem geralmente custo elevado. Outro fator importante é a respeito do relatório de sondagem que determina o nível de consistência do solo, onde foi possivel verificar um tipo de solo com condições propicias para esse sistema de fundação. Além disso foi feito uma analise da topografia já que alguns tipos de equipamentos usados em fundações tem uma locomoção limitada, foi também feito uma analise da vizinhaça afim de evitar problemas com edificações próximas. Outro ponto importante foi a velocidade de execução deste tipo de sistema, tendo em vista que sua escavação foi mecânica com o alargamento da base feito de forma manual. Após verificar a possibilidade técnica da execução desse sistema de fundação, começou um estudo da viabilidade economica, fator esse que foi determinante para a escolha da fundação, já que se verificou que o sistema em questão seria o com o menor custo de execução, aliado a isso observou a possibilidade de seu inicio imediato já que a empresa prestadora do serviço, tinha disponibilidade de equipamento Analise do solo De acordo com relatório de sondagem o terreno apresentava em maior proporção caraterísticas de silte argiloso com tensão admissível adotada entre 3kg/cm² e 4kg/cm². 3.4 Processo executivo

7 7 Foram escavados 117 tubulões, sendo 97 com diâmetro de 80cm, 8 com diâmetro de 85cm, 7 com diâmetro de 90cm, 2 com diâmetro de 95cm, 2 com diâmetro de 100cm e 1 com diâmetro medindo 105 centímetros e profundidade variando de 5 a 8 metros, todos escavados mecanicamente e com posterior alargamento de sua base. Na escavação mecânica eram realizados de 8 a 10 furos por dia esse número só não era maior devido ao volume de terra gerado o que dificultava a locomoção do caminhão pelo terreno, o poceiro fazia em média 2 tubulões por dia. Por determinação do projetista de fundações era necessário a concretagem dos tubulões em no máximo 24 horas após a sua escavação para evitar que dejetos se depositassem no fundo dos mesmos, o que poderia acarretar uma perda da resistência do solo, com isso foi traçado uma estratégia para que as concretagens fossem realizadas as terças, quintas e sábados, os trabalhos de escavações eram limitados de segunda a sexta. Os locais de execução dos tubulões foram definidos em projeto, esses pontos eram marcados no terreno com auxilio de topografia, para uma melhor localização destes pontos após a locação por parte da topografia era colocado uma ponta de ferro em uma cova preenchida com areia para determinar o local exato da escavação, a cova era necessária para que os pontos não se perdessem no decorrer dos trabalhos já que a máquina se movimenta intensamente sobre o terreno. Figura 4 Marcação do ponto de execução do tubulão Após a locação de todos os pontos, se iniciam os trabalhos de escavação, primeiro a mecânica que começava um dia antes, o caminhão posiciona o eixo do trado exatamente na ponta do ferro de marcação e se inicia a escavação, cada tubulão tem uma profundidade e um diâmetro determinados em projeto, para uma melhor logística de execução foram executados os

8 8 tubulões de mesmo diâmetro, para evitar a troca do trado que é um processo lento o que geraria uma perda de tempo na execução. Com isso foram executados primeiramente os tubulões com 80cm de diâmetro essa escolha foi feita por esse diâmetro representar cerca de 83% dos tubulões a serem escavados. Além do caminhão para execução da perfuração, utilizamos também uma retroescavadeira para auxiliar na retirada da terra gerada pela escavação, tendo em vista que o volume de terra era bem significativo, e a sua retirada era necessário para a posterior locomoção do caminhão sobre os pontos já executados. Os furos executados com o caminhão eram protegidos por uma folha de madeira para evitar que detritos caíssem no mesmo, além disso todos os furos eram sinalizados para se evitar acidentes. Figura 5 Posicionamento do trado e início da escavação mecânica Um dia após o início das escavações mecânicas, começaram as escavações manuais, para uma maior agilidade foram contratadas 5 duplas de poceiros, cada dupla fazia em média 2 tubulões por dia o que dava um total de 10 tubulões, quantidade essa necessária para gerar um volume de concreto suficiente para justificar a presença de uma bomba no ato da concretagem, o que facilitava o processo. Antes do início da escavação o encarregado entrava no tubulão e fazia o teste do penetrometro, esse teste era necessário para verificar a coesão da base do solo, foi definido previamente pelo engenheiro responsável pelo projeto que o penetrometro poderia descer até 20cm após 22 golpes o resultado do teste era repassado ao engenheiro responsável pela obra, cabendo a ele a liberação ou não da escavação.

