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XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 Remediação de Recalques em Edifício em Construção por meio de Injeções de Consolidação - Estudo de Caso Max Valério Rodrigues Barbosa Solotrat, Brasília, Brasil, max@solotrat.com.br Max Gabriel Timo Barbosa Universidade de Brasília, Brasília, Brasil, maxtimo@globo.com Neusa Maria Bezerra Mota BMS Engenharia, Brasília, Brasil, neusamota@bmsengenharia.com.br Eugênio Pabst Vieira da Cunha Interact Engenharia, São Paulo, Brasil, eugenio@interact.eng.br Danilo Costa de França Interact Engenharia, São Paulo, Brasil, danilo@interact.eng.br RESUMO: Durante a construção de um edifício alto, fundado em tubulões, notaram-se trincas características de recalques distorcionais. Investigando-se o problema, viu-se que a principal causa dessa ocorrência foi a inferência errada quanto a compressibilidade do solo sob a base dos tubulões, mais deformável que o esperado. Essa observação foi corroborada por monitoramento de recalques que indicou deslocamentos elevados do edifício, com velocidades de até 200,0 µm/dia, na fase final de construção, com 80% da carga total do edifício instalada. Como solução, pelas características do subsolo do edifício e o estágio em que a obra estava, escolheu-se a técnica de injeções de consolidação, também chamadas de tube-à-manchette. Com a execução da obra conseguiu-se a estabilização dos recalques da estrutura. Ademais os parâmetros relatados neste artigo podem servir de base para futuros trabalhos semelhantes. PALAVRAS-CHAVE: Remediação de recalques, prédio em construção, injeções de consolidação. 1 INTRODUÇÃO Fundações são projetadas para transferir esforços da estrutura para o maciço de maneira controlada, atendendo aos estados limites último e de serviço da estrutura. Para isso as condições do subsolo devem ser bastante investigadas. Entretanto, na prática da engenharia civil brasileira há ainda tentativas de economia em estágios de projeto da obra; dentre essas avarezas encontram-se as sondagens e os projetos de prazos curtíssimos. Tais práticas geram diversos problemas em construções nem sempre divulgados. Este artigo apresenta um caso de obra em que essas práticas de pouca investigação do subsolo e prazos curtos de projeto causaram consequências que poderiam ter sido desastrosas caso não houvesse intervenção. O caso de obra consiste de um edifício fundado em tubulões que, após ter atingido 80% da carga de trabalho, começou a apresentar trincas na garagem do edifício. Após investigações observou-se que a compressibilidade do subsolo era superior à esperada. Diferentes sondagens à percussão haviam sido feitas, mas por diferentes empresas com diferentes procedimentos em diferentes épocas do ano, obtendo resultados diferentes. Mesmo com essas dúvidas, conjuntamente a XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 um prazo curto para o projeto da obra, a empresa responsável pelo projeto em questão previu tubulões, em local que a apenas dois metros abaixo da base do tubulão estava o nível de água. Dessa forma, após a confirmação de recalques de até 200,0 µm/dia o reforço das fundações foi visto como a única alternativa para remediação dos recalques. Após soluções como estaca raiz e estacas mega terem sido estudadas, viu-se que a solução que poderia obter melhores resultados com o menor custo eram as injeções de consolidação, também chamadas de tube-à- manchette, que idealmente tratariam o maciço de forma que a compressibilidade considerada em projeto fosse atingida. Este artigo apresenta o estudo de caso deste projeto e obra de remediação de recalques em edifício em construção por meio de injeções de consolidação. São apresentados os parâmetros adotados nas injeções, os ajustes que foram necessários quanto à distribuição projetada das injeções, a evolução dos recalques, o detalhamento da técnica tube-à-manchette e do controle executivo realizado e os procedimentos de análise da eficácia das injeções. 2 DESCRIÇÃO DA TÉCNICA TUBE-À- MANCHETTE A técnica de injeções tube-à-manchette é um processo executivo de etapas bem definidas em que a eficácia do resultado final é intrinsecamente dependente da eficácia das etapas preliminares. 