Abismo IV – Reforço de fundações e revenivelamento geotécnico de edifício na baixada santista

SEFE V – 2004  |  Autor: Armando de Oliveira e João Armando Lopes de Oliveira

1Resumo
O trabalho apresenta solução executada em edifício na Baixada Santista com 15 metros de altura cujo recalque diferencial levou a uma inclinação máxima de 3,4%.

Ao iniciarmos nossos trabalhos, em agosto de 2002, o edifício estava interditado e com risco de ruptura. A solução proposta e executada envolveu o reforço de fundação da região com maiores recalques com o uso de estacas Mega Injetadas, além de rebaixamento de lençol freático na região de menores recalques para acelerar o processo de renivelamento.

Esta solução divergia profundamente em conceitos técnicos e econômicos de outras propostas apresentadas por Colegas Projetistas. Lembrando que os Autores são essencialmente executores de serviços geotécnicos, os mesmos entendem que esta divergência deve-se ao distanciamento, algumas vezes existente, entre Executores e Projetistas. A esta dificuldade de comunicação dão o nome de “Abismo”, símbolo anteriormente utilizado por Mello no 1º SEFE3 para questão similar, e pelos Autores posteriormente.

Palavras-chave: Abismo, Mega, Renivelamento.

2 Considerações preliminares
Reforço de Fundações, especialmente quando com o uso de estacas à reação, também chamadas de estacas prensadas e popularmente designadas como estacas “MEGA”, é uma das áreas da Geotecnia relativamente pouco divulgadas em congressos e seminários. Estaca Mega Injetada é um tipo de fundação novo no mercado. A obra em pauta é uma das pioneiras no uso desta técnica no Brasil.

A utilização de rebaixamento de lençol freático para acelerar o processo de renivelamento também é relativamente inovador. Apesar de ser uma solução quase óbvia do ponto de vista teórico não temos conhecimento do seu uso, na prática, em obras com características similares à descrita neste artigo. Ambos são setores com forte tradição prática e empírica que frequentemente têm uma atuação comercial e técnica isolada de outros setores da Geotecnia.

Os aspectos acima citados além de outros, tal como o crescente distanciamento de projetistas dos aspectos práticos de  obras em geral, concorrem para a existência e o aumento de divergências de conceitos e opiniões entre projetistas e executores de estacas “MEGA”.

Como executores de reforço de fundações e de estacas “MEGA”, temos encontrado grande dificuldade em encontrar  uma forma ou fórum adequado de discussão desta questão que nos conduza a uma conclusão segura de atuação científica, profissional e ética.
Projetos e soluções aparentemente óbvias e corretas do ponto de vista do Projetista, transfiguram-se em inadequadas para um executor qualificado.

Não é uma questão técnica. Trata-se da dificuldade de comunicação entre profissionais atuando na mesma área ou obra. A este fenômeno denominamos “Abismo”, símbolo usado pelo Prof. Victor de Mello no I SEFE para o mesmo problema em outros setores da Geotecnia.

É nossa opinião que o problema do “Abismo”, enfatizando, símbolo da dificuldade de comunicação entre colegas atuando na mesma área ou obra, abrange não somente a Geotecnia, mas a Engenharia e outras áreas do conhecimento. No caso específico da Engenharia entendemos que o “Abismo” é a causa maior dos acidentes ocorridos nos últimos anos.

O trabalho que apresentamos abaixo é um pequeno exemplo da questão filosófica e conceitual acima citada. Sua essência está na forma de conjugação e exercício dos conhecimentos teóricos e suas consequências práticas e/ou na inversão deste procedimento.

Pretendemos com este trabalho contribuir com nossa experiência executiva para o crescimento do conhecimento dos Geotécnicos e da comunicação entre a área de Projeto e Execução de estacas “MEGA”.

3O Problema
Trata-se de edifício com largura de 6 metros, mais um balanço estrutural de 1 metro, comprimento de 40 metros e altura de 15 metros (Figura 1).

Sua fundação original era constituída de sapata corrida com largura de 1,80 ml. (Ver Projeto anexo). O sub-solo apresenta uma pequena camada de aterro e abaixo argila marinha siltosa, muito mole, cinza escura até a profundidade de 9,0 metros. Continuando, temos uma camada de areia fina, fofa a pouco compacta, com espessura de 3 a 4 metros e nova camada de argila marinha até 22 metros. (Figura 02).
O Edifício teve seu termino de construção em 1997 e, como esperado, mesmo durante as obras já apresentava grandes deformações. Além das fundações totalmente inadequadas, quase irresponsáveis, o problema foi agravado pelo desequilíbrio estrutural causado pelo balanço. As cargas nos pilares com balanço são cerca de 40% superiores às cargas dos pilares sem balanço.

