Análise do Comportamento Geotécnico

Torre Kilamba em Luanda - Angola

Wilson de Carvalho Chipenhe Saituma

Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil – Geotecnia

Orientador: Professor Alexandre da Luz Pinto

Júri

Presidente: Professor Doutor Jaime Alberto Santos

Orientador: Professor Alexandre da Luz Pinto

Vogal: Professora Doutora Laura Maria Mello Saraiva Caldeira

Maio de 2015

“Se você pensa que pode ou

sonha que pode, comece. Ousadia

tem genialidade, poder e mágica.

Ouse fazer e o poder lhe será

dado”.

“Whatever you think you can do or

believe you can do, begin it. Action

has magic, grace and power in it”

(Johann W. Goethe)

I

RESUMO

O grande crescimento infraestrutural que se tem vindo a observar na cidade capital de Angola,

Luanda, quer na zona periférica (espaços livres), como na zona urbana (densamente ocupada), tem

levado a necessidade da adoção de soluções construtivas cada vez mais exigentes, quer do ponto de

vista das ações impostas pelas construções, assim como do ponto de vista geotécnico, tendo em

conta a necessidade de ocupação do subsolo. Não obstante este crescimento, cujas soluções em

muito se têm beneficiado dos conhecimentos e experiências de outros países, existe uma grande

escassez de estudos, locais, relativos ao comportamento dos solos existentes na região, bem como

nas técnicas que melhor se adaptam a cada um dos inúmeros problemas geotécnicos existentes.

A zona baixa da cidade de Luanda, localizada junto à costa marítima, cujos solos são

predominantemente arenosos, com elevada permeabilidade e presença de nível freático elevado, tem

sido das mais solicitadas, albergando edifícios de grande porte, e em muitos casos em áreas

ocupadas anteriormente por vivendas unifamiliares, com grandes restrições em termos de espaço, e

vizinhança, o que torna as soluções mais exigentes.

É com base nestes pressupostos que foi desenvolvido este trabalho, com o qual pretende-se dar um

contributo nas abordagens relativas à estas problemáticas.

Inicialmente procurou-se efetuar uma abordagem geral relativa aos fundamentos teóricos que

envolvem o comportamento das estruturas de suporte flexíveis, quer do ponto de vista geotécnico,

como estrutural, com maior destaque para as cortinas em betão armado (paredes moldadas). Fez-se

também uma abordagem geral, relativa ao faseamento construtivo das paredes moldadas, bem como

de um dos sistemas de escoramento interno, com recurso a técnica “top-down”.

O presente trabalho tem como principal objeto de estudo, a análise do comportamento geotécnico de

uma edifício com 28 pisos elevados, e 3 enterrados, localizado na baía de Luanda, cujo cenário

geotécnico foi anteriormente descrito. Como solução para o projeto de infraestruturas foi definido

fundar o edifício em estacas com 1m de diâmetro e profundidades variáveis entre os 20 m e 30 m,

solidarizadas por uma laje de fundo (ensoleiramento geral). Foi adotado para a contenção periférica,

paredes moldadas com travamento em bandas de laje, 3 níveis, cujas extremidades livres apoiam-se

em microestacas. Para o impedimento da estrada de água pelo fundo da escavação, executou-se um

tampão de fundo com colunas de jet grouting, com 3m de espessura.

Para este caso de estudo, foi inicialmente analisado o cenário geotécnico, com base no relatório de

sondagens (SPT) disponível, a partir do qual, e com recurso à correlações, obtiveram-se os

parâmetros dos solo, os quais foram utilizados na modelação da solução executada em obra. Esta

modelação foi efetuada no programa de elementos finitos PLAXIS 2D.

Após a validação dos parâmetros inicialmente admitidos, foram estudadas duas alternativas cuja

base centrou-se na alteração da cota do tampão de fundo. Após a comparação das distintas

soluções, quer do ponto de vista dos esforços internos, quer dos deslocamentos, foi validade uma

das alternativas a qual foi submetida a uma verificação de segurança aos estados limites últimos de

resistência à flexão e ao esforço transverso. Estas verificações de segurança serviram de base para

uma breve análise económica, para melhor perceção dos ganhos conseguidos com a mesma.

Finalmente, foram feitas algumas considerações sobre o presente estudo, bem como análises e

sugestões para a continuidade dos estudos inerentes às soluções propostas.

Palavras chave

Cortinas; escoramento interno; top-down; jet grouting.

II

III

ABSTRACT

The large structural growth below that has been observed in the capital city of Angola, Luanda, as in

the peripheral zone (open spaces), as in urban areas (densely occupied), has led to the need to adopt

constructive solutions increasingly demanding and from the point of view of the actions imposed by

the construction, as well as geotechnical viewpoint, taking into account the need to occupy the subsoil.

Despite this growth, whose solutions have benefited much of the knowledge and experiences of other

countries, there is a lack of studies, local, concerning the behavior of the other soils in the region, as

well as the techniques that are best suited to each of the numerous existing geotechnical problems.

The down town area of Luanda, located next to the sea coast, whose soils are predominantly sandy,

with high permeability and the presence of high water table, has been the most requested, housing

large buildings, and in many cases previously occupied areas for single-family homes, with heavy

constraints in terms of space, and neighborhood, which makes it the most challenging solutions. It is

based on these assumptions was developed this work, which aims to make a contribution in the

approaches to these problems.

Initially we tried to make a general approach to the theoretical foundations involving the behavior of

flexible support structures on the geotechnical point of view, such as structural, most notably the

curtains reinforced concrete (diaphragm walls). There was also a general approach on the

constructive timing of diaphragm walls, as well as one of the internal bracing system, where the "top-

down" technique.

This work has as main goal, analysis of geotechnical behavior of a building with 28 floors high, and 3

buried, located in the gulf of Luanda, whose geotechnical scenario described above. As a solution to

the infrastructure project was set to base the building on piles with 1m in diameter and varying depths

between 20 m and 30 m, integrally by a bottom slab (general mat foundation). Was adopted for the

peripheral containment walls framed with locking slab bands, 3 levels, whose free ends are supported

by micropiles. For the avoidance of water road by digging the background, ran up a fund cap with jet

grouting columns, with 3m thick (bottom plug).

In this case study was initially analyzed geotechnical scenario, based on surveys report (SPT)

available from which, by using the correlations obtained the parameters of soil, which were used in the

modeling of performed in solution work. This patterning was performed in Plaxis 2D finite element

program.

After validation of the initially admitted parameters, were studied two alternatives whose base focused

on the changing of the bottom cap level. After the comparison of different solutions, both from the

internal stresses or displacements point of view, one alternative has been validated which was

subjected to a security check at the ultimate limit state of resistance to bending moment and shear.

These security checks were the basis for a brief economic analysis, to better perception of the gains

made with it.

Finally, we made some observations on this study, as well as analysis and suggestions for the

continuation of studies inherent to the solutions proposed

Keywords

curtains; internal bracing; top-down; jet grouting;

IV

V

AGRADECIMENTOS

Serve esta nota para manifestar os meus agradecimentos, à todos que direta ou indiretamente

contribuíram para a realização deste trabalho. Assim sendo passo à agradecer;

À Deus Pai Todo Poderoso, pela sua Graça e Presença na minha vida.

Aos meus Pais, Jorge Saituma e Isabel Paulino Chipenhe Saituma, pelo apoio incondicional, pela

educação, e por sempre acreditarem em mim.

Às minhas irmãs, Olga, Vissolela, Osvaldina, Carmen e Raquel, por todo o vosso suporte, amor e

carinho.

Ao Professor Alexandre Pinto, pela orientação, disponibilidade sempre que precisei, e pela confiança

depositada em mim, desde o início.

Ao Engenheiro Xavier Pita, pela grande ajuda e disponibilidade, desde o início do trabalho.

À Professora Drª. Laura Caldeira, pela ajuda no esclarecimento de dúvidas, e sugestões, sempre que

solicitei.

À Professora Drª. Rafaela Cardoso, pela ajuda e disponibilidade.

Aos Professores Pedro Mendes, Oliveira Pedro e Ricardo Vieira pela ajuda e disponibilidade.

À Empresa Dar Al-Handasah, pelo grande contributo na minha formação técnica.

À Empresa JetSJ, pela disponibilidade de material de consulta geral, relativa ao projeto Kilamba.

Aos meus familiares e colegas de universidade, em Lisboa, que estiveram sempre ao meu lado

durante o tempo de formação.

Este trabalho é dedicado ao meu filho, William Jorge Saituma, e esposa, Madalena Arsénio, que

apesar da distância, sempre estiveram ao meu lado. Sem vocês tudo isto era mais difícil…!