9 9 Quando o teste do penetrometro dava um valor diferente pelo definido anteriormente em projeto, era escavado um pouco mais até que se encontrasse um solo mais coeso, esse processo foi realizado apenas uma vez em toda a fundação. Era terminantemente proibido a circulação das máquinas tanto de escavação quanto a retroescavadeira próximo aos locais onde a escavação manual acontecia, afim de se evitar acidentes, já que esses movimentos poderiam geram vibrações no solo, o que de forma alguma poderia acontecer tendo em vista o risco de desmoronamento de terra. Figura 6 Funcionamento do penetrometro Fonte: Digital Library (2015) A escavação procedeu da seguinte forma um poceiro entrava no tubulão e começava a escavar, a terra retirada era colocada dentro de um balde, a sua dupla que ficava na parte superior do tubulão era responsável por puxar o balde e esvazia-lo, por isso sempre que um dos trabalhadores da dupla tinha que se ausentar o serviço era paralisado, o poceiro que estava dentro do tubulão tinha que sair e aguardar o retorno da dupla para entrar novamente, em hipótese alguma era permitido a entrada de pessoas nos tubulões sem que houvesse um acompanhamento. Após a conclusão do processo de escavação o poceiro comunicava o responsável pela fiscalização da obra, que era o encarregado geral, esse por sua vez entrava no tubulão para conferir as medidas de sua base e verificar se estavam de acordo com o especificado em projeto, dado essa verificação e constando que as alturas e larguras da base estava de acordo,

10 10 o tubulão era liberado para a concretagem do dia seguinte, quando era detectado qualquer irregularidade nessas dimensões o encarregado comunicava ao poceiro, que fazia os ajustes necessários, com os ajustes concluídos, se realizava uma nova fiscalização por parte do encarregado para posterior liberação. O poceiro só iniciava a escavação de um segundo tubulão após a conclusão e liberação por parte da fiscalização da obra do primeiro tubulão escavado, o próximo tubulão a ser escavado era definido pelo encarregado, conforme cronograma de concretagem realizado previamente. As escavações nunca começavam em um dia para terminar em outro, todos os tubulões iniciados eram concluídos no mesmo dia, por isso evitava-se começar a escavação de um tubulão onde se verificava a necessidade de avançar após o expediente para sua conclusão, tendo em vista a falta de luz solar e a exaustiva rotina o que poderia aumentar a chances de acidente, o uso de iluminação artificial através de lâmpadas colocadas dentro dos furos era possível, mas prejudicaria todo o processo, tanto para a execução como para a fiscalização, por isso em nenhum momento foi utilizada. Figura 7 Poceiro iniciando o processo de escavação

11 11 Figura 8 Retirada da terra proveniente da escavação manual Em paralelo com as escavações dos tubulões dava-se a montagem das armações usadas nesses tubulões. Para essa montagem tínhamos uma equipe de armadores composta por 3 pessoas. Além da montagem eles eram responsáveis por posicionar a armação no local correto com os espaçamentos definidos em projeto, antes do início da concretagem. Como a armação era composta por barras de 3 metros de comprimento, sendo assim menor que a profundidade do tubulão, a mesma era amarrada em uma madeira para descer, já que o posicionamento correto da mesma, nunca chegava ao fundo do tubulão. Para garantir os espaçamentos corretos eram colocados espaçadores raiados de plástico nos estribos da armação. Com tudo pronto lançava-se o concreto até que o mesmo preenchesse todo o tubulão, terminado o lançamento, o tubulão estava pronto como mostra a figura 2.

12 12 Figura 9 Posicionamento do aço com espaçadores antes da concretagem Como se tratavam de duas torres o concreto sempre era lançado nos tubulões de uma torre enquanto os trabalhos de escavação aconteciam na outra torre, em hipótese alguma ocorriam a concretagem dos tubulões e as escavações para alargamento da base simultaneamente na mesma torre, para evitar riscos ao trabalhador. 3.5 Medição e pagamento Os valores cobrados pela escavação mecânica variavam de acordo com o diâmetro dos furos executados conforme tabela 1. Item Unidade Valor Unitário em (R$) Escavação mecânica de tubulão fuste de Ø 80cm m 35,00 Escavação mecânica de tubulão fuste de Ø 85cm m 40,00 Escavação mecânica de tubulão fuste de Ø 90cm m 44,00 Escavação mecânica de tubulão fuste de Ø 95cm m 48,00 Escavação mecânica de tubulão fuste de Ø 100cm m 54,00 Escavação mecânica de tubulão fuste de Ø 105cm m 58,00 Tabela 1 Valores cobrados pela escavação mecânica do tubulão Fonte: Furassolo Fundações (2011) Além desses valores cobrados por metro escavado, a contratante era responsável pela alimentação e hospedagem do operador do equipamento, assim como a guarda de todo equipamento em local seguro e a mobilização e desmobilização do equipamento de Belo Horizonte até a Serra, esse valor de mobilização foi de R$ 2.500,00.