A obra foi monitorada com medidas muito confiáveis por Colegas Especializados entre 30/07/1999 e 31/08/2001 quando, resumidamente, verificou-se no período:
a. Velocidade de recalque entre 3,0/mm/mês e 3,9/mm/mês.
b. Recalque diferencial máximo  de 18,13 cm Recalque diferencial máximo na frente
de 16,67 cm e nos fundos de 12,42 cm
c. Inclinação máxima entre 2,9 e  3,2%.

Iniciamos nossos trabalhos em agosto de 2002. Por motivos alheios à nossa vontade (“Abismos”) não foi possível prosseguir as medições anteriores e nem recuperar a referência de nível profunda (Bench-March).

As firmas contratadas pelo Cliente para a execução de serviços topográficos de precisão não foram confiáveis. Pelo contrário,  mostraram-se totalmente despreparadas para o trabalho.

Medições de inclinação feitas em obra com prumos especiais, (com fios de arame, pesos de 20 kg imersos em tonéis d’água, medições feitas sem vento, colocados a partir do topo do edifício), indicaram inclinação máxima da ordem 3,4% em agosto de 2002 (Figura 04).
Um grande agravante do problema foi de ordem econômica. O Cliente informava dispor somente de 20% da quantia orçada por Colegas para solucionar a questão. Outros aspectos não técnicos também interferiram, tais como interdição do edifício, propostas de demolição, tipo de uso futuro, etc.

4A Solução
4.1 Solução Comercial Propusemos ao Cliente um contrato de risco com as seguintes características básicas; garantiríamos a paralisação do processo de tombamento com reforço de fundações com estacas Mega Injetadas; estimávamos o prazo de renivelamento para valores que permitissem a reutilização do edifício em 3 anos, porém sem garantias.

4.2 A solução técnica para reforço de fundação Executamos 3 sondagens de reconhecimento complementares. Analisamos pessoalmente as amostras retiradas. Verificamos uma pequena, porém significativa, diferença entre a sondagem original feita em 1999 e a nossa em 2002 quanto à espessura e compacidade da camada de areia existente na profundidade de 9 a 12 metros.
A sondagem de 1999 tinha espessura de 3 ml, fofa. As sondagens de 2002 tinham espessura chegando a 4 ml e, em alguns casos, pouco compacta. Considerando as cargas envolvidas, a pequena diferença acima citada ajudou muito na decisão de colocar nossas estacas apoiadas nesta camada de areia. Elas foram cravadas penetrando somente 0,8 metro na areia.
Para aumentar a capacidade suporte das estacas, considerando que elas trabalharão com uma grande parcela de carga na ponta, utilizamos a técnica denominada “Mega Injetada”.

O método executivo está descrito nos pormenores de projeto encontrados anexo e bibliografia.

Basicamente, trata-se se utilizar o vazio central existente nos tubos de concreto centrifugado das estacas Mega para injetar nata de cimento sob pressão, melhorando e aumentando a resistência do solo na ponta da estaca. Com frequência a nata de cimento percola ao longo da estaca chegando à superfície, aumentando também a capacidade de carga relacionada ao atrito lateral.

Para eliminar o prejuízo que escavações abaixo da sapata corrida causariam, adotamos a técnica de se cravar as estacas Mega por cima da sapata. (Ver projetos e fotos anexo).
A solidarização das estacas com a estrutura foi feita com uma carga de aproximadamente 10 toneladas. Foram executadas 35 estacas com capacidade de carga de trabalho prevista de 20 toneladas/estaca (figura 05)

4.3 A solução técnica para renivelamento Analisamos a hipótese de se reforçar a fundação em um único lado do edifício (lado que apresentou maiores recalques) e a possibilidade de um renivelamento natural da obra. Lembrando que o recalque primário deve estar próximo ao seu final e o fato das cargas à montante serem bastante menores consideramos este renivelamento como pouco provável. Ainda que ocorresse, seria extremamente lento e demandaria prazos inaceitáveis para reutilização comercial do edifício.

Baseados em nossa experiência como executores de rebaixamento de lençol freático e de suas consequências, propusemos uma aceleração do renivelamento por este processo. O sistema utilizado foi o “ Well-Point”, ou seja, ponteiras com vácuo.
As ponteiras foram instaladas dentro de drenos profundos (atingiram a camada de areia a 9 ml) com diâmetro de 20 cm. Os drenos verticais utilizaram areia média lavada. Cada dreno/ponteira foi instalado a 50 cm um do outro, num total de 80 drenos, abrangendo toda a face montante do edifício.

Os equipamentos utilizados foram 2 bombas de vácuo refrigeradas a óleo, conforme padrão desenvolvido pela firma Griffin-Drenasa na década de 80 e até hoje locados por diversas empresas do ramo.