VI

VII

ÍNDICE GERAL

Resumo ..................................................................................................................................................... I

Abstract .................................................................................................................................................. III

Agradecimentos ...................................................................................................................................... V

Índice de Figuras ..................................................................................................................................... XI

Índice de tabelas ................................................................................................................................... XV

Símbolos e notações ............................................................................................................................ XVII

1 Introdução ....................................................................................................................................... 1

1.1 Enquadramento geral .............................................................................................................. 1

1.2 Objetivos da dissertação ......................................................................................................... 2

1.2.1 Objetivo geral .................................................................................................................. 2

1.2.2 Objetivos específicos ....................................................................................................... 2

1.3 Estrutura da dissertação .......................................................................................................... 2

2 Fundamentos Teóricos .................................................................................................................... 3

2.1 Estruturas de Suporte Flexíveis ............................................................................................... 3

2.2 Pressões de Terras e funcionamento das cortinas escoradas ................................................. 3

2.2.1 Dimensionamento estrutural de cortinas escoradas ...................................................... 5

2.3 Paredes moldadas sem ancoragens ........................................................................................ 5

2.3.1 Cortina com escoramento interno .................................................................................. 5

2.3.2 Cortinas de paredes moldadas pré- esforçadas .............................................................. 7

2.4 Tecnologia de construção de cortinas e escoramento interno ............................................... 8

2.4.1 Cortinas em betão armado – parede moldada ............................................................... 9

2.4.2 Sistema de escoramento interno – metodologia “ top-down” ..................................... 13

2.5 Técnicas de Melhoramento de solos por Jet Grouting ......................................................... 18

2.5.1 Sistemas de Injeção ....................................................................................................... 19

2.5.2 O jet grouting como barreira de impermeabilização .................................................... 20

3 Caso de Estudo – Auditório e Edifício de Escritórios Kilamba em Luanda – Angola ..................... 21

3.1 Elementos de Base da Obra .................................................................................................. 21

3.2 Condicionamentos ................................................................................................................. 24

3.2.1 Condicionamentos relativos às condições de vizinhança ............................................. 24

3.2.2 Condicionantes de Natureza Geológica e Geotécnica .................................................. 24

3.2.3 Condicionamentos relativos a serviços afetados .......................................................... 26

3.3 Acompanhamento da Obra ................................................................................................... 26

VIII

3.4 Soluções Adotadas ................................................................................................................ 26

3.4.1 Contenção periférica ..................................................................................................... 26

3.4.2 Tampão de fundo .......................................................................................................... 27

3.4.3 Travamento da contenção ............................................................................................ 29

3.4.4 Fundações ...................................................................................................................... 30

3.4.5 Laje de fundo ................................................................................................................. 31

3.5 Plano de Observação ............................................................................................................. 31

3.5.1 Generalidades ................................................................................................................ 31

3.5.2 Sistema de Observação e Grandezas Medidas .............................................................. 32

3.5.3 Plano de Observação e Frequência das leituras ............................................................ 43

3.5.4 Critérios de alerta e de alarme das contenções ............................................................ 43

3.6 Modelação numérica ............................................................................................................. 43

3.6.1 Geometria do modelo de cálculo .................................................................................. 44

3.7 Caracterização dos materiais ................................................................................................ 46

3.7.1 Caracterização dos solos ............................................................................................... 46

3.7.2 Caracterização do jet grouting ...................................................................................... 50

3.7.3 Caracterização da parede moldada e das estacas......................................................... 51

3.7.4 Caraterização das lajes de escoramento ....................................................................... 52

3.7.5 Malha de elementos finitos e fase de cálculos ............................................................. 54

3.8 Resultados da modelação ..................................................................................................... 56

3.8.1 Deformações e deslocamentos ..................................................................................... 56

3.8.2 Esforços internos ........................................................................................................... 60

3.9 Comparação entre os resultados da modelação com os reais (Obtidos da monitorização). 62

3.9.1 Comparação entre Deslocamentos horizontais da cortina de contenção .................... 62

3.10 Retroanálise ........................................................................................................................... 64

3.10.1 Estudo paramétrico ....................................................................................................... 64

3.10.2 Parâmetros escolhidos .................................................................................................. 65

3.10.3 Resultados da modelação (retroanálise) ....................................................................... 66

4 Soluções Alternativas .................................................................................................................... 71

4.1 Alternativa 1 .......................................................................................................................... 71

4.1.1 Resultados da Alternativa 1 ........................................................................................... 72

4.2 Alternativa 2 .......................................................................................................................... 76

4.2.1 Resultados da alternativa 2 ........................................................................................... 77

4.3 Análise comparativa entre soluções ..................................................................................... 81

IX

4.3.1 Comparação entre as Soluções de Obra, Alternativa 1 e Alternativa 2. ....................... 81

4.4 Verificação da segurança aos estados limites últimos .......................................................... 86

4.4.1 Estado limite último de resistência à flexão – parede moldada ................................... 86

4.4.2 Estado limite último de resistência ao esforço transverso – parede moldada ............. 88

4.4.3 Estado limite último de resistência à flexão – lajes de travamento .............................. 89

4.4.4 Estado limite último de resistência ao esforço transverso – lajes de travamento. ...... 90

4.5 Análise económica ................................................................................................................. 91

5 Conclusões ..................................................................................................................................... 93

5.1 Considerações finais .............................................................................................................. 93

5.2 Desenvolvimentos futuros .................................................................................................... 94

Bibliografia............................................................................................................................................. 96

Anexo - Imagens de progresso dos trabalhos em obra ......................................................................... 98

X

XI

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 2.1 - MOVIMENTO TÍPICO DE UMA CORTINA ESCORADA, HIPÓTESE DE ROTAÇÃO EM TORNO DO TOPO (MATOS FERNANDES,

1983). ............................................................................................................................................................. 4

FIGURA 2.2 - DIAGRAMAS APARENTES DE TERZAGHI E PECK, PARA SOLOS ARENOSOS, ARGILOSOS MOLES E RIJAS (GUERRA, 2008). ... 4

FIGURA 2.3 - PAREDE MOLDADA SUPORTADA POR ESCORAS METÁLICAS (). ............................................................................. 6

FIGURA 2.4 - CORTINA DE ESTACAS PRANCHA, SUPORTADA POR ESCORAS METÁLICAS (). ............................................................ 6

FIGURA 2.5 - PAINEL DE PAREDE MOLDADA PRÉ-ESFORÇADA (ALVIM TELES; MATOS FERNANDES; ADÃO DA FONSECA, 1988) ......... 7

FIGURA 2.6 - ESQUEMA DE POSICIONAMENTO DOS CABOS DE PRÉ-ESFORÇO (A) E APLICAÇÃO DO PRÉ-ESFORÇO EM PAINÉIS JÁ

EXECUTADOS (B) (CORTEZ, 2012). ......................................................................................................................... 8

FIGURA 2.7 - BALDE DE MAXILAS SUSPENSO POR CABOS (A), HIDROFRESA (B) (BAUER, 2015). ................................................... 9

FIGURA 2.8 - TRANSPORTE DE MATERIAL PARA VAZADOURO (A), MONTAGEM DE GRUA-TORRE (B) (DAR, ET AL., 2012)................ 10

FIGURA 2.9 - CARATERÍSTICAS GERAIS DO MURO-GUIA (A) E PORMENOR CONSTRUTIVO (B) (CORTEZ, 2012). ............................. 10

FIGURA 2.10 - HIDROFRESA (A) E ESQUEMA DE ESCAVAÇÃO E BOMBAGEM DE LAMAS BETONÍTICAS (B) (CORTEZ, 2012). .............. 11

FIGURA 2.11 – ESQUEMA DE UTILIZAÇÃO DOS TUBOS TRÉMIE, NA BETONAGEM DE UMA PAREDE MOLDADA (CORTEZ, 2012). ........ 12

FIGURA 2.12 - SANEAMENTO DA PARTE SUPERIOR DA CORTINA (DAR, ET AL., 2012) .............................................................. 12

FIGURA 2.13 - PREPARAÇÃO DA PLATAFORMA DE TRABALHO (A) E MONTAGEM DA ESTRUTURA DE COFRAGEM (B) (DAR, ET AL.,

2012). ........................................................................................................................................................... 13

FIGURA 2.14 - MONTAGEM DAS ARMADURAS DO 1º NÍVEL DE LAJE DE ESCORAMENTO (DAR, ET AL., 2012). .............................. 14

FIGURA 2.15 - BETONAGEM DO 1º ANEL DE TRAVAMENTO (DAR, ET AL., 2012). ................................................................... 15

FIGURA 2.16 - PROGRESSO DOS TRABALHOS DE ESCAVAÇÃO DA 1ª CAVE (DAR, ET AL., 2012). ................................................. 15

FIGURA 2.17 - VISTA PARCIAL DA OBRA, APÓS A ESCAVAÇÃO DA 1ª CAVE (DAR, ET AL., 2012). ................................................ 16

FIGURA 2.18 - PORMENORES DE LIGAÇÃO ENTRE A LAJE DOS PISOS ENTERRADOS E A ESTRUTURA DA PAREDE DE SUPORTE (CORTEZ,

2012). ........................................................................................................................................................... 16

FIGURA 2.19 - PORMENOR CONSTRUTIVO DA LIGAÇÃO LAJE DE PISO ENTERRADO-PAREDE, APÓS EXECUÇÃO DE NEGATIVO (CORTEZ,

2012). ........................................................................................................................................................... 17

FIGURA 2.20 - VISTA PARCIAL DA OBRA DURANTE A EXECUÇÃO DO 2º E 3º NÍVEIS DE LAJE A) E B), RESPECTIVAMENTE (DAR, ET AL.,

2012). ........................................................................................................................................................... 17

FIGURA 2.21 - ALGUNS EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DO JET GROUTING: (A) REFORÇO DE FUNDAÇÃO DE ATERROS, (B) TAMPÃO DE FUNDO

EM CONTENÇÕES PERIFÉRICAS, (C) SUPORTE TEMPORÁRIO EM TÚNEIS, (D) BARREIRA DE IMPERMEABILIZAÇÃO EM BARRAGENS

(CROCE, ET AL., 2014). ...................................................................................................................................... 18

FIGURA 2.22 - ESQUEMA DOS 3 SISTEMAS DE INJEÇÃO: (A) JATO SIMPLES, (B) JATO DUPLO, (C) JATO TRIPLO (CROCE, ET AL., 2014).