2.1 Perfuração A perfuração do maciço é comumente executada por meio de perfuratriz rotativa, lavagem de água, com utilização de fluido estabilizante biodegradável. Essa precaução é necessária para não contaminar o lençol freático e não haver colapso local do solo devido ao uso de água na perfuração. O bits da perfuratriz, do tipo elétrica de eixo único, é usualmente de diâmetro de 75 mm, resultando em um furo, devido à excentricidade resultante da operação, de diâmetro no mínimo 5 % superior, de 78,75 mm. Esse diâmetro de bits éescolhido de forma que haja espaço suficiente para a introdução de um tubo de 32 mm manchetado de PVC, com manchetes comumente espaçadas a cada 0,5 m ou a cada 1,0 m, e uma mangueira de injeção paralela ao tubo, para a execução da bainha, espaço anelar entre as paredes do furo e o tubo PVC. A Figura 1 apresenta um tubo PVC manchetado típico. O tubo PVC deve ser vedado no fundo por meio de cap. Figura 1. Tubo PVC manchetado típico (Barbosa, 2018) Ressalta-se que a perfuratriz deve ser competente o suficiente para realizar as perfurações mesmo após o tratamento de consolidação avançar, pois à medida que os furos de consolidação tornam-se mais próximos (“fechamento da malha”), o torque exigido para a perfuração do maciço torna-se maior, devido ao maior confinamento provido pelas inclusões injetadas. Ademais, posteriormente podem ser necessários novos furos a depender dos resultados dos testes de verificação. 2.2 Injeção O processo de injeção da técnica tube-à- XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 manchette pode ser dividido em duas etapas: o preenchimento da bainha e a injeção das válvulas manchete. O correto preenchimento da bainha é fundamental para que posteriormente a injeção das válvulas manchete transcorra satisfatoriamente. Assim deve-se preencher a bainha com a mangueira de injeção no fundo do furo, antes da inserção do tubo PVC, evitando assim incorporação de ar na calda de cimento e garantindo uma melhor aderência do tubo manchetado com a calda e da calda com o maciço. Com esse procedimento consegue-se ter pressões de abertura de manchetes e pressões de injeção mais coerentes, indicando inclusive regiões de melhor e pior qualidade do maciço, como pode ser visto em gráficos 3D isovolumétricos gerados a partir dessas informações. A injeção das válvulas manchetes normalmente é feita no intervalo de 12 a 24 horas, em que a bainha, com fator a/c de 0,5, apresenta entre 350 a 1000 kPa de resistência à compressão uniaxial. A injeção é realizada por meio de um obturador duplo, conforme Figura 2. As pressões de abertura das manchetes e de injeção variaram de acordo com o prosseguimento dos serviços, com maiores magnitudes quando o espaçamento entre furos diminuía. A Figura 3 apresenta um corte esquemático do processo. 2.3 Controle de Qualidade O controle de qualidade das injeções passa pelo registro das pressões, volume e vazão das injeções, profundidade e inclinação dos furos e controle de horários das injeções. Tal controle é feito em boletins, disponíveis à projetista, ao executor e aos responsáveis pelo monitoramento da estrutura. Com esses dados consegue-se acompanhar a performance, reagir a anomalias e adaptaro tratamento de acordo com o andamento da obra de injeções. Ademais, as propriedades da calda de cimento devem ser controladas, com medidas periódicas da viscosidade, exsudação, densidade e coesão da calda de cimento. Essas propriedades estão intrinsecamente relacionadas ao diâmetro final atingido e ao deslocamento da calda de cimento em relação ao ponto de injeção inicial. Recomenda-se o uso do reômetro de placa de Lombardi, instrumento simples preconizado por Lombardi (1985), observado na Figura 4, para auferir a coesão, do funil Marsh para medida da viscosidade e de provetas graduadas para controle da densidade e exsudação. Figura 2. Obturador duplo (Barbosa, 2018) 3 ASPECTOS DE PROJETO Como o solo sob os tubulões era de características inferiores às previstas, idealizou- se uma solução que melhorasse o maciço local de forma que este atingisse a compressibilidade prevista em projeto e houvesse a estabilização dos recalques em tempo hábil. A solução que atendia a esses requisitos era o tratamento por injeções tube-à-manchette, comumente chamadas de injeções de consolidação. Em solos, a técnica de injeções de consolidação aumenta a capacidade de carga e diminui a compressibilidade do maciço sendo XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 tratado por meio da injeção de fluidos binghamianos sob pressão que, além de