Executou-se um selo de argila nos 2 metros superficiais.

Em condições normais de trabalho o vácuo apresentava medidas equivalentes a 0,5 bar.

5Considerações e Cálculos:
Não é objetivo deste trabalho a interpretação dos fenômenos geotécnicos envolvidos mas sim apresentar o lado executivo do mesmo. Assim, apresentaremos somente um resumo de conceitos que balizaram a solução executada.

5.1 Cargas Adotadas:

• Pilares mais carregados: 75 ton.
• Pilares menos carregados: 45 ton.

5.2 Tensões Adotadas:

• Taxa de trabalho nas sapatas corridas mais carregadas: 3,0 ton/m².
• Segurança contra a ruptura da argila muito mole.
C = 1 ton/m²   ∴   Гr  = 6 ton/m²
Segurança ≈ 6.0  =  2       3.0

Assumindo a argila como normalmente adensada ou ligeiramente pré-adensada teremos um recalque total primário entre 40 e 50 cm. Considerando que não foram feitas medições nos anos iniciais e que não foi possível interligar as feitas posteriormente, não é possível uma posição quanto à questão, porém é provável já termos recalques totais acima de 30 cm chegando a 40 cm. Assim, entendemos que apoiar o edifício em estacas, transferindo as cargas para a camada de areia e de argila mole resolveriam a questão emergencial, mas não iriam corrigir o desaprumo.

Foram analisadas outras soluções para o desaprumo além da adotada, citando:

• Colocação de sobre carga com aterro na região à montante.
• Extração controlada do solo com perfuração Ø 10 cm na argila marinha imediatamente
abaixo do aterro. O local de trabalho seria obtido com a abertura de valas com 2,0 x 3,0 ml
com profundidade de 2,0 metros e rebaixamento do lençol freático, em locais próximos às
sapatas de montante.
• Rebaixamento do lençol freático com uso de eletro osmose.

6Resultados
Os resultados quanto ao reforço de fundação foram os esperados. Todas as medidas de recalque feitas após o término das estacas Megas Injetadas indicaram total estabilização e até mesmo “levantamento”. Porém, como já citamos anteriormente, estas medições não foram confiáveis.

Os resultados quanto ao renivelamento superaram nossas expectativas.
Anexo, apresentamos gráfico do reaprumo desde setembro de 2002 até maio de 2004.

Por uma questão econômica as medições da obra em 2004 foram feitas pelo Cliente e transmitidas a nós. Também por uma questão econômica em alguns meses de 2004 o Cliente desativou o sistema de rebaixamento do lençol freático. Foi constatado que no período em que os “Well-Points” estavam desligados o renivelamento cessava e aparentemente não havia qualquer tipo de recalque.

A utilização comercial do edifício foi reiniciada em dezembro de 2003.

7Considerações complementares:
Imediatamente após o término do reforço de fundações com estacas Mega Injetadas e após o inicio do sistema de renivelamento com uso de rebaixamento do lençol freático contatamos um reaprumo da ordem de 0,5% num período extremamente curto, da ordem de 50 dias. Não temos uma explicação lógica para o fato.

A última medição, maio de 2004, indicou um desaprumo de 1,80%.

O Cliente foi avisado e advertido quanto aos graves problemas que ocorreriam com o vizinho à montante. Surpreendentemente, e também sem termos uma explicação razoável, o recalque dos vizinhos foi muito menor do que o esperado. Considerando que as estruturas vizinhas eram leves foi possível e barata a sua recuperação.

Caso executássemos o reforço de fundações como acima descrito em 1999, seria possível estabilizar e renivelar totalmente o edifício simplesmente equilibrando o residual de deformação das sapatas até elas se apoiarem nas estacas. Ressaltamos que a execução das 35 estacas Megas Injetadas foi feita num prazo de aproximadamente 10 dias e que a utilização comercial do edifício em 1999 (Fórum) permitia obras em períodos até maiores. Apesar da delicadeza do assunto somos obrigados, por uma questão ética, a destacar este fato. Sem qualquer dúvida a resolução do problema no seu início, em 1998 ou 1999, quando o edifício tinha desaprumos de 2% teria sido mais fácil do que quando o mesmo atingiu 3,4%.

Trata-se de uma das faces do “Abismo”, nossa tese acadêmica. Ironicamente, a questão se iniciou com outra face do “Abismo”, se considerarmos que houve um Engenheiro Civil que se responsabilizou pela colocação de um edifício com 15 metros de altura, 6 metros de largura, com sapatas corridas sobre argila marinha muito mole até a profundidade de 9 metros na década de 1990, na Baixada Santista!!!

Agradecemos a colaboração do Eng. Ivan Grandis nos cálculos e estudos realizados, construindo uma ponte virtual sobre o Abismo.

8Anexos:


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