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Matriz de decisão qualitativa para escolha do método construtivo de contenções – Estudo de caso na implantação

da expansão do Metrô em Ceilândia dezembro/2014

ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 8ª Edição nº 009 Vol.01/2014 dezembro/2014

Matriz de decisão qualitativa para escolha do método construtivo

de contenções – Estudo de caso na implantação da expansão do

Metrô em Ceilândia

Giovanni Quirino de Freitas – [email protected]

MBA Gerenciamento de Obras, Tecnologia & Qualidade da Construção

Instituto de Pós-Graduação - IPOG

Brasília, DF, 05 de Junho de 2014

Resumo

Este artigo é sobre a utilização de matriz de decisão qualitativa para comparação de

possíveis metodologias construtivas de trincheira na implantação da futura expansão do

Metrô em Ceilândia/DF. Com várias soluções disponíveis no mercado, inclusive aquelas

inseridas recentemente no contexto nacional, qual é a mais vantajosa para a sociedade, uma

vez que se trata de empreendimento público? A hipótese é que nem sempre a alternativa mais

econômica é a mais vantajosa para a população e para o meio ambiente e que outras

variáveis devem ser levadas em consideração nas análises de viabilidade. O objetivo foi

demonstrar, dentre várias tipologias, qual é a mais propícia e viável no cenário regional

atual. Para isso, foi proposta uma matriz de decisão qualitativa, em que foram atribuídos

pesos (relevâncias) para vinte características importantes à implantação da obra e notas

(méritos) para atendimento dessas características, em função de quatro metodologias

elencadas para comparação. Os resultados indicam que a alternativa de contenções em

estacas justapostas de grande diâmetro é a mais vantajosa para o caso em questão, com

média ponderada de 6,24. A conclusão é que a alternativa mais vantajosa não foi a mais

econômica.

Palavras-chave: Transporte Metroviário. Contenções. Fundações. Trincheira. Métodos

Construtivos.

1. Introdução

A implantação de qualquer empreendimento de Engenharia, por mais benéfico que seja para a

comunidade, é uma atividade que traz consideráveis impactos ao meio ambiente e à

sociedade, durante sua construção e operação. Segundo Priori Jr et al. (2008), a construção

civil participa, direta e indiretamente, com cerca de 18% do Produto Interno Bruto - PIB,

sendo responsável por expressiva parcela do desenvolvimento da economia nacional.

Na visão de Silva (2003), a indústria da construção, particularmente a construção, operação e

demolição de edifícios, representam as atividades humanas de maior impacto sobre o meio

ambiente. A magnitude dos impactos sociais, ambientais e econômicos posiciona

estrategicamente o setor, em dimensão mundial, como um motor potencial para o atendimento

de metas de desenvolvimento sustentável.

Diante dessa necessidade, o presente estudo foi realizado com o objetivo de mensurar

características importantes para o empreendimento e, por meio da utilização da matriz de

decisão qualitativa (Anexo 1), municiar o gestor público na tomada de decisão para a escolha

2




de método construtivo de trincheira mais vantajoso para a sociedade, levando em conta todos

aspectos envolvidos.

No caso em questão, a implantação da expansão do Metrô do Distrito Federal na cidade

satélite de Ceilândia, o estudo demonstrou que a conjugação de fatores técnicos, sociais,

ambientais e econômico-financeiros é mais importante que a análise isolada da variável custo.

Demonstrando, assim, a magnitude e abrangência deste trabalho, que pode ser ampliado e

adaptado para outras áreas da Engenharia, objetivando reduzir os impactos na sociedade e

meio ambiente quando da implantação de obras de infraestrutura, principalmente as urbanas.

2. Metrô do Distrito Federal

O Metrô do Distrito Federal teve seus primeiros estudos em 1991, por meio de uma

Coordenadoria Especial integrada por técnicos de vários órgãos do governo distrital, com

objetivo de gerenciar a construção da primeira linha de transporte metroferroviário da capital

federal. Passado um ano, a obra de implantação foi iniciada pelo trecho que liga Samambaia

ao Plano Piloto. No ano seguinte, em dezembro de 1993, foi criada a Companhia do

Metropolitano do Distrito Federal, cuja missão era planejar, construir, operar e manter o

transporte sobre trilhos na capital. Após várias paralisações das obras e viagens

experimentais, denominadas operação branca, em 2001 foi iniciada a operação comercial do

trecho que liga Samambaia ao Plano Piloto, passando por Taguatinga, Águas Claras e Guará,

transportando, diariamente, cerca de 45 mil passageiros. No final de 2007 foi inaugurado o

trecho de ligação Taguatinga a Ceilândia Sul, via Estação Centro Metropolitano,

desencadeando um carregamento diário de 100 mil passageiros. A conclusão da linha atual

ocorreu em 2008, quando da inclusão do trecho entre as Estações Ceilândia Sul e Terminal

Ceilândia, passando a transportar, em média, 140 mil passageiros por dia. Atualmente, o

Metrô-DF conta com 24 estações operacionais, frota de 32 trens e 42,38 km de via com duas

linhas, conforme apresentado na Figura 1.

3




Figura 1 – Mapa do Metrô do Distrito Federal

Fonte: Metrô-DF. Disponível em http://www.metro.df.gov.br/estacoes/linhas.html

2.1. Expansão da Linha 1 do Metrô-DF

O plano de Expansão da Linha 1 do Metrô do Distrito Federal está em consonância com o

PDTU (Plano Diretor de Transportes Urbanos), aprovado pela Lei Distrital nº 4.566 de 04 de

maio de 2011, conforme mostra a Figura 2. Ao todo, são 7,5 km de novas vias, distribuídas

conforme Tabela 1.