diminuir o índice de vazios local pela expulsão de água dos poros do solo pelo carregamento proveniente da pressão de injeção, também insere material de superiores características mecânicas no maciço sendo tratado. Figura 3. Corte esquemático de tubo de injeção da técnica de tube-à-manchette. (Barbosa, 2018) Figura 4. Reômetro de Lombardi (Barbosa, 2018). No Brasil comumente caldas de cimento viscosas são utilizadas. Após o término do processo das injeções de consolidação se obtém um maciço de menor compressibilidade, maior resistência e menor permeabilidade global. Na obra em questão verificou-se que era necessário o decréscimo da compressibilidade local em 120%, visto que após retroanálise de projeto, considerando o “as-built” verificou-se que o fator de segurança estava abaixo de 1,0. Só se tinha acesso a sondagens do local, o que exigiu não só o monitoramento habitual da estrutura mas também a utilização de malhas de injeções consagradas na prática, devido à necessidade de celeridade da remediação dos recalques. Para o dimensionamento da malha o que se utiliza comumente são conceitos advindos da engenharia de barragens e de Camberfort (1968), um dos precursores da técnica. Delimitou-se uma malha inicial de 2,0 x 2,0 m, chamada de primeira fase, com fechamento de malha de 0,5 a 0,5 m caso verificações por meio de sondagens observassem que o decréscimo de 120% da compressibilidade não houvesse sido atingido ou caso o monitoramento dos recalques, feito inicialmente diariamente, indicasse decréscimo da velocidade dos recalques para magnitudes aceitáveis, de menos de 80 µm/dia, parâmetro recomendado para prédio em construção fundado sobre fundações profundas (Milititsky et al, 2015). Essa preocupação adveio do fato de as injeções de consolidação tenderem a momentaneamente aumentar a compressibilidade global do maciço sendo tratado, tanto pela alteração da estrutura do maciço local quanto pela alta compressibilidade inicial das caldas. O solo in situ era ainda mais suscetível a essa instabilidade momentânea porque se tratava de um silte argiloso estruturado. Dessa forma o uso do método observacional fez-se mandatório, conforme Peck (1969), para que as pressões fossem ajustadas de maneira a não agravar irremediavelmente as condições da estrutura sendo tratada e para verificar se o maciço atingiria a compressibilidade final esperada. Para isso fez-se o controle das pressões e volume do material sendo injetado. XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 A disposição dos furos e sua interação com os tubulões não será mostrada devido a cláusulas contratuais. A Figura 5 ilustra apenas uma visão tridimensional, sem detalhamento dos tubulões nem da disposição das injeções. Figura 5. Visão esquemática tridimensional do subsolo com os tubulões e os furos de injeção. 3.1 Especificações da calda de cimento Quanto às características do fluido a ser injetado, utilizou-se parâmetros comuns de caldas de cimento viscosas (fator água/cimento de 0,5 em peso) e recomendações de AFTES (1991). A Tabela 1 apresenta as especificações iniciais das injeções. Tabela 1. Parâmetros iniciais das injeções Pressão máxima de abertura de manchetes 1200 kPa Pressão máxima de injeção 500 kPa Espaçamento entre manchetes 0,5 m Volume injetado por manchete 75 kg Densidade da calda 1,7 g/cm3 Viscosidade mínima da calda 150 mPa.s Coesão mínima da calda 7 Pa Exsudação máxima 10% Como outras medidas para que os serviços fossem executados com menores riscos à estrutura recomendou-se a não execução de furos de injeção com espaçamento inferior a 7,0 m em intervalos inferiores a 12h, baseado em experiências passadas com tratamentos semelhantes. 3.2 Especificações do controle de qualidade Como visto nos itens 2 e 3 a execução do tratamento por meio da técnica de tube-à- manchette demanda o acompanhamento dos trabalhos por meio de boletins de execução e gráficos isovolumétricos. Delimitou-se que tanto os boletins de execução quanto os gráficos isovolumétricos utilizados seriam idênticos aos vistos em Zirlis et al (2015). 3.3 Especificações do monitoramento Quanto ao monitoramento foram utilizados níveis óticos, dotados de placa plano-paralela e uma mira graduada em chapa de invar. Os pontos instrumentados foram definidos de acordo com as condições de acesso na obra, e ouvida à opinião do projetista e engenheiro responsável pela execução. As atividades pertinentes ao monitoramento consistiram basicamente em: - Instalação de pinos nos pilares da edificação, tomando-se por base uma referência de nível, Bench Mark; - Medições de recalque, com frequência diária; - Documentação e registro fotográfico. 