PAREDES DE DIAFRAGMA

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1 CENTRO UNIVERSITÁRIO METODISTA IZABELA HENDRIX Cleiton Alves de Oliveira Cristiano Gonçalves da Silva Eduardo Henrique Cunha Junio César Florentino Luciano José Rezende Marcelo Nogueira de Souza Nunes Marcelo Tameirão Caldeira de Araújo Maria Emilia Borges e Borges Ramon Henrique Amaral da Silva Solon Tadeu Souza de Castro PAREDES DE DIAFRAGMA Belo Horizonte 2014

2 Cleiton Alves de Oliveira Cristiano Gonçalves da Silva Eduardo Henrique Cunha Junio César Florentino Luciano José Rezende Marcelo Nogueira de Souza Nunes Marcelo Tameirão Caldeira de Araújo Maria Emilia Borges e Borges Ramon Henrique Amaral da Silva Solon Tadeu Souza de Castro PAREDES DE DIAFRAGMA Trabalho apresentado como exigência parcial da disciplina Fundações I no Centro Universitário Metodista Izabela Hendrix, sob orientação do professor Paulo Henrique Maciel Barbosa no 6º período do curso de Engenharia Civil. Belo Horizonte 2014

3 SUMÁRIO 01 Introdução Tipos de Paredes de Diafragma Materiais Equipamentos Projetos Execução Controle Tecnológico Controle Ambiental Critérios de Medição e Pagamento Conclusão Bibliografia...24

4 01 INTRODUÇÃO As paredes de diafragma são painéis de concreto, geralmente armado, préfabricados ou moldados in loco com a função de contenção em escavações de subsolo. Os painéis são executados por meio do preenchimento de trincheiras escavadas com o uso contínuo de lama bentonítica, cuja função é estabilizar as paredes de escavação e contrabalançar o empuxo causado pelo lençol freático no terreno. Pode-se, também, utilizar polímeros no lugar da lama bentonítica. Para a escavação, é empregado o equipamento clam shell hidráulico. Elementos estruturais de concreto armado concebidos para contenção de empuxos de terra, água e sobrecargas em escavações verticais profundas, as paredesdiafragma são uma solução recorrente nos centros urbanos, onde a falta de área livre dificulta a execução de outros processos. Na origem da técnica de construção de paredes diafragmas aparece o trabalho pioneiro da indústria de perfuração de poços petrolíferos. Apesar do efeito estabilizador das lamas nas perfurações ser conhecidas desde 1900 na indústria petroleira, a primeira publicação sobre o assunto só aparece em A bentonita foi introduzida nos sistema de lama em Progressos técnicos consideráveis só ocorreram no início dos anos 40. Os primeiros diafragmas de concreto armado surgem na Itália nos anos 50; primeiro como funções de impermeabilização, mais tarde como obras de contenção. No Brasil a primeira parede diafragma foi executada pela FRANKI para o Edifício do Pelletron, na Universidade de São Paulo em O trabalho tem por objetivo a pesquisa bibliográfica das paredes de diafragma e sua aplicação na indústria da construção civil. 4

5 02 TIPOS DE PAREDES DE DIAFRAGMA A parede diafragma consiste em se realizar, no subsolo, um muro vertical de profundidades e espessuras variáveis, constituídos de painéis elementares alternados ou sucessivos, e aptos a absorver cargas axiais, empuxos horizontais e momentos fletores. A parede poderá ter função estática ou de interceptação hidráulica, podendo ser constituída de concreto simples ou armado, pré-moldada ou de coulis, conforme o escopo a que se destinar. As paredes diafragma pré-moldadas são constituídas por uma série de elementos em concreto armado, preparados em usina ou no próprio canteiro. Esses painéis são dimensionados e armados para responder às solicitações a que serão submetidos. A parede diafragma plástica é uma barreira vertical escavada com a utilização de coulis (mistura de cimento, bentonita e água), com o objetivo de reduzir a percolação horizontal da água. Para melhorar sua eficiência, a parede deve penetrar na camada de solo impermeável subjacente. A parede moldada "in loco", ou diafragma contínuo, realiza no subsolo um muro vertical de concreto armado de espessura variável de 30 até 120 cm, apto a absorver cargas axiais, empuxos horizontais e momentos fletores, podendo alcançar e superar profundidades superiores a 50m. A parede diafragma é executada em painéis ou lamelas (sucessivos ou alternados), cuja continuidade é assegurada com o auxílio de um tubo ou chapa-junta, colocado após a escavação do painel e retirado logo após o início do endurecimento do concreto. Fig.01 Parede de diafragma pré-moldada Fonte: Basfond (2014) 5