Descrição Asa Norte Samambaia Ceilândia

Extensão da via (km) 1 4 2,5

Tipo de via subterrânea superfície trincheira

Tipo de estação subterrânea semi-enterrada subterrânea

Quantidade de estações por trecho 1 2 2

Área construída por estação (m²) 12.580 2.570 2.670

Subestação de energia por trecho 1 3 2

Obras de arte especiais 1 6 10

Urbanização do entorno sim sim sim

Tabela 1 – Características das obras da expansão do Metrô-DF

4




Fonte: Adaptado de Engevix (2014)

Figura 2 – Mapa do sistema ferroviário de passageiros do Distrito Federal previsto no PDTU

Fonte: Secretaria de Transportes. Disponível em http://www.st.df.gov.br/programas-projetos/pdtu/relatorios-

tecnicos.html

Além da expansão de 7,5 km, está prevista a modernização dos sistemas fixos do trecho em

operação, ocasionando, juntamente com o início da operação do trecho estendido, aumento da

capacidade de carregamento máximo para 440 mil passageiros por dia, com uma velocidade

de projeto de 80 km/h e headway de 3 minutos.

Desses três trechos propostos para a expansão, Ceilândia será o que mais trará desafios na

etapa construtiva e na fase operacional. Nesta por conta do acréscimo de passageiros

advindos, principalmente, do entorno de Brasília, que utilizarão o Terminal de ônibus do

Setor “O” para ingressarem no sistema metroviário e deslocar até o centro de Brasília.

Naquela por razões de uso do solo, uma vez que a metrovia será implantada em trincheira, no

exíguo canteiro central da Via 3 no Setor “O” em Ceilândia, conforme mostrado na Figura 3.

5




Figura 3 – Mapa da ampliação do Metrô-DF em Ceilândia


Com larguras médias de 11,50 metros para o canteiro central e 25,00 metros de bordo a bordo

da Via 3, a implantação da trincheira estará limitada a várias condicionantes, tais como espaço

reduzido para manobras, menor tempo possível para a implantação, impossibilidade de

vibrações em decorrência da proximidade de edificações e custo.

Logo, o estudo de metodologias construtivas para as contenções laterais se faz necessário,

pois subsidiará o gestor público na escolha da solução mais vantajosa para a sociedade e meio

ambiente, ainda que tais soluções não sejam as mais econômicas.

3. Tipologias construtivas

Em função das características técnicas, operacionais, urbanísticas e orçamentárias a

implantação da linha metroviária em Ceilândia será em trincheira aberta e, em alguns pontos

da via e nas Estações, trincheira fechada na parte superior. Independentemente de ser aberta

ou fechada, a execução das contenções laterais se pautará em uma série de restrições, a

começar pela profundidade exigida pelo traçado vertical para uma boa conformação do greide

devido à topografia local. Os traçados metroferroviários não permitem rampas superiores a

4%, obrigando o projetista, em alguns casos, aprofundar a cota do topo do boleto, superfície

de contato da roda do veículo com o trilho. No caso da trincheira de Ceilândia, constatam-se

profundidades de até 20 metros entre a superfície e o topo do boleto. A Figura 4 revela a

planta e o perfil longitudinal do projeto geométrico adotado para a via em Ceilândia, e a

Figura 5 sua respectiva seção transversal.

6




6+

7.7

82

0 -

VIA

2

SP-01

SP-02 SP-03

SP-04

SP-05

SP-06

SP-07

SP-09

SP-08

SP-10 SP-11SM-102

SM-103

SP-104SP-105

SM-101A

SP-106

SP-101

SP-102

SP-103 PROF. 25m

PROF. 21m

PROF. 27m

PROF. 20m

PROF. 33m

PROF. 27m

PROF. 26m

PROF. 25m

(1ª etapa)

(1ª etapa)

(1ª etapa)

(1ª etapa)

(1ª etapa)

(1ª etapa)

(1ª etapa)

(1ª etapa)

T.B. VIA 2

1220

1225

1230

1235

1240

1245

1250

1215

4915 49254920

4935

4930

1210

1205

4970 4975

49854980 4990 4995

1250

1255

1260

1265

1270

1275

1280

1245

1240

4940 4945

4960 4965

49554950

4955

5000

4980

4909+61,26

5000+54,00

ESTAÇÃO 29

ESTAÇÃO 29

ESTAÇÃO 28

21,30 m

18,20 m

20,85 m

16,74 m

TERRENO NATURAL

Figura 4 – Planta e Perfil longitudinal da via metroviária em Ceilândia


Figura 5 – Seção transversal da via metroviária em Ceilândia


Não obstante as imposições geométricas, as características geológico/geotécnicas do local

apontam que o solo resistente se dá, na maioria das vezes, em profundidades próximas a 30

metros, conforme perfil geológico-geotécnico constante da Figura 6.

Para vencer tais profundidades e resistir aos diversos esforços atuantes (empuxos, cargas

axiais, momentos fletores), os projetistas adotam elementos mais robustos, com considerável

taxa de armadura e dispositivos de contraventamento, tais como tirantes e estroncamentos

provisórios e definitivos.

Por essas razões, algumas soluções construtivas nem sequer foram estudadas, pois são

inviáveis para o caso em questão. Segundo Hachich (1998), a partir da metade da década de

90, o mercado brasileiro foi invadido por máquinas importadas da Europa, principalmente da

Itália, construídas especialmente para execução de estacas hélice contínua. Essa estaca,

mesmo com suas vantagens inerentes, tais como alta produtividade proporcionada pelos

equipamentos, vários diâmetros disponíveis e ausência de vibração, é um desses casos. A

inviabilidade de seu uso é ocasionada pela limitação da profundidade de inserção da armadura

no concreto, sendo possível até, no máximo, 18 metros, inferior às alturas médias da

trincheira.

7




Quanto aos métodos que utilizam percussão, tais como estacas prancha, estacas cravadas

metálicas ou pré-moldadas de concreto, também são inviáveis, uma vez que as edificações

vizinhas estão muito próximas aos locais de intervenção. Além dessa proximidade, as

construções simplistas, que indicam a ausência de acompanhamento técnico adequado,

sustentam a inviabilidade destes métodos, haja vista a possível ocorrência de vários sinistros e

impactos sociais consideráveis.

Diante desses cenários, as soluções a serem apresentadas nos itens 3.1 a 3.4 são plenamente

viáveis, todavia, a mais vantajosa será indicada com a utilização da matriz de decisão

qualitativa.