4 RESULTADOS Os trabalho na área que precisava ser tratada, de aproximadamente 800 m2, obteve êxito, com o alcance de 120% de melhoria do solo local, após 6 meses de trabalho. Esse êxito foi verificado por meio de sondagens de campo e pela desaceleração dos recalques após a intervenção. A Figura 6 apresenta um dos gráficos do monitoramento dos recalques, cujo acompanhamento começou 90 dias antes do início dos serviços das injeções tube-à- manchette. Observa-se na Figura 6 que após o início das injeções houve um aumento da velocidade dos recalques, para posterior estabilização próximo ao término das injeções. Esse aumento na velocidade dos recalques após o início das injeções também se deveu ao fato de que o prédio, por ainda estar em construção, aumentar as solicitações de carga sobre as fundações. De todo modo após cerca de 90 dias do início dos tratamento, com uma malha mais fechada, observou-se a estabilização dos recalques e uma diminuição da velocidade destes para valores XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 aceitáveis. Figura 6. Recalque acumulado (mm) vs tempo (dias), com a indicação do início e término das injeções. Para esses resultados serem obtidos, teve-se 190 furos de injeção, de profundidade média de 19,0 m (5 m só com a bainha, sem injeção), apresentando uma malha de densidade geral de 4,21 m2/furo. Ressalta-seque a distribuição não foi homogênea, com concentração de pontos de injeção sob os tubulões. Nesses 14,0 m injetados, houve injeção de 342,7 m3 de calda de cimento, considerada a bainha, representando que 3% do maciço local (11200 m3) foi tratado. Na Figura 7 observa-se o gráfico isovolumétrico da região tratada, com clara demonstração que houve concentração de injeção em alguns pontos, em verde, evidentemente aqueles que tinham maiores solicitações de carga. Observou-se que houve uma média de 1,8 m3 injetados por furo, com intervalo de 1,41 a 2,34 m3. 5 CONCLUSÃO Após a conclusão dos serviços as injeções estabilizaram os deslocamentos do edifício, assegurando o funcionamento da estrutura para os fins projetados. Figura 7. Gráfico isovolumétrico da distribuição de calda de cimento no local das injeções. Eixo X e eixo Y em metros, representando as extensões da área tratada, e eixo Z em litros de calda de cimento. XIX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica Geotecnia e Desenvolvimento Urbano COBRAMSEG 2018 – 28 de Agosto a 01 de Setembro, Salvador, Bahia, Brasil ©ABMS, 2018 Observa-se que os parâmetros das injeções de consolidação para remediação dos recalques de um prédio em construção e o quantitativo final dessas para a melhoria de 120 % do módulo de Young equivalente de um maciço difunda-se a experiência para futuros trabalhos semelhantes. Dessa forma consegue-se ter melhor estimativa de quantidades e de cronograma executivo, aspectos importantes mas com escassas referências bibliográficas. AGRADECIMENTOS Os autores reconhecem as informações fornecidas pelas empresas Solotrat, BMS e Interact. Os autores também agradecem o apoio das seguintes instituições: o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior e a Universidade de Brasília. REFERÊNCIAS AFTES (1991). Recommendations on Grouting for Underground Works. Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 6, No. 4, pp. 383-461, 1991. Barbosa, M.G.T. (2018). Estudo do efeito de injeções cimentícias no comportamento de túneis rasos em solos metaestáveis. Dissertação de Mestrado, Publicação G.DM-296/2018, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 137 p. Camberfort, H. (1968). Inyéccion de Suelos. Ediciones Omega, Barcelona, ES, 532 p. Lombardi, G. (1985). The role of cohesion in cement grouting of rock. Fifteenth Congress on Large Dams. International Commission on Large Dams. Lausanne. Vol III, pp. 235-261. Milititsky, J., Consoli, N. C, Schnaid, F. (2015). Patologia das Fundações, São Paulo. Oficina de Textos. 256 p. Peck, R.B. (1969) Advantages and Limitations of the Observational Method in Applied Soil Mechanics. Géotechnique 19:2, 171-187 Zirlis, A. C., Souza, G. J. T., Pitta, C.A. (2015). Manual de Serviços Geotécnicos. Solotrat, São Paulo, SP, 93 p.