6 Fig.02 Parede de diafragma plástica Fonte: Fundesp (2014) Fig.03 Parede de diafragma moldada in loco Fonte: Revista Construção Mercado (2012) 6

7 03 MATERIAIS Concreto: É aceito desde que a resistência característica aos 28 dias de cura, determinada confome NBR12655 (Concreto de cimento Portland - Preparo, controle e recebimento Procedimento) deve ser maior ou igual a 20,0 Mpa, consumo de concreto de 400 kgf/m³ ou especificado em projeto. O fator água/cimento 0,6 e slump-test de 20 ± 2 cm Os lotes não devem possuir volume de concreto superior a 100 m³. Lama Bentonítica: É aceita desde que o peso especifíco esteja compreendido entre 1,025 g/cm³ e 1,10 g/cm³; a viscosidade Marsh esteja compreendido no intervalo de 30 s a 90 s; o ph esteja compreendido entre 7 e 11; o percentual de areia seja maior ou igual a 3%. Para reduzir impacto ambiental do serviço, empresas vêm substituindo a lama bentonítica por polímero biodegradável como fluido estabilizante Aço estrutural: Os aços são classificados conforme sua resistência, definida pela sua composição e processo de fabricação. Assim, adota-se o CA-25 (superfície lisa) e CA-50 (superfície nervurada). São produzidos de acordo com as especificações da NBR 7480/96 (Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado). Quando os parâmetros acima não forem obedecidos deve-se efetuar sua imediata substituição. Fig.04 Concreto de cimento portland Fonte: Solonet (2014) 7

8 Fig.05 Lama bentonítica Fonte: Solonet (2014) Fig.06 Aço estrutural Fonte: ESO (2011) 8

9 04 EQUIPAMENTOS As paredes de diafragma têm evoluído com o avanço do maquinário. Aumentou-se a capacidade de escavação atingindo maiores profundidades e espessuras de paredes com segurança, velocidade e redução de ruído. Para confecção da parade de diafragma utiliza-se os seguintes equipamentos: a) Diafragmadores Hidráulicos: Os equipamentos diafragmadores hidráulicos de grande porte são capazes de auferir maior rapidez executiva, menor exposição de um furo aberto, e maior controle de verticalidade e prumo de escavações, constituindo uma alternativa ao clamshell mecânico, utilizado no Brasil desde a década de b) Clam-Shell: Equipamento tem aplicação consagrada em obras de fundações e contenções. Sua especificação e uso, contudo, devem estar respaldados por estudo geotécnico prévio minucioso e por boas práticas de execução. Tem como principal característica a capacidade de executar paredes retangulares com espessura entre 30 cm e 1,40 m. A largura padrão de cada painel é de 2,50 m, podendo chegar a 3,80 m. A escavação com clamshell é uma evolução técnica das cortinas com estacas justapostas tipo strauss ou escavadas mecanicamente. Com baixo custo de operação, o clamshell pode estar livremente suspenso ou ser acoplado às barras kelly (hastes de metal que suportam e dirigem o clamshell). A ferramenta também pode ser acoplada a guindastes convencionais de esteiras ou a equipamentos especialmente desenhados para operá-la. O fechamento das conchas ou mandíbulas que fazem a remoção da terra é passível de ser feito tanto por acionamento mecânico (com roldanas) como hidraulicamente. c) Guindaste Auxiliar e Principal: O guindaste deve estar dimensionado para suportar, com folga, as solicitações provocadas pela operação de escavação (guinchos, estabilidade etc.). Além disso, o clamshell, quando livremente suspenso, deve estar acoplado ao cabo de suspensão, por meio de um destorcedor, a fim de eliminar o fenômeno de torção, que é induzido pelo cabo de suspensão. Nos últimos anos, a evolução tecnológica não teve o clamshell como foco principal, mas sim os guindastes aos quais a ferramenta é acoplada. As empresas brasileiras investiram muito na modernização do seu parque de guindastes. Tanto que hoje há equipamentos de última geração, mais eficientes e seguros, com sistemas de controle de poluição sonora e de emissão de poluentes incorporados. 9