48

3522

23

14

17

34

2

16

4

5

4

7

6

4

55

4

30

4

4

5

2

44

3

75

5

4

7

8

65

12

40

57

7

4

10

6025

11,45 m 13,9 m

18,87 m

3,80 m

SP-01COTA 1.221,136

SP-02COTA 1.231,184

SP-03COTA 1.233,833

SP-04COTA 1.241,188

PROJ. 2,33

PROJ. 2,40

PROJ. 6,35

PROJ. 0,67TERRENO NATURAL

3

3

4

4

4

7

14

20

17

38

40

22

59

3

54

4

4

65

3

7

11

11

15

5

617

7

1415

20

44

3

5

17

7

45

27,87 m

25,45 m

SP-05COTA 1.248,833

PROJ. 0,40

SP-06COTA 1.255,609

PROJ. 0,27

564

44

7

4

5

4

6

89

10

13

T.B. VIA 2

5

31,45 m

SP-102COTA 1.254,32

PROJ. 4,36

3

4

2

2

2

3

4

2

4

3

4

5

8

10

9

10

9

9

5

6

10

12

13

11

9

7

8

17

8

30

21

6

29,15 m

SP-103

2

4

4

5

5

6

5

4

13

17

20

19

9

6

4

4

7

7

6

11

12

22

26

16

27

40

52

36/15*

11

T.B. VIA 2

25

30,00 m

SM-101 ACOTA 1236,90PROJ. 14,85

18

9

20

20

7

10

7

21

25

21

19

14

32

15

17

19

20

30/15

30/4

30/11

30/3

30/2

30/0

30/0

30/0

30/0

30/0

30/0

30/15

1220

1225

1230

1235

1240

1245

1250

1215

4910 4915 49254920

4935

4930

1210

1205

4940 4945 49554950

4955

4930 +30,00

4930 +30,00

4909+61,26

3

30,10 m

SP-101COTA 1.247,05m

PROJ. 4,35

2

2

2

2

2

4

3

4

7

6

5

6

5

7

7

7

8

10

9

13

13

19

17

15

44

18

44

8

53

35/10

ESTAÇÃO 29

- AREIA - AREIA SILTOSA OU SILTE ARENOSO, POUCO A MUITO COMPACTA. VARIEGADA.

- ARGILA - ARGILA ARENOSA MUITO MOLE A RIJA. VERMELHA.

UNIDADES LITOLÓGICAS

CONTATO GEOTÉCNICO

- CASCALHO - CASCALHO LATERÍTICO, ARGILOSO VERMELHO.

INDICAÇÃO NÍVEL D'ÁGUA

SONDAGEM À PERCURSÃO (2008) - EXECUTADA

SONDAGEM MISTA (2013) - EXECUTADA

SONDAGEM À PERCUSSÃO (2013) - EXECUTADA

SP-XXX

TOPO DO BOLETO

- ATERROS - ARGILA ARENOSA DURA - PODENDO CONTER PEDREGULHOS VARIEGADOS À AMARRONZADOS

- AREIA - AREIA SILTOSA OU SILTE ARENOSO MUITO COMPACTO. COR AMARRONZADA OU ROXA COM

- SILTITO - ROCHA MEDIANAMENTE ALTERADA, POUCO COERENTE, MEDIANAMENTE FRATURADA, FRATURADA

INCLINADA. COR CLARA COM VEIOS ROSA E CINZA.

CONVENÇÕES GRÁFICAS

LEGENDA

VEIOS BRANCOS.

SP-1XX

SM-1XX

4

1616

13

40

45

4

16

33

5

8

6

7

15

6018

16

8

7

3

2

3

2

3

7

8

5

18

19

1915

7

9

32

2

2

2

5

2

1012

4

1453

2

5

8

12,95 m

12,45 m

15,25 m

13,73 m

SP-08COTA 1.266,718

PROJ. 0,37

SP-09COTA 1.269,697

PROJ. 5,68

SP-10COTA 1.271,012

PROJ. 2,75

SP-11COTA 1.272,552

PROJ. 0,90

TERRENO NATURAL

2

2

4

4

2

16,21 m

SP-1041.268,39

PROJ. 4,39

2

2

2

2

5

34

51

28

32

12

24

24

52

52

35/1535/10*

5

14,14m

SP-1051.274,31mPROJ. 0,02

2

2

2

2

2

2

3

6

4

6

35/10

35/10

35/8

35/10

2

11,07 m

SP-106COTA 1.273,96m

PROJ. -

2

2

2

10

26

35/10

-

-

-

-

2

3

3

2

10

10

6

5

20

13

4

6

55

TERRENO NATURAL

13,82 m

SP-07COTA 1.261,574

PROJ. 0,32

6

29,15 m

SP-103COTA 1.260,76

PROJ. 4,32

2

4

4

5

5

6

5

4

13

17

20

19

9

6

4

4

7

7

6

11

12

22

26

16

27

40

52

36/15*

11

2

27,00 m

SM-103A1270,964

PROJ. 2,38

3

5

29

30/15

30/11

28

31

30/7

30/8

30/630/2

18

31

34

0

0

0

13

38

0

70

RQ

D

100

100

100

100

84

100

100

67

67

33

RE

C

8

25,10 m

SM-102ACOTA 1260,862

PROJ. 4,35

9

14

19

20

25

17

21

23

24

25

28

26

30

31

34

37

38/24

25/15

30/15

30/15

30/13

30/13

30/10

28/15

4970 4975

49854980 4990 4995

1250

1255

1260

1265

1270

1275

1245

1240

4960 49654955

5000

4980

5000+54,00

Figura 6 – Perfil geológico-geotécnico da via metroviária em Ceilândia


3.1. Parede diafragma em lamelas pré-moldadas e escavação com clamshell mecânico

Esta metodologia foi utilizada em diversas frentes de construção na implantação do trecho em

operação do Metrô-DF, tais como trincheiras de Ceilândia e Guará, túnel Taguatinga e

estações subterrâneas da Asa Sul. O método consiste na colocação de painéis (lamelas) pré-

moldados de concreto armado em valas previamente escavadas com o equipamento clamshell.