...................................................................................................................................................................... 19

FIGURA 2.23 - ESQUEMA DE TAMPÕES E FUNDO EM JET GROUTING: (A) LAJE PLANA, (B) ARCO INVERTIDO E (C) LAJE ANCORADA

(CROCE, ET AL., 2014). ...................................................................................................................................... 20

FIGURA 3.1 - FOTOGRAFIA AÉREA DA ZONA DE IMPLANTAÇÃO DA TORRE KILAMBA (GOOGLE, 2012). ....................................... 21

FIGURA 3.2 - CORTES TRANSVERSAL E LONGITUDINAL DA TORRE KILAMBA (DAR, 2010) ......................................................... 22

FIGURA 3.3 - TORRE KILAMBA EM PERSPECTIVA, A) FRONTAL, B) POSTERIOR (DAR, 2010) ...................................................... 22

FIGURA 3.4 - PLANTA DE LOCALIZAÇÃO DOS 4 PONTOS DE SONDAGEM, E INDICAÇÃO DOS CORTES PARA OS PERFIS GEOTÉCNICOS

CONSIDERADOS (TEIXEIRA DUARTE, S.A, 2007). ..................................................................................................... 24

FIGURA 3.5 - PERFIL GEOTÉCNICO DOS SOLOS ATRAVESSADOS (TEIXEIRA DUARTE, S.A, 2007). ................................................ 25

FIGURA 3.6 - PLANTA GERAL DE INDICAÇÃO DA LOCALIZAÇÃO DAS COLUNAS DE JET GROUTING (JETSJ, ET AL., 2010). ................... 28

FIGURA 3.7 - PORMENOR DAS DIMENSÕES EM PLANTA DAS COLUNAS DE JET GROUING(JETSJ, ET AL., 2010). ............................. 28

FIGURA 3.8 - PLANTA GERAL DE INDICAÇÃO DAS BANDAS DE LAJE DE ESCORAMENTO DA PAREDE MOLDADA (JETSJ, ET AL., 2010). .. 29

FIGURA 3.9 - PLANTA DE LOCALIZAÇÃO DAS ESTACAS E MACIÇOS DE ENCABEÇAMENTO (JETSJ, ET AL., 2010). ............................. 30

FIGURA 3.10 - CORTE TRANSVERSAL DA SOLUÇÃO GERAL EXECUTADA EM OBRA (JETSJ, ET AL., 2010). ...................................... 31

FIGURA 3.11 - PLANTA DE LOCALIZAÇÃO DOS ALVOS TOPOGRÁFICOS E INCLINÓMETROS (JETSJ, ET AL., 2010) ............................ 32

FIGURA 3.12 - EXEMPLOS DE ALVO TOPOGRÁFICO (A) E ESTAÇÃO TOTAL (B) (LEICA, 2014). .................................................... 33

XII

FIGURA 3.13 - EVOLUÇÃO DOS DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS (M E P) E VERTICAIS (Z), NO ALVO 11, DA PAREDE MOLDADA, DESDE

ANTES DO INÍCIO DAS ESCAVAÇÕES, ATÉ AO INÍCIO DA EXECUÇÃO DA LAJE DE FUNDO (FDO-ABB, 2012). .......................... 34

FIGURA 3.14 - EVOLUÇÃO DOS DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS (M E P) E VERTICAIS (Z), NO ALVO 12, DA PAREDE MOLDADA, DESDE

ANTES DO INÍCIO DAS ESCAVAÇÕES, ATÉ AO INÍCIO DA EXECUÇÃO DA LAJE DE FUNDO (FDO-ABB, 2012). .......................... 35

FIGURA 3.15 – EVOLUÇÃO DOS DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS (M E P) E VERTICAIS (Z), NO ALVO 4, DA PAREDE MOLDADA, DESDE

ANTES DO INÍCIO DAS ESCAVAÇÕES, ATÉ AO INÍCIO DA EXECUÇÃO DA LAJE DE FUNDO (FDO-ABB, 2012). .......................... 36

FIGURA 3.16 - EVOLUÇÃO DOS DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS (M E P) E VERTICAIS (Z), NO ALVO 5, DA PAREDE MOLDADA, DESDE

ANTES DO INÍCIO DAS ESCAVAÇÕES, ATÉ AO INÍCIO DA EXECUÇÃO DA LAJE DE FUNDO (FDO-ABB, 2012). .......................... 37

FIGURA 3.17 – (A) CALHAS INCLINOMÉTRICAS EM PVC; (B) CONJUNTO SONDA INCLINOMÉTRICA/TORPEDO, UNIDADE DE LEITURA

DIGITAL, ROLO DE CABO ELÉTRICO (JIOIO, ET AL., 2014). ........................................................................................... 38

FIGURA 3.18 - LEITURA INICIAL DO INCLINÓMETRO 2, ANTES DO INÍCIO DAS ESCAVAÇÕES (GEO-RUMO, 2012) ........................... 38

FIGURA 3.19 - LEITURA DO INCLINÓMETRO 2, APÓS O FINAL DA PRIMEIRA CAVE (GEO-RUMO, 2012). ...................................... 39

FIGURA 3.20 - LEITURA INICIAL DO INCLINÓMETRO 4, ANTES DO INÍCIO DAS ESCAVAÇÕES (GEO-RUMO, 2012). .......................... 39

FIGURA 3.21 - LEITURA DO INCLINÓMETRO 4, APÓS A CONCLUSÃO DA PRIMEIRA CAVE (GEO-RUMO, 2012). ............................. 40

FIGURA 3.22 - LOCALIZAÇÃO DOS PIEZÓMETROS INTERIORES (PZI) E EXTERIORES (PZE) (JETSJ, ET AL., 2010). ............................ 40

FIGURA 3.23 - SISTEMA DE INSTRUMENTAÇÃO DAS ESTACAS OSTERBERG (A), E ARRANJO DO ENSAIO DE CARGA ESTÁTICO TRADICIONAL

(B) (PINTO, ALEXANDRE; PITA, XAVIER; ARAÚJO, PAULO, 2011). .............................................................................. 41

FIGURA 3.24 - LOCALIZAÇÃO DA ESTACA DE ENSAIO (PW) RELATIVAMENTE ÀS DE REAÇÃO (R1 E R2). ........................................ 42

FIGURA 3.25 - DIAGRAMA CARGA VS DESLOCAMENTO, DA ESTACA PW (PINTO, ALEXANDRE; PITA, XAVIER; ARAÚJO, PAULO, 2011).

...................................................................................................................................................................... 42

FIGURA 3.26 - CONTROLO DA FLUÊNCIA DURANTE O ENSAIO DE CARGA ESTÁTICO (PINTO, ALEXANDRE; PITA, XAVIER; ARAÚJO,

PAULO, 2011). ................................................................................................................................................ 42

FIGURA 3.27 - GEOMETRIA DO MODELO UTILIZADO NO PROGRAMA DE CÁLCULO NUMÉRICO. ................................................... 44

FIGURA 3.28 - ILUSTRAÇÃO DA GEOMETRIA DO MODELO DE CÁLCULO, NO PLAXIS 2D - VERSÃO 8.6 .......................................... 46

FIGURA 3.29 - ESTIMATIVA DO ÂNGULO DE ATRITO INTERNO, PARA SOLOS GRANULARES, COM BASE NO ENSAIO SPT .................... 48

FIGURA 3.30 - MODELO DO QUADRO FECHADO (SAP2000). ............................................................................................ 52

FIGURA 3.31 - RESULTADO DO DESLOCAMENTO MÁXIMO ESTIMADO (SAP2000). ................................................................. 53

FIGURA 3.32 - INDICAÇÃO DA ANÁLISE COMPLETA DE TODAS AS FASES DE CONSTRUÇÃO, DEFINIDAS NO MODELO DE CÁLCULO

NUMÉRICO. ...................................................................................................................................................... 56

FIGURA 3.33 - DEFORMADA GERAL DA ESTRUTURA, NO FINAL DAS ESCAVAÇÕES. .................................................................... 57

FIGURA 3.34 - DESLOCAMENTO HORIZONTAL DA ESTRUTURA, NO FINAL DAS ESCAVAÇÕES. ...................................................... 57

FIGURA 3.35 - DESLOCAMENTOS VERTICAIS DO SOLO, NO TARDOZ DA CORTINA NA FASE FINAL DAS ESCAVAÇÕES. ......................... 58

FIGURA 3.36 - DESLOCAMENTOS TOTAIS A), HORIZONTAIS B), E VERTICAIS C), NA CORTINA DE CONTENÇÃO, NA FASE FINAL DAS

ESCAVAÇÕES. .................................................................................................................................................... 58

FIGURA 3.37 - EVOLUÇÃO DOS DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS NA CORTINA DE CONTENÇÃO. .................................................. 59

FIGURA 3.38 - EVOLUÇÃO DO MOMENTO FLETOR AO LONGO DAS FASES DE EXECUÇÃO DA OBRA. .............................................. 60

FIGURA 3.39 - ESFORÇO TRANSVERSO, NA CORTINA, NO FINAL DAS ESCAVAÇÕES.................................................................... 61

FIGURA 3.40 - DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS TOTAIS, OBTIDOS DA MODELAÇÃO NUMÉRICA (PLAXIS), E REGISTADOS EM OBRA

(ALVOS TOPOGRÁFICOS). .................................................................................................................................... 63

FIGURA 3.41 – PONTOS DE PLASTIFICAÇÃO DO SOLO (MODELO NUMÉRICO INICIAL). .............................................................. 64

FIGURA 3.42 - DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS DA CORTINA (RETROANÁLISE E ALVOS TOPOGRÁFICO). ....................................... 67

FIGURA 3.43 - COMPARAÇÃO ENTRE OS VALORES DOS DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS. .......................................................... 67

FIGURA 3.44 - MOMENTO FLETOR NA CORTINA DE CONTENÇÃO (COMPARAÇÃO). ................................................................ 68

FIGURA 3.45 - ESFORÇO TRANSVERSO NA CORTINA DE CONTENÇÃO (COMPARAÇÃO). ............................................................ 69

FIGURA 4.1 - MODELO DE CÁLCULO NUMÉRICO - AUTOCAD (ALTERNATIVA 1). ..................................................................... 71

FIGURA 4.2 - MODELO DE CÁLCULO NUMÉRICO - PLAXIS (ALTERNATIVA 1). .......................................................................... 72

FIGURA 4.3 - DEFORMADA GERAL DA ESTRUTURA (ALTERNATIVA 1). ................................................................................... 72

FIGURA 4.4 - DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS DA CORTINA DE CONTENÇÃO (ALTERNATIVA 1). .................................................. 73

FIGURA 4.5 - DIAGRAMA DE MOMENTO FLETOR DA CORTINA DE CONTENÇÃO (ALTERNATIVA 1). .............................................. 74

FIGURA 4.6 – DIAGRAMA DE ESFORÇO TRANSVERSO NA CORTINA DE CONTENÇÃO (ALTERNATIVA 1). ........................................ 75