10 d) Central de Lama: A lama bentonítica é preparada em uma instalação especial denominada central de lama, onde se faz a mistura da bentonita (transportada em pó, com uma concentração variando de 25 a 70 kg de bentonita por metro cúbico de água, em função da viscosidade e da densidade que se pretende obter. Na central há um laboratório para controle de qualidade (parâmetros exigidos pela Norma Brasileira de Projeto e Execução de Fundações NBR 6122). e) Bombas: Bombas de alta vazão, do tipo submersa ou não, apropriadas para bombeamento de lamas densas e com alta percentagem de areia. f) Desareadores: Equipamento utilizado para retirar areias da lama bentonítica. g) Tubos ou Chapas: Após o término da escavação iniciamos a montagem das chapa-junta, colocação da armação no painel e do tubo tremonha para concretagem. As chapas-junta são montadas verticalmente nas laterais da escavação, com seção trapezoidal virada para dentro da mesma, formando assim uma junta fêmea, que na concretagem do painel seguinte será preenchida, solidarizando-se com este. h) Limpador de Juntas: Ferramenta que permite proceder a uma raspagem eficiente na junta fêmea do painel que vai se concretando a fim de remover todo o solo à ela aderido devido a escavação do painel, esse limpador de junta é utilizado logo em seguida após a escavação da parade de diafragma, caso fique algum resíduo de solo na junta poderá causar complicações infiltração de água nas paredes de diafragma. i) Funil de Concretagem: A concretagem é feita com concreto usinado, lançado dentro do painel escavado com a ajuda de um funil. j) Caminhões Betoneiras: A base da prestação de serviços de concretagem está nos caminhões betoneira, pois ao contrário do que pode parecer, estes veículos são responsáveis não apenas pelo transporte do concreto até a obra, mas por toda a mistura e homogeneização dos materiais componentes do concreto. A movimentação da betoneira se dá através de duas pequenas alavancas, que controlam o sentido de giro do tambor (balão) e a velocidade deste giro, ou seja, sentido horário para carregar o caminhão e homogeneizar a mistura e anti-horário para descarregar o concreto. Além do sistema de rotação, são necessárias também chapas helicoidais, dispostas internamente no tambor, de modo a auxiliar na mistura dos materiais e na descarga do concreto. k) Caminhão Basculante: Utilizado no transporte do material para bota-fora. 10

11 l) Retroescavadeira: Utilizada na escavação da mureta-guia. Fig.07 Diafragmadora Hidráulica Fonte: Revista Téchne (2013) Fig. 08 Parede de diafragma executada com hidrofresa - componentes Fonte: Revista Téchne (2013) 11

12 Fig.09 Parede de diafragma executada com clamshell - sequência de execução Fonte: Revista Téchne (2013) Fig.10 Parede de diafragma executada com hidroesfera - sequência de execução Fonte: Revista Téchne (2013) Fig.11 Bomba para circulação da lama bentonítica Fonte: Revista Equipe de Obra (2013) 12