Inicialmente, realiza-se a marcação topográfica do eixo da parede, que delimitará, tanto no

plano vertical quanto no horizontal, a correta localização da vala a ser escavada. Após a

marcação topográfica, são construídas as muretas guia ao longo da extensão da parede, cujo

objetivo é auxiliar o operador do clamshell e guiar a ferramenta de escavação. A mureta guia

é composta por dois muros de concreto distanciados entre si pela largura da parede mais 5

8




centímetros. Assim que a mureta guia atingir resistência adequada, a escavação com clamshell

é iniciada e continua até o momento em que o solo apresentar instabilidade, ocasião em que a

vala deve ser preenchida com lama bentonítica, material tixotrópico cuja função é estabilizar

as paredes da vala por pressão e formação de película impermeável (“cake”).

É importante destacar que, na fase de escavação, a verticalidade e os desvios deverão ser

conferidos e corrigidos a todo momento. Concomitantemente às etapas anteriores, os painéis

pré-moldados armados estão sendo fabricados no canteiro, com a utilização de fôrma metálica

e mesa de concretagem, a fim de garantir um bom acabamento superficial. Concluída a

escavação até a profundidade de projeto, as lamelas, que possuem esperas nas duas

extremidades, são içadas e colocadas na vala, mantidas suspensas de modo a garantir a altura

mínima da ficha, que deverá ser concretada no local. Colocada a primeira lamela, as contínuas

serão inseridas na vala por meio de encaixe macho e fêmea, umas lamelas às outras, com

auxílio de pino guia metálico concretado na extremidade macho da peça. A Figura 7 mostra a

seção transversal típica de uma lamela e os seus detalhes construtivos.

EXTREMIDADEMACHO

EXTREMIDADE

FÊMEA

PINO-GUIA

ABERTURA PARACONCRETAGEM DA FICHA

ABERTURA PARA

CIRCULAÇÃO DE LAMA

BENTONÍTICA, DETRITOS E "COULIS"

ENCONTRO DOS PAINÉIS

PRÉ-MOLDADOS

Figura 7 – Seção transversal típica de lamela pré-moldada

Fonte: Dados produzidos pelo autor

Após a colocação de alguns painéis, a lama bentonítica é retirada e tratada, simultaneamente à

injeção na vala de uma mistura de cimento, água e bentonita, denominada “coulis”, a qual

visa garantir plasticidade e impermeabilidade para a parede diafragma. Nesse ponto, por meio

de orifício deixado na própria seção transversal da lamela, é introduzida tremonha para

concretagem submersa da ficha na parte inferior e concretagem normal da viga de coroamento

na parte superior. Terminada a execução das duas paredes diafragmas paralelas que delimitam

a largura da trincheira, dá-se início à escavação invertida ou confinada, bem como a execução

dos estroncamentos e atirantamentos à medida que se aprofunda a escavação, se for

necessário.

As principais vantagens desse método são a ausência de vibração, excelente acabamento

superficial da parede e alta mecanização envolvida. Como desvantagem cita-se a necessidade

de grandes áreas para canteiros de confecção de peças pré-moldadas, transporte e içamento

das lamelas que geram transtornos ao trânsito, altos custos de implantação e dificuldade de

execução em solos de 3ª categoria.

9




3.2. Contenções laterais em estacas de grande diâmetro (estacões) justapostos espaçados

com arco de concreto projetado

Esse foi outro método adotado com sucesso no Metrô-DF para contenções laterais. Cita-se a

Estação Guará, VCAs (Vala Céu Aberto) dos túneis Asa Sul e Taguatinga e passagens

subterrâneas para pedestres das Estações 102, 108, 112 e 114 Sul.

Segundo França (2011:8), estacas escavadas de grande diâmetro são conhecidas no meio

técnico como estacões, sendo escavadas por rotação com auxílio de camisa-guia e lama

bentonítica ou polimérica, com diâmetros que variam de 0,60 a 2,50 metros.

O método se desenvolve com a escavação desses estacões justapostos e espaçados no sentido

longitudinal, formando uma parede de contenção contínua. Antes é feita a locação topográfica

de cada estaca bem como a indicação da profundidade de projeto. De acordo com o Manual

de Especificações e Procedimentos ABEF (2004), o equipamento de escavação é formado por

mesa rotativa e/ou rotatores hidráulicos, que acionam uma haste telescópica tipo Kelly, que

tem acoplada na sua extremidade inferior a ferramenta de perfuração, que pode ser trado,

caçamba ou coroa, dependendo do tipo de solo. A escavação vai até 1 metro de profundidade,

momento em que é colocado tubo guia metálico, que possui diâmetro de 10 centímetros

superior ao diâmetro nominal da estaca. Então, a escavação prossegue até a profundidade

constante do projeto, simultaneamente com o enchimento do furo com lama bentonítica ou

fluido estabilizante, que, além da função de estabilização, propicia manter em suspensão os

detritos provenientes da desagregação do terreno. Concluída a escavação, a armadura é

colocada no furo ainda preenchido com fluido estabilizante. Observa-se nessa etapa que a

concretagem tem de ser realizada rapidamente, para evitar a formação de película entre o

fluido e a armadura, o que pode prejudicar a aderência das barras de aço com o concreto. Com

o auxílio de uma tremonha, a concretagem submersa (de baixo para cima) é realizada de

modo contínuo e uniforme, com a ponta da tremonha imersa, no mínimo, em 3 metros de

concreto. Após, é executada a viga de coroamento na parte superior da parede. A Figura 8

esquematiza essa sequencia executiva.

10




Figura 8 – Sequência executiva das estacas de grande diâmetro

Fonte: Brasfond. Disponível em http://www.brasfond.com.br/fundacoes/egdiametro.html

Depois de realizada as duas linhas paralelas de estacões, que delimitarão a largura da

trincheira, é realizada a escavação invertida ou confinada, estroncamento e atirantamento,

simultaneamente à colocação de tela metálica e aplicação de concreto projetado, em forma de

arco, no espaço entre os estacões. A Figura 9 ilustra os detalhes dessa técnica.