XIII

FIGURA 4.7 - MODELO DE CÁLCULO - AUTOCAD (ALTERNATIVA 2). ..................................................................................... 76

FIGURA 4.8 - MODELO DE CALCULO NUMÉRICO - PLAXIS (ALTERNATIVA 2). .......................................................................... 76

FIGURA 4.9 - DEFORMADA GERAL DA ESTRUTURA (ALTERNATIVA 2). ................................................................................... 77

FIGURA 4.10 – DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS DA CORTINA DE CONTENÇÃO (ALTERNATIVA 2). .............................................. 78

FIGURA 4.11 – DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR NA CORTINA DE CONTENÇÃO (ALTERNATIVA 2). ......................................... 79

FIGURA 4.12 - DIAGRAMA DE ESFORÇO TRANSVERSO NA CORTINA DE CONTENÇÃO (ALTERNATIVA 2). ...................................... 80

FIGURA 4.13 - COMPARAÇÃO ENTRE OS DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS, NA CORTINA DE CONTENÇÃO. ..................................... 81

FIGURA 4.14 - COMPARAÇÃO ENTRE OS MOMENTOS FLETOR, NA CORTINA DE CONTENÇÃO. ..................................................... 82

FIGURA 4.15 - COMPARAÇÃO ENTRE OS ESFORÇOS TRANSVERSOS, NA CORTINA DE CONTENÇÃO. .............................................. 83

FIGURA 4.16 - AÇÕES DE CÁLCULO, NO MODELO DO QUADRO FECHADO (SAP200). .............................................................. 84

FIGURA 4.17 - DIAGRAMA DE MOMENTO FLETOR OBTIDO NO MODELO DO QUADRO FECHADO (SAP2000). ............................... 84

FIGURA 4.18 - DIAGRAMA DE ESFORÇO TRANSVERSO OBTIDO NO MODELO DO QUADRO FECHADO (SAP2000). .......................... 85

FIGURA 4.19 - RESUMO DOS ESFORÇOS E DESLOCAMENTO OBTIDOS NO MODELO DO QUADRO FECHADO (SAP2000). .................. 85

XIV

XV

ÍNDICE DE TABELAS

TABELA 3.1 - VALORES TÍPICOS DO FATOR DE REDUÇÃO DO ATRITO SOLO-ESTRUTURA (PLAXIS). ............................................. 45

TABELA 3.2 - DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS, A PARTIR DOS RESULTADOS DE SPT (STROUD,1989, CITADO POR (C.R.I.CLAYTON,

1995)) ........................................................................................................................................................... 47

TABELA 3.3 - RESUMO DO PROCEDIMENTO DE CÁLCULO PARA A CORREÇÃO DOS VALORES DE SPT (EC7, 2010). ......................... 47

TABELA 3.4 - VALORES DO FATOR DE CORRELAÇÃO, PARA A ESTIMATIVA DO MÓDULO DE DEFORMABILIDADE (E′) EM SOLOS

GRANULARES (BURLAND AND BURBIDGES, CITADO POR (C.R.I.CLAYTON, 1995)) .......................................................... 49

TABELA 3.5 - ZONAMENTO GEOTÉCNICO E PARÂMETROS GEOMECÂNICOS DOS SOLOS INTERESSADOS ......................................... 49

TABELA 3.6 - PARÂMETROS UTILIZADOS NA MODELAÇÃO INICIAL, DA SOLUÇÃO EM ESTUDO. ..................................................... 50

TABELA 3.7 - PESO VOLÚMICO SECO DO JET GROUTING, OBTIDO DE UM SISTEMA DE INJEÇÃO SIMPLES (CROCE, ET AL., 2014). ....... 50

TABELA 3.8 - RELAÇÃO ENTRE O MÓDULO DE DEFORMABILIDADE E A TENSÃO DE COMPRESSÃO UNIAXIAL DO JET GROUTING (CROCE, ET

AL., 2014)....................................................................................................................................................... 51

TABELA 3.9 - PARÂMETROS DA PAREDE MOLDADA, UTILIZADOS NA MODELAÇÃO. ................................................................... 52

TABELA 3.10 - PARÂMETROS DAS ESTACAS, UTILIZADOS NA MODELAÇÃO. ............................................................................. 52

TABELA 3.11 - PARÂMETROS DAS LAJES DE TRAVAMENTO, UTILIZADOS NA MODELAÇÃO. ......................................................... 54

TABELA 3.12 - PRINCIPAIS FASES DE CONSTRUÇÃO, CONSIDERADAS NO MODELO DE CÁLCULO NUMÉRICO. .................................. 54

TABELA 3.13 - FORÇAS MÁXIMAS NAS ESCORAS, E CARGA DE DIMENSIONAMENTO. ................................................................ 62

TABELA 3.14 - PARÂMETROS DE OTIMIZAÇÃO, DOS SOLOS E JET-GROUTING (RETROANÁLISE). .................................................. 65

TABELA 3.15 - VALORES DAS AÇÕES SOBRE AS LAJES DE TRAVAMENTO (COMPARAÇÃO). .......................................................... 69

TABELA 4.1 - FORÇAS NAS ESTRUTURAS DE TRAVAMENTO (ALTERNATIVA 1). ......................................................................... 75

TABELA 4.2 - FORÇAS NAS ESTRUTURAS DE TRAVAMENTO (ALTERNATIVA 2). ........................................................................ 80

TABELA 4.3 - COMPARAÇÃO ENTRE AS FORÇAS OBTIDAS NAS 3 SOLUÇÕES: SOLUÇÃO DE OBRA, ALTERNATIVA 1 E ALTERNATIVA 2. . 83

TABELA 4.4 - RESUMO DOS ESFORÇOS DE CÁLCULO NA PAREDE MOLDADA. ........................................................................... 86

TABELA 4.5 – SOLUÇÕES DE BASE PARAM O PRESENTE CASO DE ESTUDO. .............................................................................. 91

TABELA 4.6 - CUSTOS GERAIS ASSOCIADOS À SOLUÇÃO EXECUTADA EM OBRA. ....................................................................... 91

TABELA 4.7 - CUSTOS GERAIS ASSOCIADOS À EXECUÇÃO DA ALTERNATIVA 2. ......................................................................... 91

XVI

XVII

SÍMBOLOS E NOTAÇÕES

Siglas

SPT – Ensaio de Penetração Padrão, vem do

Inglês Standard Penetration Test

DSM – Deep Soil Mixing

CSM – Cutter Soil Mixing

EC - Eurocódigo

Alfabeto Latino

Ka – Coeficiente de impulso ativo

Ko – Coeficiente de impulso em repouso

Cu – Resistência ao corte não drenada

Ø – Diâmetro de elementos em geral (Estacas,

colunas em Jet grouting, tubos)

t – Espessura de elementos em geral

Rinter – Fator de redução do atrito solo-estrtura

(N1)60 – Valor de SPT corrigido para a tensão

efetiva de recobrimento e energia de cravação

da vara

N1 – Valor de SPT corrigido a 100kPa tensão

vertical efetiva de recobrimento;

N60 – Valor de SPT corrigido a 60% de energia

de cravação da vara/queda livre do pilão;

Gmáx – Módulo de distorção máximo

ERr – Eficiência do pilão

CN – Fator corretivo relacionado com a tensão

efetiva de recobrimento

E` – Módulo de deformabilidade de solos

granulares

E – Módulo de elasticidade do betão

Ejet – Módulo de deformabilidade do jet

grouting

E50ref – Módulo de deformabilidade 50

Eoed.ref – Módulo de deformabilidade

edométrico

Eur.ref – Módulo de deformabilidade não

drenado

qu - Tensão de compressão uniaxial do jet

grouting

EI – Rigidez à flexão

EA – Rigidez axial

Fmáx – Forças obtidas nas escoras

Msd - Valor de cálculo do momento fletor

atuante;

MRd - Valor de cálculo da resistência máxima

do elemento estrutural, o qual é determinado

pela seguinte expressão:

Vsd - Valor de cálculo do esforço transverso

atuante;

VRd,s - Valor de cálculo da resistência máxima

do elemento estrutural com armadura

específica de esforço transverso;

As - Área da secção transversal da armadura

b - Largura da secção

d - Altura útil da secção do elemento estrutural

fcd - Valor de cálculo da tensão de rotura do

betão à compressão

fsyd - Valor de cálculo da tensão de cedência

do aço

Alfabeto Grego

γ – Peso volúmico

ϕ – Diâmetro de armaduras

ϕ` - Ângulo de resistência ao corte de solos

ω – Percentagem mecânica de armadura

μ – Momento fletor reduzido

θ – Ângulo entre bielas

λ – Fator corretivo relacionado com o

comprimento da vara

σ`v – Tensão efetiva vertical

II

βE – Fator que relaciona o módulo de

deformabilidade com a tensão de compressão

uniaxial do jet grouting

ν – Coeficiente de Poisson

ψ – Ângulo de dilatância

1

1 INTRODUÇÃO

1.1 ENQUADRAMENTO GERAL

O grande crescimento infraestrutural que Angola tem registado na última década, com maior

destaque a cidade de Luanda, tem trazido consigo grandes desafios para a área de Engenharia Civil.

Estes desafios prendem-se com o aumento da construção de edifícios com um grau de exigência

técnica cada vez maior, quer do ponto de vista estrutural (caraterísticas arquitetónicas), condições de

vizinhança (limitações de espaço), bem como das condições geológicas e geotécnicas locais (solos

atravessados, posição do nível freático). Estes desafios têm particular importância quando se trata da

construção de edifícios altos com pisos enterrados, em zonas com nível freático elevado e solos

arenosos com elevada permeabilidade, como é o caso do edifício em estudo neste trabalho.