13 05 PROJETOS A parede de diafragma pode ser definida como uma cortina vertical de concreto armado encravada no solo, que serve como contenção para escavações. Deve-se preparar o canteiro e estudar variáveis como interferências enterradas, espaço para manejo dos equipamentos e restrições ao tráfego de caminhões. Indicada para obras de construção civil realizadas abaixo do lençol freático, a execução de paredes de diafragma pode ser utilizada para a construção de estacas retangulares para fundação ou para a criação de painéis de contenção. Nesse segundo caso, ela pode ser aplicada praticamente em todo o tipo de solo e atingir grandes profundidades, sem gerar vibrações significativas durante sua execução e com alta capacidade de estanqueidade. Em comparação com soluções equivalentes, a parede de diafragma apresenta custo mais competitivo, especialmente para obras urbanas. Isso porque a técnica alia poder de vedação, alta capacidade de estanqueidade e elevada capacidade estrutural, além de oferecer a possibilidade de escavar verticalmente. A segurança e a eficácia da parede de diafragma depende diretamente de um projeto bem concebido, baseado em informações confiáveis advindas de estudos prévios e sondagens. O volume de sondagens, aliás, tem que ser compatível com as dimensões da obra até para que a empresa executora tenha condições de mensurar corretamente o trabalho e realizar um orçamento justo. O projeto deve conter, pelo menos, os seguintes dados: a) Local de execução; b) Cota de apoio / Cota de arrasamento; c) Espessura da parede; d) Armadura das Gaiolas; e) Peso da maior gaiola a ser içada: f) Detalhamento da mureta guia; g) Divisões e sequência executiva dos paineis; h) Traço do concreto (resistência, slump-test e brita); i) Detalhamento da escavação mecênica do terreno; j) Detalhamento da execução dos tirantes (quando necessário); k) Diâmetro e quantidade de cordoalha para execução dos tirantes; 13

14 l) Carga de trabalho e teste dos tirantes. Fig. 12 Projeto de contenção com parede de diafragma Fonte: Revista Téchne (2012) Fig. 13 Planta de execução da parede de diafragma Fonte: Naresi (2014) 14

15 06 EXECUÇÃO Para a execução da parede de diafragma são realizadas várias operações que interligam-se entre si e cada uma deve ser planejada com antecedência para que não haja imprevistos. A evolução das técnicas de execução tem buscado mitigar problemas, minimizar patologias e transpassar limites anteriormente impenetráveis pelos processos convencionais Podemos destacar as seguintes fases bem definidas, a saber: Mureta Guia (1): Antes da execução da parade de diafragma, constroem-se muretas para guiar a escavação com o clam shell. A mureta guia tambem impede o desmoronamento do terreno próximo à superfície. Escavação com lama bentonítica (2): Antes da escavação é necessário fazer testes na lama para saber se ela está em condições de uso tendo em vista o tipo de solo a ser atingido durante a escavação. Os testes servem para controlar a densidade, a viscosidade, o ph e o cake (película impermeável nas paredes da escavação formada pela penetração da lama nos vazios do solo). A escavação é feita pela penetração do clam shell, que faz o corte do solo. Na medida em que o solo vai sendo retirado, é introduzida simultaneamente mais lama. A escavação é executada até a profundidade prevista em projeto. Função da lama: A lama bentonítica apresenta como característica principal a propriedade da tixotropia um estado fluido quando agitada e mais gelatinoso quando em repouso. As principais funções da lama durante a escavação são suportar a face da escavação, formar uma película ( cake ) para impedir sua própria dispersão no solo e deixar em suspensão partículas sólidas do solo escavado para evitar que elas se depositem no fundo da escavação. No lugar de lama bentonítica, também pode-se usar polímeros. A lama é conduzida até o ponto da escavação por tubulações metálicas com engate rápido ou mangueiras de plástico rígido. Troca da lama de escavação: Terminada a escavação, a lama que se encontra dentro da vala escavada apresenta grande quantidade de sólidos (grãos de areia) em suspensão (25% a 30%). Na concretagem, a lama deve possuir um teor máximo de areia de 3%. Por isso, ela é trocada por meio de substituição ou de circulação durante o processo. Instalação da armadura (3): Quando se trabalha com painéis armados moldados in loco, uma armadura formada por barras longitudinais e estribos montados em forma 15