11




AA

Figura 9 – Detalhes executivos de trincheira com estacas de grande diâmetro

Fonte: Dados produzidos pelo autor

Como principais vantagens dessa tipologia construtiva, citam-se alta produtividade,

possibilidade de escavação em rocha, menor necessidade logística e de canteiro e alto grau de

industrialização do processo. Como desvantagens destacam-se o acabamento superficial da

parede da trincheira (que pode se mitigada com a construção de alvenaria contígua) e trânsito

de caminhões betoneira.

3.3. Parede diafragma em lamelas moldadas in loco e escavação com hidrofresa

Sendo um dos equipamentos de execução de fundações mais recentes no mercado nacional, a

hidrofresa é um equipamento hidráulico dotado de duas rodas de corte na parte inferior, as

quais giram em sentidos opostos em torno dos respectivos eixos horizontais. Essas rodas

possuem pinos de tungstênio ou vídea que, com os movimentos circulares, trituram o solo, e

até mesmo rocha, levando os sedimentos à superfície por meio de circulação reversa da lama

bentonítica (ou fluido estabilizante) colocado na vala. A Figura 10 mostra os detalhes do

equipamento hidrofresa.

12




Figura 10 – Detalhes do funcionamento da hidrofresa

Fonte: Costa Fortuna. Disponível em http://www.costafortuna.com.br/downs/apHidrofresa.pdf

A execução da parede diafragma é iniciada pela marcação topográfica e construção da

mureta-guia, similares ao método indicado no item 3.1. Após, é iniciada a pré-escavação da

vala com utilização de clamshell mecânico ou hidráulico, a fim de gerar profundidade

suficiente para que a bomba da hidrofresa fique submersa no fluido estabilizante. Garantida

essa profundidade mínima, a hidrofresa inicia a escavação por meio da trituração do material,

sendo que sua retirada se dá por meio de sucção, com a bomba submersa, desse material

misturado com o fluido estabilizante já preenchido na vala. A escavação é ininterrupta, todo o

trabalho é feito de forma contínua até atingir a cota de projeto, o que gera excelente

produtividade. Ressalta-se que, diferentemente do método indicado no item 3.1, no qual a

parede diafragma é executada continuamente no sentido longitudinal, a escavação com

hidrofresa é realizada de maneira intercalada, criando juntas secantes, que serão escavadas e

concretadas após as lamelas atingirem resistência adequada. Terminada a fase de escavação,

dá-se início à colocação da armadura e concretagem submersa, que é realizada de maneira

análoga à do método descrito no item 3.2. Quando a lamela adquire resistência suficiente, as

juntas secantes já podem ser escavadas, inclusive com escarificação de parte do concreto dos

painéis adjacentes, visando garantir superfície rugosa e boa aderência entre o concreto

endurecido e o concreto fresco. Os métodos de escavação, armação e concretagem da junta

secante são os mesmos dos realizados para as lamelas. Em seguida, executa-se as vigas de

coroamento na parte superior da parede. A Figura 11 esboça a execução desse método.

13




Figura 11 – Detalhes do método executivo de paredes diafragmas com hidrofresa

Fonte: Brasfond. Disponível em http://www.brasfond.com.br/fundacoes/hidrofresa.html

Com as duas paredes diafragmas executadas, dá-se continuidade à escavação invertida, de

maneira idêntica à do descrito no item 3.1.

14




Os principais pontos positivos do sistema são excelente produtividade, possibilidade de

execução em qualquer tipo de solo, excelente acabamento superficial da parede e alto grau de

industrialização envolvido. Como pontos negativos citam-se a necessidade de pré-escavação

com clamshell, altos custos e disponibilidade de equipamentos na região.

3.4. Parede diafragma em lamelas moldadas in loco e escavação com clamshell

hidráulico

Método mais usual para execução de paredes diafragmas, a escavação com clamshell, que

pode ser hidráulico ou mecânico, e concretagem in loco das lamelas é atrativo pois há

disponibilidade de equipamentos na região, não produz vibrações no terreno, tem algo grau de

industrialização no processo e excelente acabamento superficial da parede. Como pontos

negativos destaca-se a impossibilidade de escavação em rocha, o que demanda outros

equipamentos e processos, tais como trepanação. Com relação ao custo, é a solução mais

barata se comparada às outras três, somente se a escavação ocorrer em solo de 1ª categoria.

Na ocorrência de rocha, dependendo do volume a ser escavado, esse método passa a ser

antieconômico quando comparado aos dos itens 3.2 e 3.3.

A execução dessa metodologia é similar à do item 3.1, com algumas diferenças. Neste caso, a

escavação não é realizada em todo sentido longitudinal da parede, e sim intercalando os

painéis com juntas secantes. Para a execução dessas juntas, utilizam-se chapas espelho antes

da concretagem, que têm a função de delimitar a largura da lamela. As juntas são

imprescindíveis, pois, diferentemente da hidrofresa, que tem a capacidade de escarificar o

concreto, o equipamento clamshell não o faz. Após concretagem e atendimento a resistências

adequadas, as chapas espelhos são retiradas e as juntas e posterior viga de coroamento

executadas, finalizando assim a construção da parede. A escavação invertida e demais etapas

para construção da trincheira são similares ao dos itens 3.1 e 3.3. A Figura 12 ilustra essa

sequência executiva.

15




Figura 12 – Detalhes do método executivo de paredes diafragmas moldadas in loco com clamshell

Fonte: Geofix. Disponível em http://www.geofix.com.br/site2010/servicos/paredes-diafragma-clam-

shell/parede_clamshell.pdf

4. Metodologia

Apresentadas e definidas as quatro metodologias executivas viáveis para construção da

trincheira em Ceilândia, utiliza-se a matriz de decisão qualitativa proposta para a escolha do

método mais vantajoso para a sociedade e meio ambiente, levando em conta fatores

econômico-financeiros, técnicos, sociais e ambientais.

Essa matriz, que tem por objetivo auxiliar o gestor público na tomada de decisão, é composta

pelos seguintes campos:

- item e características importantes para a implantação da obra: sequencialmente, são

propostos os quesitos a serem observados pelo gestor na escolha da solução construtiva que

traga menores impactos à sociedade e ao meio ambiente, com os menores custos. Neste

estudo de caso, foram propostos vinte itens que, de alguma forma, interferem com a execução.