Para a execução de estruturas subterrâneas nas condições hora referidas, implica o recurso a

soluções de contenção e suporte, que possibilitem a realização das escavações em condições de

segurança, com a menor ocupação possível da área de trabalho, com a menor interferência possível

no normal funcionamento das estruturas e serviços adjacentes, e que do ponto de vista económico

sejam competitivas. Assim surgem as estruturas de suporte flexíveis (também denominadas cortinas),

as quais podem apresentar-se sob a forma de paredes moldadas, cortinas de estacas-prancha,

paredes de Berlim, estando associadas a estas as respetivas estruturas de suporte, como é o caso

dos escoramentos e/ou ancoragens, sendo que a aplicação de cada uma ou outra solução depende

fortemente das condições acima referenciadas. Refira-se ainda que, em muitos casos a aplicação

exclusiva de uma destas soluções não é suficiente para cumprir com as exigências do projeto, o que

leva ao recurso de soluções mais complexas que envolvem a combinação de várias técnicas, como é

o caso do tratamento dos solos com Jet grouting, Deep Soil Mixing (DSM), Cutter Soil Mixing (CSM),

que consistem na mistura do solo com um ligante, conferindo ao mesmo caraterísticas de rigidez,

resistência e permeabilidade muito superiores. Conforme referido, a utilização das estruturas de

suporte flexível, combinadas com as técnicas de melhoramento de solos têm constituído nos últimos

tempos, soluções bastante competitivas em obras de escavação com os condicionalismos já

referidos.

O presente trabalho tem como principal objeto de estudo o comportamento geotécnico, da

infraestrutura da Torre Kilamba, construída na cidade de Luanda – Angola, numa zona densamente

urbanizada, junto à costa marítima. Esta obra acarretava consigo uma série de condicionalismos,

como é o caso de estar rodeada de estruturas de interesse público importantes, como são os edifícios

das Alfândegas de Luanda e da Marinha de Guerra Angolana. Edifícios estes de construção antiga,

dai o desafio da realização das escavações sem comprometer o normal funcionamento dos mesmos.

Associado as condições de vizinhança hora referidas prende-se o facto de a obra estar delimitada, no

seu alçado frontal, por uma das Avenidas com maior volume de tráfego rodoviário pesado. A

proximidade da obra à costa marítima, a existência de solos arenosos muito permeáveis e o nível

freático quase superficial constituíram os grandes condicionalismos do ponto de vista geotécnico,

tendo em conta a necessidade de adoção de uma solução que pudesse resistir aos elevados

impulsos hidrostáticos, ao mesmo tempo que fosse capaz de limitar a entrada de água pelas laterais

e pelo fundo da escavação, possibilitando a realização das escavações em condições de segurança,

cumprindo com as exigências do projeto.

Para o desenvolvimento do presente trabalho de dissertação, foi de capital importância o

acompanhamento da obra, por parte do autor, em mais de 90% dos trabalhos de infraestrutura, o que

inclui as fases de execução dos trabalhos de estacaria (incluindo ensaios), parede moldada (incluindo

a parede interior e o sistema de impermeabilização), as estruturas de travamento, bem como a

execução do tampão de fundo. Refira-se ainda que este acompanhamento foi realizado de forma

contínua, durante dois anos (2010 à 2012).

2

1.2 OBJETIVOS DA DISSERTAÇÃO

1.2.1 OBJETIVO GERAL

O presente trabalho tem como principal objetivo, o estudo do comportamento geotécnico da solução

de escavação e contenção periférica, executada no projeto Torre Kilamba, localizado na cidade de

Luanda – Angola.

1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Dentro dos objetivos gerais definidos para esta dissertação, pretende-se inicialmente proceder a

modelação da solução executada em obra, em um programa de elementos finitos (PLAXIS 2D) com

base nos parâmetros de solo resultantes das sondagens, através de correlações existentes na

bibliografia, de forma que, com base nos resultados da instrumentação feita em obra (inclinómetros e

alvos topográfico), se possa validar o modelo escolhido, bem como convergir os parâmetros do solo.

Pretende-se também com este trabalho, estudar o comportamento das estruturas enterradas (parede

moldada, bandas de laje e tampão de fundo) quer do ponto de vista dos deslocamentos, bem como

dos esforços internos, ao longo de todo o faseamento construtivo da obra.

Com este trabalho pretende-se ainda, propor algumas alternativas no sentido da otimização da

solução executada, quer do ponto de vista estrutural, como também económico

1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

O presente trabalho de dissertação está dividido em 5 capítulos, os quais passam-se a descrever:

O primeiro é um capítulo introdutório, que procura fazer um enquadramento geral do tema em estudo,

na conjuntura dos tempos de realização do estudo. São também definidos os principais objetivos

pretendidos com a realização deste trabalho.

O segundo capítulo serviu para a abordagem dos principais conceitos teóricos, a volta das temáticas

relativas ao comportamento geotécnico, dimensionamento estrutural e técnicas de execução das

soluções de cortinas em betão armado, bem como as estruturas de travamento interno,

nomeadamente o escoramento com bandas de laje recorrendo a técnica top-down. Serviu também

para a abordagem teórica dos principais conceitos a volta do jet grouting como estrutura de

impermeabilização e escoramento de escavações.

No terceiro capítulo foi estudado o principal objeto de estudo deste trabalho, que é a solução de

escavação e contenção periférica da Torre Kilamba, em Luanda. Foi efetuada uma descrição geral da

obra, incluindo os seus condicionalismos. Foi ainda efetuada a modelação da solução executada em

obra, em um programa de elementos finitos vocacionado para estruturas desta natureza, PLAXIS 2D,

com a finalidade da calibragem dos parâmetros do solo, bem como do modelo escolhido para o

efeito.

Com base no modelo escolhido e nos parâmetros de solo calibrados, o quarto capítulo serviu para a

análise de duas alternativas, e a comparação dos seus resultados com os da solução executada em

obra. Neste mesmo capítulo foi feita a verificação da segurança aos estados limites últimos de

resistência à flexão e ao esforço transverso, das estruturas enterradas, de forma a melhor perceber

os benefícios económicos alcançados com a alternativa escolhida.

No capítulo quinto foram apresentadas as principais conclusões tiradas deste estudo, incluindo

sugestões para trabalhos futuros dentro desta mesma temática. Finalmente, são apresentadas as

principais referências bibliográficas, as quais serviram de base para a materialização deste trabalho.

3

2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS

2.1 ESTRUTURAS DE SUPORTE FLEXÍVEIS

Segundo a Norma Europeia, expressa através do Eurocódigo 7 (Parte 9), as Estruturas de Suporte

Flexíveis, são estruturas relativamente delgadas de aço, de betão armado ou de madeira, suportadas

por ancoragens, por escoras e/ou por pressões de terras de tipo passivo. A capacidade resistente à

flexão destas estruturas desempenha uma função significativa no suporte do material retido,

enquanto a contribuição do seu peso é desprezável. Estas estruturas distinguem-se

fundamentalmente das de suporte rígidas, pelo facto de nestas, o peso próprio, e por vezes, o de

massas estabilizantes de solo, de rocha ou de aterro de reenchimento, desempenharem uma função

significativa no suporte do material retido. Tal são os casos dos muros de gravidade de betão com

espessura constante ou variável, os muros de betão armado com sapata e os muros de contrafortes.

No presente trabalho, serão utilizadas genericamente as designações “cortina” ou “parede”, para as

estruturas de suporte flexíveis.

Existem, como é sabido, variadíssimos tipos de estruturas de suporte flexíveis, diferindo nos

elementos componentes, nos materiais constituintes, bem como no processo construtivo. Dentre eles

as paredes moldadas no terreno, associadas a escoras ou a ancoragens pré-esforçadas, tipo cujo

emprego se generalizou nas últimas décadas, são hoje empregues em grandes obras de engenharia,

em especial no aproveitamento intensivo do subsolo dos grandes centros urbanos, para a construção

de pisos enterrados de novos e até antigos edifícios, bem como túneis do metropolitano. Por razões

que serão mais adiante referidas, as paredes moldadas têm mostrado uma grande aptidão para,

mesmo em condições muito difíceis, permitir a realização de escavações de profundidade e

dimensões até há pouco tempo impensáveis, sem danos significativos nas estruturas e infraestruturas

vizinhas, tornando-se por outro lado, economicamente competitivas pela sua incorporação na

estrutura definitiva, em que passam a desempenhar também as funções de fundação,

impermeabilização e revestimento, muitas vezes sem necessidade posterior de acabamento (Matos

Fernandes, 1983).

2.2 PRESSÕES DE TERRAS E FUNCIONAMENTO DAS CORTINAS ESCORADAS

Em estruturas de suporte rígidas em geral, nas quais se considera uma rotação em torno da base ou

uma translação, desenvolvem-se pressões que podem ser descritas pelas teorias de Rankine e (ou)

Coulomb. As soluções escoradas e (ou) ancoradas (caso geral das cortinas) no entanto, não causam

um movimento deste tipo, pelo que estas teorias não são, à partida, válidas (Guerra, 2008).

Uma cortina escorada funciona sobretudo através da elevada rigidez das escoras que, por esse

motivo, “impedem” os deslocamentos. Assim sendo, se considerar-se uma cortina como uma parede

moldada (ou uma cortina de estacas-pranchas), inicialmente instalada no terreno, ter-se-á que o

primeiro nível de escoras será colocado relativamente próximo do topo da cortina, para minimizar os

deslocamentos. Admitindo que a partir do momento em que o primeiro nível de escoras é instalado os

deslocamentos se mantêm praticamente nulos, a execução da escavação a baixo deste nível irá

provocar um movimento semelhante à rotação em torno do topo. Colocando o segundo nível, a fase

de escavação do seguinte irá provocar novos deslocamentos abaixo desse, e assim sucessivamente.

De uma forma simplificada e com base nas hipóteses admitidas, o movimento de uma cortina

escorada poderia descrever-se como uma rotação em torno do topo, dirigida para o interior da

escavação (Guerra, 2008).

A Figura 2.1 ilustra um exemplo do movimento de rotação de uma cortina escorada, em torno do

topo, conforme as hipóteses hora enunciadas.

4

Figura 2.1 - Movimento típico de uma cortina escorada, hipótese de rotação em torno do topo (Matos Fernandes, 1983).