13 13 Se o equipamento ficasse parado por qualquer motivo alheio a contratada era cobrado um valor extra de R$ 180,00 por hora. Por outro lado, o serviço manual de alargamento da base do tubulão era cobrado por m³ de terra escavada, esse valor era R$ 150,00 por m³, além de hospedagem e alimentação para todos os funcionários A hospedagem e alimentação foram contratadas a um valor de R$ 30,00 por pessoa por dia. As medições tanto da escavação mecânica, quanto da escavação manual foram realizadas no fim dos serviços que duraram 27 dias. Foram escavados mecanicamente um total de 529,90 metros além de 9,5horas paradas, foi pago nesse serviço um total de R$ , 40. Já a escavação manual contabilizou um total de 203,11 m³ de terra escavada, o valor pago nesse serviço foi de R$ ,50. A hospedagem e alimentação dos trabalhadores ficou no valor de R$ 8.910,00 Com isso os serviços de escavação manual e mecânica ficaram ao custo total de R$ ,90. Além dos custos com as escavações tem o custo do concreto e do aço. O concreto teve um custo de R$ 212,00 o metro cúbico além de um valor de R$ 20,00 por cada metro cúbico bombeado. Foram utilizados 355 metros cúbicos de concreto para todos os tubulões, gerando um custo total de R$ ,00. O aço teve um custo médio de R$ 2,32 o kilo, já levando em consideração o corte e dobra de fabrica, além disso foram pagos R$ 0,97 por kg para montagem desse aço no canteiro e seu posterior posicionamento no tubulão antes da concretagem Para toda a fundação foram utilizados 7.699,84kg de aço a um custo total de R$ ,47. Para finalizar temos o custo com a retroescavadeira que era pago por hora a um valor de R$ 60,00 hora. Tivemos um total de 243 horas utilizadas a um custo total de R$ ,00. O custo total da fundação e o percentual de cada serviço ou material utilizado ficou conforme a tabela 2. Item Custo Percentual do custo total Concreto R$ ,00 43,87% Escavação manual R$ ,50 16,23% Aço R$ ,47 13,49% Escavação mecânica R$ ,40 12,57% Retroescavadeira R$ ,00 7,77% Hospedagem e alimentação R$ 8.910,00 4,75% Mobilização de equipamento R$ 2.500,00 1,33% Total R$ ,37 100,00% Tabela 2 Custo total e proporcional de cada serviço ou material

14 14 4. Conclusão De maneira geral sabemos que a fundação é um sistema de suma importância para uma obra pois são responsáveis pela transmissão da carga da edificação para o solo, a escolha correta desse sistema deve levar em consideração o custo x benefício, pois uma fundação escolhida de forma equivocada pode trazer prejuízos tais como patologias diversas e até risco de desabamento. Além do fator técnico deve se levar em consideração o custo, que varia bastante dependendo do tipo de fundação escolhida. O tubulão é um tipo de fundação ainda pouco utilizada no estado, mas que pode ser uma opção bastante favorável para diversos tipos de terrenos, principalmente no município da Serra, onde o solo permite a sua utilização, o custo e a velocidade de execução desse tipo de fundação quando bem planejados podem ser a melhor opção como foi observado no estudo de caso apresentado, onde o valor de todo o estaqueamento representou 1,27% do custo total da obra, um percentual considerado baixo, tendo em vista que o orçamento previa um valor de 2,22% do custo total. Sendo assim, o sistema de tubulão quando bem planejado, respeitando os controles executivos e de segurança do trabalho se torna bem viável. Referências ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122: Projeto e execução de fundações - Procedimento. Rio de Janeiro, ALONSO, Urbano Rodriguez. Exercícios de Fundação. São Paulo: Edgard Blucher, CINTRA, José Carlos A., et al. Fundações: Teoria e Prática. São Paulo: Pini, HACHICH, Waldemar., et al. Fundações: Teoria e Prática. 2ªed. São Paulo: Pini, 1998 YAZIG, WALID. A técnica de edificar. 10ªed. São Paulo: Pini :Sinduscon, 2009