Esses vinte itens se concentram em torno de quatro eixos temáticos: fatores econômico-

financeiros; técnicos; sociais e ambientais, que serão detalhados nos itens 4.1 a 4.4;

- relevância (peso) para cada característica a ser considerada: cada quesito é avaliado de

acordo com sua importância para a implantação do empreendimento, com pesos variando de 1

a 5, sendo nota 1 – indiferente, 2 – pouco importante, 3 – importante, 4 – muito importante e

5 – importantíssimo;

- mérito da metodologia construtiva (nota para atendimento): para as quatro soluções técnicas

16




apresentadas, foram aferidas notas conforme o desempenho de cada solução para cada

característica considerada para a implantação. Essa notas variam de 1 a 10, sendo nota 1 – não

atende, 3 – atende inferior, 5 – atende, 8 – atende superior e 10 – atende com méritos;

- média ponderada: os resultados finais são obtidos para cada solução, levando-se em conta a

média ponderada das notas conforme os pesos de cada característica. A metodologia

construtiva que alcançar a maior média ponderada será considerada a mais vantajosa.

A matriz qualitativa de decisão resultante desse estudo de caso encontra-se no Anexo 1.

As ponderações dos pesos de relevância e notas para atendimento foram estabelecidas, no

estudo de caso em questão, conforme literatura técnica especializada e experiência do autor na

área adquirida com a implantação das obras subterrâneas do Metrô do Distrito Federal.

4.1. Fatores econômicos e financeiros

Existe certa tendência dos profissionais do ramo da Engenharia em adotar soluções que sejam

menos onerosas, do ponto de vista financeiro, em detrimento da análise ampla de outros

fatores que afetem, mesmo que indiretamente, a implantação, operação e manutenção da obra.

Em se tratando de investimento público, como no presente estudo de caso, o gestor estatal fica

vinculado a observar esses outros fatores, uma vez que custos indiretos podem ser decisivos e

mais representativos que os custos diretos dos insumos construtivos.

No estudo de caso em questão, a implantação se dará na exígua faixa do canteiro central da

Via 3 no Setor “O” em Ceilândia, que tem alto tráfego de veículos particulares e ônibus do

sistema metropolitano de transportes. Logo, quaisquer interrupções que venham a ser feitas

nessa via no momento das obras gerarão enormes prejuízos financeiros indiretos que são de

complexa quantificação. Dentre esses prejuízos, elenca-se maior consumo de combustível dos

ônibus, pois terão que alterar suas rotas (desvios de tráfego), consequente majoração na

emissão de poluentes, acréscimo no tempo de deslocamento que reflete, inclusive, na

produtividade dos trabalhadores e queda nas vendas do comércio local.

Custos diretos de construção propriamente ditos formam uma variável extremamente

importante na escolha do método, mas, se houver soluções um pouco mais caras, porém mais

produtivas, implicando em menor tempo de construção, o impacto na cidade será menor. Vale

então pagar essa diferença de custo visando reduzir o tempo da obra e seus respectivos

transtornos?

Dispêndios referentes à manutenção e durabilidade (vida útil de projeto) também devem ser

embutidos na análise dos custos indiretos da obra. A estrutura ideal é aquela que totaliza os

menores custos em toda sua vida útil, sejam custos de construção, de manutenção ou

durabilidade.

É proeminente considerar se a metodologia construtiva proposta contribuirá ou retardará o

alcance do objetivo proposto, bem como pela disponibilidade do bem pelo maior tempo para a

sociedade e se os recursos investidos trazem resultados.

O papel do gestor público então é conhecer essas variáveis e ponderar, com o auxílio de

ferramentas de gestão, como a matriz de decisão qualitativa, a representatividade e

importância de cada uma.

17




4.2. Fatores técnicos

Excluídas as técnicas construtivas inviáveis para a implantação da trincheira em Ceilândia,

tais como estacas hélice contínua e estacas cravadas, ponderam-se elementos de cunho

técnico para comparação das alternativas viáveis, cuja aderência aos outros três fatores é

inerente. Melhado et al. (2002) enfatizam que para a escolha da fundação mais adequada,

deve-se conhecer os esforços atuantes sobre a edificação, as características geotécnicas do

solo, bem como dos elementos estruturais que formam as fundações. A presença de material

de 3ª categoria, por exemplo, não impede a adoção de nenhum dos quatro métodos propostos,

porém há acréscimo de custos e dilatação dos prazos de execução. No caso de Ceilândia,

conforme perfil geológico/geotécnico mostrado na Figura 6, a presença de material rochoso é

mínima, mas não descartada, uma vez que a imprevisibilidade e os riscos geotécnicos são

altos.

Outra característica local determinante para escolha do método é o uso do solo. Ceilândia é

uma cidade satélite muito adensada, não há áreas disponíveis nas proximidades para

instalação de canteiros centrais, o que minora a possibilidade de utilização de lamelas pré-

moldadas. Até mesmo a faixa de servidão metroviária é exígua, com edificações bem

próximas, o que demanda estudo logístico e de impacto de vizinhança detalhados. Verificam-

se, com esses estudos, as alternativas mais propensas a gerar o menor transtorno possível, e

até mesmo, aquelas possíveis de serem realizadas (acesso de equipamentos ao local).

4.3. Fatores sociais

Por serem executadas dentro de um sistema complexo, dinâmico e em pleno funcionamento,

que são as cidades, as obras de infraestrutura urbana, no momento de sua execução, são

geradoras de transtornos inestimáveis para a sociedade. Mesmo com melhorias para a

qualidade de vida de seus habitantes, medidas mitigadoras das adversidades são fundamentais

e necessárias para a obtenção do propósito a qual foi destinada. A escolha de estratégias

construtivas condizentes com menores impactos sociais deve ser perseguida pelo gestor

público e considerada no estudo de viabilidade.

No corrente estudo de caso, métodos que utilizam percussão, transmitindo vibrações e elevada

poluição sonora para a comunidade local, foram considerados inviáveis, não sendo objeto de

comparação. Os seguintes aspectos sociais também foram ponderados:

- industrialização do processo: quanto maior o grau de industrialização envolvido, menor a

necessidade de mão de obra braçal, a qual executa tarefas árduas, insalubres e perigosas.