16 de gaiolas é içada e mergulhada na escavação com o auxilio de um guindaste. No projeto das gaiolas das armaduras deve sempre ser levado em conta que a concretagem é submersa. Por isso, os ferros longitudinais devem ter espaçamento mínimo de 10 cm e um recobrimento mínimo de 4 cm para se garantir um perfeito envolvimento pelo concreto. No trecho central da gaiola, deve ser previsto um espaço de 30 cm a 60 cm para descida do tubo de concretagem. Concretagem (4): O processo de concretagem usado na execução das paredes de diafragma é o submerso, o que significa que é executado de baixo para cima de uma maneira continua e uniforme. O concreto a ser lançado não deve se misturar com a lama bentonítica existente na escavação. Para isso, mergulha-se um tubo de concretagem (tremonha) até o fundo da escavação com um êmbolo que expulsa a lama pelo próprio peso da coluna de concreto. O concreto usado no processo submerso tem como principal característica a alta plasticidade. Ele é lançado por um funil colocado na extremidade superior da tremonha. Fig.14 Execução da parede de diafragma moldada in loco Fonte: Revista Infraestrutura Urbana (2011) 16

17 07 CONTROLE TECNOLÓGICO O controle tecnológico das característica do concreto deve abranger: a) Verificação do slump (NM 67 - Concreto - Determinação da Consistência pelo Abatimento do Tronco de Cone) de todo caminhão betoneira que chegar na obra, o slump deve atender o especificado no traço do concreto. Quando não atender o especificado o concreto é rejeitado; b) A moldagem de 4 corpos de prova cilíndricos, conforme (NBR Moldagem e Cura de Corpos de Prova Cilíndricos ou Prismáticos de Concreto) de todo caminhão betoneira que chegar a obra, para determinação da resistência à compressão simples, conforme (NBR Concreto - Ensaios de Compressão de Corpos de Prova Cilíndricos), aos 7 e 28 dias de cura. O controle tecnológico da lama bentonítica deve abranger: a) Deve-se determinar as características da lama bentonítica após seu preparo e antes da escavação, antes da concretagem e no seu reaproveitamento, e sempre que houver suspeita das variações da característica do material. b) Devem ser executadas as seguintes determinações: massa específica, viscosidade Marsh, ph e percentual de areia. Fig.15 Moldagem de corpos de prova cilíndricos Fonte: ESO (2012) 17

18 Fig.16 Procedimentos para ensaio de viscosidade marsh Fonte: Naresi (2014) 08 CONTROLE AMBIENTAL O procedimento de controle ambiental referem-se à proteção de corpos d'água, da vegetação lindeira e da segurança viária. Os cuidados e providências para proteção do meio ambiente no decorrer da execução da parede diafragma são: a) Deve ser implantada a sinalização de alerta e segurança de acordo com as normas pertinentes aos serviços; b) Deve ser proibido o tráfego dos equipamentos fora dos limites da obra visando evitar danos desnecessários à vegetação e interferências na drenagem natural; c) As áreas destinadas ao estacionamento e manutenção dos veículos devem ser devidamente sinalizadas, localizadas e operadas de forma que os resíduos de lubrificantes ou combustíveis não sejam carreados para os cursos d'água. As áreas devem ser recuperadas ao final das atividades; d) Todos os resíduos de materiais utilizados devem ser recolhidos e dada a destinação apropriada; 18

19 e) O material resultante da escavação deve ser transportado para depósito de material excedente previamente aprovado; f) A lama bentonítica utilizada deve ser recolhida e transportada para local previamente aprovado pela fiscalização para tratamento, reaprovaitamento ou para ser destinado ao depósito de material excedente; g) É proibido o escoamento da lama bentonítica no sistema de drenagem, provisório ou definitivo e nos corpos d'água; h) Evitar o carreamento do concreto utilizado para os cursos d'água e sistema de drenagem; i) A área afetada pelas operações de construção e execução deve ser recuperada, mediante a limpeza dos canteiros de obra; j) É obrigatório o uso de EPI, equipamentos de proteção individual, pelos funcionários. Fig.17 Utilização de equipamentos de proteção individual Fonte: Revista Equipe de Obra (2013) 19