Foi com base na necessidade da determinação dos esforços nas escoras, em estruturas deste tipo,

ue Terzhaghi e Peck, através da realização de um conjunto de medições de esforços em escoras,

resumiram e analisaram os resultados das observações disponíveis e propuseram os designados

diagramas de pressões aparentes, indicados na Figura 2.2, obtidos a partir da divisão do esforço em

cada escora pela área de influência da mesma (Guerra, 2008).

Figura 2.2 - Diagramas aparentes de Terzaghi e Peck, para solos arenosos, argilosos moles e rijas (Guerra, 2008).

Os resultados das observações citadas mostram que a forma dos diagramas aparentes e a grandeza

da respetiva resultante podem variar largamente, na mesma escavação, e de perfil para perfil. A

razão desse facto pode ser encontrada em fatores relacionados com o processo construtivo, tais

como a ordem e a rapidez com que se executa a escavação, o tempo que medeia, para um dado

ponto, entre o momento em que se escava e aquele em que se coloca a correspondente escora, a

uniformidade do eventual pré-esforço instalado, a altura escavada abaixo do nível de cada escora

antes de se proceder a sua instalação, a uniformidade da própria mão-de-obra (Matos Fernandes,

1983).

Devido a grande variação constatada nos diagramas aparentes, e à multiplicidade de fatores de difícil

ou mesmo impossível controlo que a determinam, desde há muito que são usados em projeto,

diagramas de pressão para os principais tipos de solos, que sem representarem as pressões que

efetivamente se exercem sobre a cortina, pretendem constituir envolventes dos esforços nas escoras

que podem ocorrer em escavações em solos do mesmo tipo (Matos Fernandes, 1983).

5

2.2.1 DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL DE CORTINAS ESCORADAS

Com base nos diagramas de pressões, os esforços de compressão em cada escora são

determinados através de um processo inverso ao que originou os mesmos, ou seja, multiplicando a

área de influência da escora, pela envolvente do diagrama na respetiva área. Refira-se ainda que, os

valores de dimensionamento das forças nas escoras devem ser obtidos pela multiplicação dos

correspondentes valores caraterísticos por coeficientes de segurança em função do tipo de solo

atravessado, bem como da abordagem de cálculo proposta pelo Eurocódigo 7.

Relativamente à determinação dos momentos fletores e esforços transversos na cortina, é comum a

utilização de dois processos expeditos (Matos Fernandes, 1983):

i) Assimilar a cortina a uma viga contínua solicitada pelo diagrama de pressões, e apoiada

nas escoras e no fundo da escavação;

ii) Considerar a existência de rótulas ao nível de cada escora, excetuando as das

extremidades, sendo em seguida cada tramo calculado como viga isostática.

Segundo Rowe e Briggs, 1961, as pressões de serviço distribuem-se de forma favorável à redução

dos momentos através da sua concentração junto às escoras, fruto da sua transferência, por efeito de

arco, das zonas intermédias, onde a cortina mais se deforma. Por esta razão, segundo Armento,

1972 e Peck et al, 1974, é corrente, em complemento com o uso dos métodos expeditos referidos, a

consideração de uma redução de 20% a 30% no diagrama de pressões adotado para o cálculo das

escoras. Quanto maior for a redução admitida, mais flexível será a cortina, logo maior será também a

sua deformação entre escoras, e mais acentuadas as transferências de pressões para junto destas.

Portanto, o sistema acaba por adaptar-se às hipóteses de cálculo, sendo por isso, excecionalmente

raras as roturas por flexão (Matos Fernandes, 1983).

2.3 PAREDES MOLDADAS SEM ANCORAGENS

Em determinadas situações, como é o caso da impossibilidade de garantir total estabilidade das

ancoragens devido as condições do terreno atravessado, limitações de propriedade, existência de

importantes infraestruturas vizinhas, bem como as limitações de espaço de manobra no interior da

escavação, tornam inviável o uso de ancoragens. Para o contorno destas condicionantes, existem

três processos alternativos de contenção e execução dos pisos das caves, que são: Escoramento

interno, pré-esforço da parede moldada e o sistema top-down (execução da infraestrutura à medida

que se avançam as escavações). Assim sendo, neste subcapítulo serão abordadas algumas teorias

em torno das bases que sustentam cada uma destas técnicas, conforme se segue.

2.3.1 CORTINA COM ESCORAMENTO INTERNO

O escoramento interno de paredes moldadas consiste em executar o travamento da parede com

recurso a escoras provisórias ou não (metálicas ou em outro material que possa conferir à estrutura,

a rigidez necessária, por exemplo; o betão armado e a madeira) colocadas à medida que se escavam

os diferentes níveis em profundidade. Atingida a cota de fundo da escavação, as escoras são

retiradas (caso das provisórias) à medida que se constroem as lajes da estrutura, de baixo para cima,

passando estas a desempenhar a função de apoio da parede (Pinto, 2008).

O escoramento interno é executado em geral, com recurso a metodologia de cima para baixo

correntemente designada por “top down”, que mais adiante será descrita com maior detalhe.

Nas Figura 2.3 e Figura 2.4 é possível observar a aplicação do escoramento interno, que para o caso

corresponde a duas situações distintas (em parede moldada e em cortina de estacas-prancha,

respetivamente). Importa destacar que, não obstante a grande rigidez existente nestes elementos de

escoramento, existe também uma grande défice de espaço de manobra no interior da escavação,

6

quer para os equipamentos de escavação, quer para os equipamentos de depósito e recolha de

materiais (grua).

Figura 2.3 - Parede moldada suportada por escoras metálicas ().

Figura 2.4 - Cortina de estacas prancha, suportada por escoras metálicas ().

7

2.3.2 CORTINAS DE PAREDES MOLDADAS PRÉ- ESFORÇADAS

A utilização desta técnica consiste no pré-esforço de cabos de aço de alta resistência, colocados

verticalmente, ainda antes de iniciada a escavação, que são englobados nos painéis de armadura

ordinária e a esta cuidadosamente solidarizados, conforme ilustrado na Figura 2.5.

Figura 2.5 - Painel de parede moldada pré-esforçada (Alvim Teles; Matos Fernandes; Adão da Fonseca, 1988)

Esta técnica tem sido utilizada com êxito quer em cortinas autoportantes, quer em cortinas dotadas

de um ponto de apoio, materializado por escoras ou ancoragens, próximo do respetivo coroamento. O

pré-esforço traduz-se em geral numa economia de betão (redução da espessura da parede) e aço

(menor quantidade de armadura ordinária) e numa redução dos deslocamentos da estrutura de

suporte. Não obstante as vantagens referidas, o uso desta técnica ainda é pouco frequente em

paredes moldadas, especialmente em Portugal (Alvim Teles; Matos Fernandes; Adão da Fonseca,

1988).

Refira-se ainda que, a aplicação do pré-esforço neste tipo de soluções, poderá ser feita in situ, ou

com recurso à pré-fabricação, dependendo do tipo de obra, a sua localização, a mão-de-obra

disponível bem como os equipamentos de operação. Esta solução é empregue, em geral, quando as

restrições em termos de espaço (para o uso de sistemas de travamento), dentro e fora da escavação,

bem como a necessidade de redução da quantidade de armaduras ordinária ao mesmo tempo que a

obtenção de uma cortina mais esbelta, fazem parte dos principais desafios do projeto interessado.

Na Figura 2.6 (a) e b)), estão ilustrados o esquema de posicionamento dos cabos de pré-esforço bem

como algumas dimensões recomendadas, para estruturas deste tipo, assim como a aplicação do pré-

esforço em painéis já executados, respetivamente.

8

Figura 2.6 - Esquema de posicionamento dos cabos de pré-esforço (a) e aplicação do pré-esforço em painéis já executados (b) (Cortez, 2012).

Este tipo de solução oferece grandes vantagens que vão desde o maior controlo de perdas de betão,

a garantia de verticalidade o painel, bem como a possibilidade de vibração do betão (maior

compacidade). Ao mesmo tempo, a esta solução estão associados os inconvenientes de; custos

elevados, difícil manuseamento devido ao peso do painel (cerca de 40 toneladas), bem como a

exigência de maquinaria pesada (Cortez, 2012).

2.4 TECNOLOGIA DE CONSTRUÇÃO DE CORTINAS E ESCORAMENTO INTERNO

Com base nos objetivos propostos neste trabalho, bem como no interesse em melhor estudar as

questões mais diretamente relacionadas ao caso de estudo, neste capítulo serão abordadas apenas,

as técnicas utilizadas na execução das paredes moldadas, bem como a execução do sistema de

escoramento interno com troços de laje em betão armado, com recurso a metodologia top-down.

9

2.4.1 CORTINAS EM BETÃO ARMADO – PAREDE MOLDADA

As paredes moldadas são elementos de contenção, construídos com recurso a lamas bentoníticas,

que permitem conter as paredes da escavação durante a fase de execução. Estes elementos são

executados enterrados, procedendo-se posteriormente à remoção do terreno do interior da contenção

(Cortez, 2012).

Para garantir a estabilidade das paredes durante a escavação, utilizam-se ancoragens (geralmente

provisórias), bem como qualquer um dos sistemas de escoramento anteriormente vistos.

Estes elementos estruturais têm um vasto campo de aplicação conforme a seguinte descrição:

Estrutura de contenção periférica – Em terrenos granulares com o nível freático muito

elevado, junto de construções existentes muito suscetíveis à deformações, principalmente se

essas estruturas introduzirem tensões importantes nas fundações e estas se encontrarem

elevadas em relação ao piso térreo da nova construção

Barreira à penetração de água – Tirando partido da sua constituição, isto é, painéis contínuos

em profundidade com uma espessura considerável (> 40 cm), bem como o formato e/ou o

material constituinte das juntas entre painéis, que dificulta a passagem da água para o interior

da construção.

Como elementos de fundação – Como é o caso das “barretas”

Os principais equipamentos utilizados da execução de paredes moldadas são; o balde de maxilas

(Figura 2.7 (a)), podendo também ser utilizado outro tipo de equipamento, a hidrofresa (Figura 2.7 (b),

escavação por circulação das lamas), bem como o trépano (quando se utiliza o balde de maxilas e

atravessam-se formações rochosas).