Consequentemente, infere-se diminuição nos acidentes de trabalho e o tempo de execução das

obras, haja vista a produtividade ser maior;

- interferência com o trânsito e sistema viário: processos que mobilizam grandes, numerosos e

ineficazes equipamentos, inclusive com içamento e transporte de peças pré-moldadas de

grandes dimensões, tendem a agravar, no seu deslocamento, o trânsito da cidade e conturbar o

sistema viário local. Equipamentos de menor porte e maior eficiência levam vantagem nesse

ponto;

- assim como explanado no item 4.1, soluções técnicas mais produtivas, mesmo sendo mais

onerosas, podem, ao longo de sua vida útil, apresentar maior economicidade, tendo em vista

os custos indiretos envolvidos, inclusive os sociais. Por conseguinte, quanto mais produtivo o

18




sistema, mais rápida será a conclusão do empreendimento, diminuindo o prazo crítico de

obras e seus respectivos prejuízos sociais, tais como segurança dos transeuntes, poluição

ambiental e interferências com edificações vizinhas.

4.4. Fatores ambientais

Associados aos outros fatores e presentes em toda etapa produtiva, os requisitos de mitigação

de danos ambientais e sustentabilidade, além de serem exigências legais (concessão das

Licenças Prévia, de Instalação e de Operação), trazem benefícios diretos para a sociedade,

tornando-se obrigatórios no estudo de viabilidade para escolha da solução construtiva.

Metodologias que demandam menores recursos naturais (insumos construtivos e combustíveis

fósseis) cujos processos racionalizam a aplicação de mão de obra e materiais, reduzindo o

desperdício, são vantajosas sob os pontos de vista ambiental, mas também do financeiro e

social.

Contudo, é consenso entre os profissionais da área que a execução de fundações é uma etapa

que gera grandes danos ambientais, uma vez que envolve alto consumo de matéria prima e

interfere no subsolo e lençol freático. Dirimir completamente esses danos, com as tecnologias

e padrões atuais, é praticamente impossível, o que não dispensa a adoção medidas mitigadoras

desses impactos. É exemplo de prática mitigadora a substituição de lama bentonítica por

fluido estabilizante com polímeros para conter as paredes laterais da escavação, uma vez que

o reaproveitamento do fluido é cerca de 5 vezes maior que o da lama, além de ser

biodegradável.

Logo, métodos construtivos que permitem melhorias em seus processos, refletindo em ganho

ambiental, devem ter suas notas para atendimento majoradas no estudo de viabilidade. No

caso em questão, os quatro tipos construtivos avaliados têm essa possibilidade, porém

diferenciam no consumo de combustíveis, dado que os métodos em lamelas pré-moldadas e

escavação com hidrofresa utilizam maior número de equipamentos motores que queimam

combustíveis fósseis.

5. Conclusão

A expansão da linha metroferroviária em Ceilândia no Distrito Federal, uma obra complexa

de infraestrutura, causará transtornos e impactos de diversas ordens, posto que será executada

em zona urbana altamente adensável.

Visando mitigar esses danos, a utilização de matriz de decisão qualitativa é um instrumento

que possibilita ao gestor público escolher o método construtivo mais vantajoso para a

sociedade e meio ambiente, implicando assim na redução dos impactos com os menores

custos. A matriz foi elaborada em função de características relevantes a serem observadas

para implantação da obra no contexto regional atual, bem como as diferenciando pelo seu

grau de importância, cujo peso varia de 1 a 5 (indiferente a importantíssimo).

No total, foram elencadas 20 características, com somatório dos pesos atingindo 76 pontos.

Desses, 36,8% se referem a aspectos técnicos (itens 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11 e 13 da matriz

constante no Anexo 1), 29,0% a fatores sociais (itens 14, 15, 16, 17 e 18), 25,0% a aspectos

econômico-financeiros (itens 1, 2, 3, 6 e 12), e 9,2% a motivos ambientais (itens 19 e 20).

Com esses dados, destaca-se a representatividade dos fatores sociais para a escolha da

19




metodologia construtiva, que, no caso da construção da trincheira em Ceilândia, foi superior

aos fatores econômico-financeiros.

Foram estudados então apenas os métodos construtivos viáveis, principalmente do ponto de

vista técnico e social, para comparação. No caso em questão, foram observadas quatro

soluções: alternativa 1 – parede diafragma em lamelas pré-moldadas e escavação com

clamshell mecânico; alternativa 2 – Contenções laterais em estacas de grande diâmetro

(estacões) justapostos espaçados com arco de concreto projetado; Alternativa 3 – Parede

diafragma em lamelas moldadas in loco e escavação com hidrofresa; e Alternativa 4 – Parede

diafragma em lamelas moldadas in loco e escavação com clamshell hidráulico.

A correspondência entre esses métodos construtivos e as características importantes para a

obra, visando a escolha da solução mais vantajosa, foi realizada com a atribuição de notas

para atendimento a cada uma das características, para cada tipologia construtiva. Essas notas

variam de 1 (não atende) a 10 (atende com méritos). Atribuídas essas notas, o resultado final

foi obtido, para cada alternativa, por meio de média ponderada. Os resultados apontaram que

a alternativa 2 obteve a maior média, com 6,24, sendo a mais viável para o cenário em

questão. Foi seguida pela alternativa 3, com 5,51 pontos, alternativa 4, com 5,28 pontos e por

último alternativa 1, com 4,13 pontos.

Conclui-se que a hipótese levantada se confirmou para o estudo de caso em questão, ou seja,

que o método mais barato (alternativa 4) não foi o mais vantajoso para a sociedade e meio

ambiente (alternativa 2), uma vez que fatores técnicos, sociais e ambientais, conjugados aos

quesitos econômico-financeiros, expressam considerável representatividade para um

empreendimento público, e não apenas os custos envolvidos.