20 Fig.18 Armazenamento de lama bentonítica Fonte: Revista Equipe de Obra (2013) 09 CRITÉRIOS DE MEDIÇÃO E PAGAMENTO As paredes de diafragma executadas e aceitas pelo contratante devem ser medidas em metro cúbico (m³), obtidos através do produto das espessuras, extensões e profundidades efetivamente executadas e aceitas pela fiscalização do contratante. A parede de diafragma é paga conforme o respectivo preço unitário (un) contratual, no qual estão inclusos: as operações de escavação, concretagem, armação, execução das paredes-guias, fornecimento e colocação de lama bentonítica, transporte dos materiais escavados para bota-fora, fornecimento de concreto e do aço, mão de obra com encargos sociais, BDI (Benefícios e Despesas Indiretas), e equipamentos necessários aos serviços e outros recursos utilizados. Necessário para mensuração e pagamento da parede de diafragma que tenhamos um check list para acompanhamento do avanço físico do dispositivo que contemple: a) Avaliação da experiência do prestador de serviços, a qualidade dos equipamentos e a especialização da equipe; b) Ofereça informações completas à contratada quanto aos problemas que podem existir no terreno, como fundações antigas; c) Verificação de alguma restrição ao tráfego de caminhões ao programar a chegada 20

21 e saída dos equipamentos e dos caminhões de terra; d) Prepare o canteiro para receber as máquinas e verifique se o terreno suporta os equipamentos pesados; e) Controle do andamento da obra verificando os boletins dos painéis. Fig.19 Planejamento para execução da parede de diafragma Fonte: ESO (2012) 21

22 10 CONCLUSÃO Sabe-se que o uso da parede de diafragma é indicada para a contenção de terrenos que não possuem grande área livre de movimentação para escavações, mas que necessitam de técnicas relevantes e assertivas que garantam a proteção e devida contenção da terra, evitando assim a movimentação da mesma. Ao pensar numa obra como um todo, a fase de contenção representa um gasto financeiro considerável, devendo então a técnica ser executada de modo certeiro e evitando assim qualquer tipo de retrabalho. Para isso o estudo prévio para a realização do projeto deve ser associado ao da fundação e ao do solo, sem saber precisamente tais informações o processo pode vir a ser questionado. O estudo do projeto pré-obra é essencial, já que essa etapa de contenção pode vir a ser realizada junto com a de fundações, e a movimentação e ação da terra e mão de obra tem que ser bem empregada e sincronizada. A técnica das paredes de diafragma traz a segurança oferecida pela modernidade dos equipamentos de realizar cortes verticais profundos e precisos e deixando as armaduras fixadas com exatidão aos eixos. Outro fator positivo é a adaptação da técnica em três tipos, o que visa trazer assertividade ao projeto e evitar gastos desnecessários, com técnicas não fundamentais no terreno. Pode-se pensar como fator negativo a necessidade de ter uma equipe especializada para realizar a mão de obra, que exige precisão ao extremo, e que uma equipe não qualificada pode vir a prejudicar a execução, e erros no decorrer desse processo podem vir a representar um desastre financeiro para a obra. 22

23 11 BIBLIOGRAFIA NBR Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro: ABNT, NBR Concreto Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro: ABNT, NBR Concreto Ensaios de compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro: ABNT, NBR NM 67. Concreto Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Rio de Janeiro: ABNT, NBR Água Determinação de alcalinidade Métodos potenciométrico e titulómetrico. Rio de Janeiro: ABNT, NBR Solo ou agregado miúdo Determinação do equivalente de areia Metódo de ensaio. Rio de Janeiro: ABNT, NBR NM 52. Agregado miúdo Determinação da massa especifíca e massa específica aparente. Rio de Janeiro: ABNT, REVISTA INFRAESTRUTURA URBANA. São Paulo, Pini, ano 01, n.02, abr REVISTA EQUIPE DE OBRA. São Paulo, Pini, ano 09, n.57, mar REVISTA CONSTRUÇÃO MERCADO. São Paulo, Pini, ano 10, n.131, jun REVISTA TÉCHNE. São Paulo, Pini, ano 16, n.200, nov REVISTA INFRAESTRUTURA URBANA. São Paulo, Pini, ano 01, n.15, dez REVISTA TÉCHNE. São Paulo, Pini, ano 15, n.186, jun

24 NARESI, Luiz Antônio. Parede de diafragma moldada "in loco" com auxílio de lama bentonítica. Disponível em: < Acesso em: 12 mar FUNDESP. Parede de diafragma pré-moldada "in loco". Disponível em: < Acesso em: 12 mar