Figura 2.7 - Balde de maxilas suspenso por cabos (a), hidrofresa (b) (Bauer, 2015).

São ainda utilizados outros equipamentos como; tubos trémie, camião betoneira, grua - auto para o

transporte das armaduras e juntas dos painéis, retroescavadora (Figura 2.8 - (a)), bem como grua –

torre (Figura 2.8 - (b)) para outros transportes.

10

Figura 2.8 - Transporte de material para vazadouro (a), montagem de grua-torre (b) (Dar, et al., 2012).

Para a estabilização das paredes do furo, são utilizadas lamas bentoníticas, pelo que é necessário a

montagem em estaleiro, de todo o equipamento para o seu fabrico e reciclagem. Este equipamento é

formado por tanques de mistura dos componentes (fabrico), bem como o desarenador (reciclagem).

A execução de paredes moldadas obedece, em geral, ao seguinte processo construtivo (Cortez,

2012).

1. Execução dos muro-guia – Estas, são estruturas de betão fracamente armadas, betonadas

contra o terreno, e cofrados numa das faces. Possuem espessuras que variam de 0.15 a

0.20, e altura de 0.80 a 1.50m (ver Figura 2.9), sendo que o seu afastamento é igual a largura

do painel, mais uma folga de 5cm, devido aos movimentos do equipamento de escavação.

Esta estrutura tem as funções de guiar o equipamento de escavação, resistir aos impactos

causados pelo mesmo equipamento, permitir criar uma zona de oscilação do fluido

estabilizador, permitir apoiar as armaduras (emendas), bem como servem de apoio para

mobilizar a reação necessária ao arranque das juntas.

Figura 2.9 - Caraterísticas gerais do muro-guia (a) e pormenor construtivo (b) (Cortez, 2012).

2. Escavação – Esta poderá ser feita de forma contínua ou alternada, constituída por painéis de

arranque, de continuidade e de fecho.

Os troços de escavação poderão ter uma espessura que entre 0.4m a 1m, largura de 2m a

2.8m, e um comprimento correspondente a altura total dos pisos enterrados mais 2m a 2,5m

(ficha).

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À medida que se vai retirando terreno, vão sendo introduzidas lamas bentoníticas na vala,

uma vez que estas lamas possuem características tixotrópicas que lhes permitem estabilizar

as paredes da escavação.

3. Escavação por Balde de Maxilas – Esta escavação é efetuada introduzindo o equipamento

com o balde aberto no furo, sendo este depois fechado e retirado, trazendo consigo uma

mistura de solo, água e lamas. Os baldes de maxilas podem ser suspensos através de cabos

ou de uma haste rígida “Kelly”. Em qualquer das situações, há que ter em atenção a

manutenção da verticalidade durante a escavação.

4. Escavação por Hidrofresa (circulação de calda) – Este equipamento é constituído por

rodas de corte (ver Figura 2.10 (a)), as quais têm a capacidade de desagregar o terreno

(mesmo rocha), bem como uma bomba de sucção de lamas betoníticas, para a circulação ao

longo do furo de escavação.

Este tipo de escavação é efetuada por circulação direta (ver Figura 2.10 (b)), em que a lama é

injetada sob pressão no interior da escavação, sendo recolhida junto ao fundo do furo, em

conjunto com os produtos da escavação.

Figura 2.10 - Hidrofresa (a) e esquema de escavação e bombagem de lamas betoníticas (b) (Cortez, 2012).

5. Colocação das juntas – Estes elementos funcionam como cofragem e possibilitam, através

da sua forma, a obtenção de uma parede relativamente impermeável. Estas juntas podem ser

em tubos circulares metálicos (provisórios), ou em betão armado (permanentes, em forma de

perfil em “I”) com juntas “water stop” os quais são pré-fabricados em conjunto.

Na execução em contínuo, é sempre utilizado 1 (uma) junta, ao passo que na execução em

alternado, são utilizados 2 (duas) juntas nos painéis primários, sendo que nos secundários

não é necessário qualquer junta.

6. Preparação e colocação das armaduras – As armaduras em geral são preparadas e

montadas em obra, em forma de “gaiola”, sendo que a referida montagem é feita a toda a

altura do painel (com as devidas emendas), tendo o cuidado da colocação dos varões

diagonais para a rigidificação do conjunto, facilitando o seu transporte.

As fases de levantamento, transporte e colocação das armaduras, assim como a fase antes

do contraventamento das armaduras, são as condicionantes ao seu dimensionamento.

Importa referir que na fase de colocação das armaduras é fundamental a colocação dos

espaçadores (garantia de recobrimento das armaduras), bem como o controlo do nível das

lamas bentoníticas à medida que se processa a betonagem.

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7. Betonagem – Este processo é geralmente efetuado com o auxílio de coluna de betonagem

(tubos trémie), de baixo para cima, tendo sempre os cuidados de; Mergulhar o tubo 1 a 2m no

interior do betão (betão submerso – ver Figura 2.11), usar mais do que um trémie para

larguras superiores a 5m ou nos painéis de canto, o controlo do nível de betão com conda

bem como a preferência por betões com elevada fluidez (facilita a substituição da lama,

preenche vazios nas paredes da vala e intervalos entre varões e minimiza a segregação) e

com tempo de presa longo.

Figura 2.11 – Esquema de utilização dos tubos trémie, na betonagem de uma parede moldada (Cortez, 2012).

8. Saneamento da parte superior da cortina, e execução da viga de coroamento – Nesta fase

procede-se a remoção do betão contaminado com lamas, terreno e água, que tendem a

acumular-se à superfície (40cm, ver Figura 2.12). Para o efeito, pode ser removida ainda com

o betão fresco, ou recorrer à demolição com recurso a martelos pneumáticos. Esta operação

termina com o reposicionamento das armaduras de “espera” (endireitar) e a execução da viga

de coroamento, a qual serve para a solidarização de todos os painéis, para que trabalhem

como um todo.

Figura 2.12 - Saneamento da parte superior da cortina (Dar, et al., 2012)

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2.4.2 SISTEMA DE ESCORAMENTO INTERNO – METODOLOGIA “ TOP-DOWN”

Esta metodologia consiste na construção de troços de lajes de cima para baixo (betonagem contra o

terreno), e é utilizada geralmente quando o terreno é predominantemente arenoso, onde as

ancoragens podem ceder, ou quando não se podem executar ancoragens em propriedades vizinhas.

Procura-se com este sistema, travar as paredes construindo as lajes à medida que se escava.

[Sistemas de construção, Jorge Mascarenhas, 2006].

As lajes de travamento são executadas de forma a limitar ao máximo os deslocamentos horizontais

da cortina, ao mesmo nível, razão pela qual em geral, são executados em forma de quadros fechados

com elevada rigidez axial (devido às forças resultantes dos impulsos hidrostático, solos e sobrecargas

externas), e aberturas (conforme o necessário) para possibilitar a recolha e deposição de materiais.

Estes elementos estruturais devem ainda estar o mais integrado possível na estrutura definitiva da

obra, por forma a minimizar ao máximo os desperdícios de trabalho (demolições). Por esta razão, em

obras de escavação para a construção de caves (como é o caso do presente trabalho), estes

elementos são executados ao mesmo nível dos pisos enterrados, conservando a sua espessura.

Em função do tipo de obra, e das condições de acesso à mesma, esta metodologia poderá ter

inúmeras variantes de execução, porém, neste capítulo serão apresentadas alguma fases, as quais

são entendidas como sendo as mais comuns, conforme se segue:

1. Nivelamento do terreno e montagem da cofragem – Esta operação consiste na execução

de uma plataforma de trabalho, devidamente nivelada e compactada, que irá servir de base

para a construção da estrutura da cofragem. O rigor necessário para o nivelamento e

compactação da plataforma, são fundamentais na qualidade da estrutura final (limite de

deformações na laje), tendo em conta que esta (plataforma) tem a função de acomodar o

peso próprio da laje a ser executada, o qual é transmitido através do sistema de cofragens

(tábuas de solho e vigas, em geral, ver Figura 2.13 - b).

Importa referir ainda que, dependendo da extensão da obra, a execução dos troços/aneis de laje

correspondentes a um mesmo piso, poderão não ser executados de forma contínua. Nestes casos o

maior cuidado prende-se com a determinação dos locais para as juntas de betonagem, os quais são

preferencialmente as zonas de momento fletor nulo.

Figura 2.13 - Preparação da plataforma de trabalho (a) e Montagem da Estrutura de cofragem (b) (Dar, et al., 2012).

Importa referir que os exemplos ilustrados quer na figura anterior como nas que se seguem (neste

capítulo), fazer referência a um caso de obra no qual foram executadas previamente, um conjunto de

microestacas, em tubo circular metálico, as quais irão servir de apoio para a extremidade livre dos

troços de laje, sendo que a outra extremidade será encastrada na viga de coroamento a ser

executada no topo da parede moldada.

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2. Montagens das armaduras – Conforme referido no ponto anterior, as armaduras superiores

da laje, são prolongadas até a parte de trás da viga de coroamento, em forma de “L”, de

forma a absorverem os momentos negativos existentes na ligação entre as duas estruturas

(viga e laje). Refira-se ainda que é prática em muitos projetos, o dimensionamento destas

armaduras, como se de uma consola se tratasse, admitindo a possibilidade de falha de algum

dos apoios (microestacas), durante o processo de execução (antes do início das

escavações).

Nesta fase, dá-se particular importância aos pormenores de ligação entre a laje e a cabeça das

microestacas, bem como à incorporação de todas as armaduras de espera e negativos, para as

estruturas definitivas.

Na Figura 2.14 está ilustrado a montagem das armaduras de uma das fases de execução do 1º

nível de laje de escoramento.

Figura 2.14 - Montagem das armaduras do 1º nível de laje de escoramento (Dar, et al., 2012).