Para outros casos de análise de viabilidade de métodos construtivos, inclusive em outras áreas

da Engenharia, a matriz de decisão qualitativa é um instrumento útil para definição dos

sistemas mais vantajosos, para além dos mais baratos, porém é necessário que as variáveis

relevantes sejam analisadas caso a caso, demandando assim outras pesquisas para se

estabelecer um referencial mais representativo.

Referências

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Execução de Fundações. Rio de Janeiro, 1996.

ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de

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FUNDAÇÕES E GEOTECNIA. Manual de Especificações e Procedimentos ABEF. São

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EDITORA PINI. Revista Téchne. Edição 200. São Paulo, 2013.

ENGEVIX ENGENHARIA S/A. Projeto Básico de Engenharia da Expansão da Linha 1

do Metrô do Distrito Federal. Brasília, 2014.

20




FRANÇA, Danilo Costa de. Provas de carga estáticas instrumentadas em profundidade

em estacas escavadas de grande diâmetro (Estacões). São Paulo, 2011.

HACHICH, Waldemar; FALCONI, Frederico F.; SAES, José Luiz; FROTA, Régis G. Q.;

CARVALHO, Celso S.; NIYAMA, Sussumu. Fundação Teoria E Prática. 2ª edição. São

Paulo: Editora Pini, 1998.

MELHADO Silvio Burrattino et al. Fundações. São Paulo: Escola Politécnica Da

Universidade de São Paulo, 2002.

PRIORI JUNIOR, L; MENEZES, J.R.R.; GUEDES, R.; NETO, S.B.F. Construção

Sustentável: Potencialidades e desafios para desenvolvimento sustentável na construção

civil. 22ª edição. Recife: Editora Brascolor, 2008.

SILVA, V.G. Avaliação da sustentabilidade de edifícios de escritórios brasileiros:

diretrizes e base metodológica. Tese de Doutorado. Escola Politécnica da USP, São Paulo,

2003.

21




22




Item Características importantes para a

implantação da obra

Relevância (Peso): de 1

a 5 pela importância

para a obra

Mérito da metodologia construtiva: Nota para atendimento de 1 a 10

Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3 Alternativa 4

Parede diafragma em

lamelas pré-moldadas

e escavação com

clamshell mecânico

Contenções laterais

em estacas de grande

diâmetro (estacões)

justapostos espaçados

com arco de concreto

projetado

Parede diafragma em

lamelas moldadas in

loco e escavação com

hidrofresa

Parede diafragma em

lamelas moldadas in

loco e escavação com

clamshell hidráulico

1 Custos de implantação Importante 3 Atende inferior 3 Atende 5 Atende inferior 3 Atende superior 8

2 Produtividade, implicando em

menores prazos de execução Importantíssimo 5 Atende inferior 3

Atende com

mérito 10

Atende com

mérito 10 Atende 5

3

Racionalidade logística (canteiro de

obra menor, reduzida equipe de apoio

e produção, efetivo controle

tecnológico, planejamento adequado)

Importante 3 Atende inferior 3 Atende com

mérito 10 Atende 5 Atende superior 8

4 Mitigação de atrasos no cronograma

por conta de fatores imprevisíveis Muito importante 4 Atende inferior 3 Atende 5 Atende 5 Atende inferior 3

5

Possibilidade de execução em

diferentes tipos de solo (não coesivo,

rochoso, etc.)

Importantíssimo 5 Atende inferior 3 Atende com

mérito 10

Atende com

mérito 10 Atende inferior 3

6 Disponibilidade de equipamentos na

região Importantíssimo 5 Atende 5 Atende 5 Atende inferior 3 Atende 5

7 Acessibilidade de equipamentos no

local das obras Importantíssimo 5 Atende inferior 3 Atende superior 8 Atende inferior 3 Atende inferior 3

23




8

Alto grau de industrialização e

mecanização, dispensando parte da

mão de obra para tarefas árduas,

insalubres e de risco elevado

Muito importante 4 Atende superior 8 Atende superior 8 Atende superior 8 Atende superior 8

9

Possibilidade de refazimento durante a

obra, visando atender o controle

tecnológico de qualidade

(verticalidade, prumo, cotas)

Importante 3 Atende inferior 3 Atende 5 Atende inferior 3 Atende inferior 3

10 Qualidade do produto acabado

(acabamento superficial, estética) Pouco importante 2

Atende com

mérito 10 Não atende 1

Atende com

mérito 10

Atende com

mérito 10

11 Desempenho e durabilidade da

construção Importante 3 Atende superior 8 Atende superior 8 Atende superior 8 Atende superior 8

12 Manutenibilidade pós obra Importante 3 Atende superior 8 Atende 5 Atende superior 8 Atende superior 8

13 Possibilidade de alterações e

modificações pós obra Pouco importante 2 Atende inferior 3 Atende 5 Atende inferior 3 Atende inferior 3

14 Menor interferência possível com o

sistema viário local durante as obras Importante 3 Não atende 1 Atende inferior 3 Atende inferior 3 Atende inferior 3

15 Reduzidos impactos no trânsito da

cidade durante as obras Muito importante 4 Atende inferior 3 Atende inferior 3 Atende inferior 3 Atende inferior 3

16 Mínimas interferências com

edificações vizinhas Importantíssimo 5 Atende 5 Atende 5 Atende 5 Atende 5

17

Minoração do impacto na vizinhança

(ruídos, poluição visual, necessidade

de desvios de tráfego de veículos e de

pedestres)

Importantíssimo 5 Atende inferior 3 Atende 5 Atende inferior 3 Atende 5

18 Segurança do trabalhador e população

próxima Importantíssimo 5 Atende inferior 3 Atende superior 8 Atende superior 8 Atende superior 8

19 Mitigação dos impactos ambientais Muito importante 4 Atende 5 Atende 5 Atende 5 Atende 5

24




20

Eficiência na aplicação de materiais e

mão de obra, implicando em menores

desperdícios

Importante 3 Atende inferior 3 Atende 5 Atende inferior 3 Atende 5

Média ponderada = (Peso x Nota) /

Peso Peso = 76 4,13 6,24 5,51 5,28

Anexo 1 – Matriz de decisão qualitativa

matriz de decisão qualitativa para escolha do método ... · 1 matriz de decisão qualitativa para...

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