3. Betonagem do 1º Nível de travamento – Dependendo das condições de acesso ao local, as

dimensões do elemento a executar, bem como os equipamentos disponíveis, esta operação

poderá ser feita com recurso à bomba, balde (transportado por grua), ou diretamente por

descarga a partir do camião auto-betoneira.

Nesta fase, requer-se particular atenção ao controlo de qualidade do betão (granulometria dos

agregados e consistência), vibração cuidada, especialmente nas transições de dimensões e/ou

de tipo de elemento estrutural, tendo em conta que nesta fase, a laje é executada em conjunto

com a viga de coroamento, e as restantes estruturas que poderão estar incorporadas no

processo.

A Figura 2.15 ilustra o processo de betonagem de uma das fases do 1º anel de laje, com recurso

a uma bomba. Este equipamento torna o processo mais célere devido a sua grande versatilidade

de movimentos.

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Figura 2.15 - Betonagem do 1º anel de travamento (Dar, et al., 2012).

4. Escavação da 1ª cave – Tão logo se comprove que o betão atingiu a resistência necessária

(através dos resultados dos ensaios laboratoriais, de compressão, aos 7, 14 e 28dias – se

necessário) para entrar em funcionamento, são criadas todas as condições de segurança em

obra, bem como de acessos para trabalhadores e equipamentos, para se dar início aos

trabalhos de escavação.

Em geral, os equipamentos para a escavação nas zonas adjacentes às estruturas, são de

pequeno porte, devido não só às limitações de espaço (pé direito) e maior controlo da precisão,

mas também pelo grande risco provocado pelo impacto dos equipamentos com as estruturas,

colocando assim em risco a segurança dos trabalhadores (ver Figura 2.16).

Figura 2.16 - Progresso dos trabalhos de escavação da 1ª cave (Dar, et al., 2012).

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A Figura 2.17 ilustra o aspeto final das estruturas hora enterradas, após a escavação. Refira-se ainda

que, para o exemplo ilustrado, a obra contemplava uma parede estrutural interna, daí a existência das

respetivas armaduras de espera, igualmente fixas à viga de coroamento.

Figura 2.17 - Vista parcial da obra, após a escavação da 1ª cave (Dar, et al., 2012).

5. Execução dos níveis subsequentes – Analogamente ao processo definido para o 1º nível

de laje, procede-se para os níveis subsequentes, tendo-se maior atenção à manutenção das

zonas de trabalho sem qualquer contacto com a água, isto é, a criação de poços de

bombagem (caso se aplique) para o rebaixamento ou retirada da água existente em obra,

bem como aos pormenores de ligação/arranque das armaduras das lajes subsequentes,

relativamente à estrutura adjacente (parede moldada ou parede estrutural interna).

As ligações das lajes dos pisos enterrados às paredes podem ser efetuadas através de varões de

espera deixados nas armaduras da parede (ver Figura 2.18-a), por meio de chapas metálicas

soldadas (ver Figura 2.18-b), ou ainda através da execução de negativos da armadura na parede,

para posterior encastramento da armadura da laje (ver Figura 2.19).

Figura 2.18 - Pormenores de ligação entre a laje dos pisos enterrados e a estrutura da parede de suporte (Cortez, 2012).

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Figura 2.19 - Pormenor construtivo da ligação laje de piso enterrado-parede, após execução de negativo (Cortez, 2012).

A Figura 2.20 ilustra o aspeto de uma obra de escavação durante a execução do 2º e 3º níveis de

laje. É possível ainda observar o desnível entre as respetivas plataformas de trabalho com a posição

do nível freático, bem como as estruturas de acesso à obra (escadas), e proteção aos trabalhadores

(guarda-corpos).

Tendo em consideração a utilização de um tampão de fundo em colunas de jet grouting, para impedir

a entrada de água pelo fundo da mesma, é possível observar na mesma figura a existência de,

apenas, águas residuais indicando o bom funcionamento da mesma solução, uma vez que o nível

freático fora da escavação é aproximadamente superficial.

Figura 2.20 - Vista parcial da obra durante a execução do 2º e 3º níveis de laje a) e b), respectivamente (Dar, et al., 2012).

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2.5 TÉCNICAS DE MELHORAMENTO DE SOLOS POR JET GROUTING

Os métodos de melhoramento de solos têm-se tornado cada vez mais populares no mundo da

Engenharia Geotécnica na resolução de problemas ligados às construções, assim como no

dimensionamento de novas soluções. Nos últimos anos, têm-se investido recursos industriais de

forma muito significativa, no sentido do refinamento e desenvolvimento das técnicas de

melhoramento de solos. Como consequência, novas tecnologias, materiais e aplicações são

regularmente colocadas a disposição do mercado. Estas técnicas têm-se tornado nos dias de hoje

importantes ferramentas nas soluções de dimensionamentos em obras geotécnicas, sendo que em

poucos projetos de grande importância não são aplicadas pelo menos uma dessas técnicas (Croce,

et al., 2014).

A tecnologia de jet grouting baseia-se na injeção a altas velocidades, de um ou mais fluidos (calda de

cimento, ar e água) no subsolo. Os fluídos são injetados através de bicos de pequeno diâmetro, fixos

em uma vara que, inicialmente é introduzida no solo por perfuração seguida da sua ascensão na

direção da superfície do solo, durante a injeção. A calda de cimento injetada, após ganhar presa,

forma (eventualmente) um corpo constituído por solo-cimento. Geralmente o volume tratado

apresenta uma forma aproximadamente cilíndrica a qual tem a denominação de “coluna de injeção”.

Existem, portanto, a possibilidade de se executar corpos com diferentes formas, bastando apenas

mudar o procedimento do tratamento, ou pela junção de colunas por sobreposição (Croce, et al.,

2014).

Os elementos de injeção podem também ser armados através da inserção de elementos metálicos,

barras de fibra de vidro, ou tubos, os quais proporcionam a estrutura final maior resistência a flexão e

a tração, caso necessários. Com isto torna-se possível a resolução de grande parte dos problemas

geotécnicos, tais como a melhoria da capacidade resistente e redução dos assentamentos de

fundações existentes ou novas, a contenção de escavações e a criação de barreiras

impermeabilizantes para reservatórios hidráulicos ou barreiras de águas subterrâneas para o controlo

de poluições (Croce, et al., 2014).

A Figura 2.21 ilustra alguns exemplos de aplicação do jet grouting, nomeadamente em reforço de

fundações, como elemento de barreira a entrada de água às escavações, elemento de suporte

provisório, bem como elemento de barreira de impermeabilização.

Figura 2.21 - Alguns exemplos de aplicação do jet grouting: (a) reforço de fundação de aterros, (b) tampão de fundo em contenções periféricas, (c) suporte temporário em túneis, (d) barreira de impermeabilização em barragens (Croce, et al.,

2014).

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2.5.1 SISTEMAS DE INJEÇÃO

A caraterística mais importante que distingue os sistemas de jet grouting consiste no tipo e número de

fluídos de injeção (Yahiro e Yoshida 1973, citados por (Croce, et al., 2014)). Em geral, as técnicas

disponíveis estão agrupadas em três principais sistemas de injeção, nomeadamente os sistemas de

jato simples, duplo e triplo, dependendo do número de fluídos injetados no subsolo. Os fluídos são a

calda de cimento para o sistema simples; ar e calda de cimento para o duplo; água, ar e calda de

cimento para o triplo, conforme ilustrado na Figura 2.22.

Figura 2.22 - Esquema dos 3 sistemas de injeção: (a) jato simples, (b) jato duplo, (c) jato triplo (Croce, et al., 2014).

Da Figura 2.22 pode ainda observar-se o seguinte:

No sistema de injeção por jato simples, a calda de cimento é injetada no subsolo através de um ou

mais bicos de injeção. Neste caso, a erosão do solo bem como a cimentação são provocadas pelo

mesmo fluido.

No sistema clássico de injeção duplo, a desagregação do solo e a cimentação continuam a ser

efetuadas apenas por um fluido (calda de cimento), porém a injeção da calda é envolvida por um jato

de ar, que aumenta a sua eficácia através da redução das perdas de energia.

Com o sistema de injeção triplo, os processos de erosão do solo e cimentação são claramente

separados. A desagregação do solo é induzida pelo jato de água a altas velocidades, através dos

bicos. Este jato de água é envolvido por um jato de ar coaxial, fornecido através de um tubo

semelhante ao utilizado no sistema duplo. A calda de cimento é, de seguida fornecida através de um

bico separado, posicionado abaixo dos bicos de água e ar.

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2.5.2 O JET GROUTING COMO BARREIRA DE IMPERMEABILIZAÇÃO

O jet grouting é frequentemente utilizado como barreira à passagem de água no subsolo, de forma

permanente ou provisória (Burke 2007ª; Burke e Yoshida 2013, citados por (Croce, et al., 2014)). De

facto a impermeabilização permanente é frequentemente utilizada para impedir ou restringir

infiltrações pelo fundo das estruturas hidráulicas, como é o caso das barragens, ou para garantir um

isolamento de solos e aterros contaminados. A impermeabilização provisória é também utilizada para

impedir o fluxo de água para dentro das escavações em solos permeáveis submersos. Em ambos os

casos, podem obter-se barreiras de impermeabilização efetivas através da execução de cortinas de

impermeabilização (cutoffs) e/ou lajes de fundo (tampão de fundo).

As lajes de fundo, geralmente designadas por “tampões de fundo”, são utilizadas para impedir

infiltrações pelo fundo das escavações abaixo do nível freático. Por este facto, o processo de

perfuração é efetuado a partir do nível da plataforma de trabalho (obra), porém o tratamento é

efetuado apenas a partir do fundo do furo até a superfície do tampão.

O tampão de fundo deve ser dimensionado de forma a resistir ao levantamento devido aos impulsos

da água.

Na Figura 2.23 estão ilustrados três esquemas possíveis de dimensionar os tampões de fundo, sendo

qua a mais simples é a laje retangular (a) a qual deverá ter peso suficiente para contrabalançar as

pressões da água. Em alternativa, a