Aula 23 - Controle de água nas escavações

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Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais Campus - VIII 
Engenharia Civil 
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Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira
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Aula 23
- Controle de água nas escavações;
- Rebaixamento temporário de lençol freático.
Necessidade do Controle da Água Subterrânea
A adoção de um controle da água subterrânea facilita a construção de estruturas
enterradas sob o nível d'água, na medida em que:
a. intercepta a percolação d água que emerge nos taludes ou fundo de escavações.
A água prejudica grandemente os processos construtivos e pode ser fator impeditivo
ou de considerável aumento de custos de uma construção enterrada;
b. aumenta a estabilidade dos taludes e evita o carreamento hidráulico do solo
destes taludes e do fundo da escavação;
c. reduz a carga lateral em estruturas de escoramento;
d. elimina ou reduz a necessidade do emprego de ar comprimido em túneis;
e. melhora as condições de escavação e reaterro. Escavações submersas são sempre
mais lentas e dispendiosas;
f. permite manter basicamente inalteradas as condições de suporte do terreno
localizado subjacentemente ao apoio da estrutura a ser construída.
Métodos de controle da água subterrânea
Há duas maneiras distintas de controlar a água subterrânea de forma a atingir os
objetivos acima:
a. através da interceptação e remoção da água de subsuperfície, através de
bombeamento apropriado. Este bombeamento pode ser feito a partir de pontos de
coleta localizados à superfície da escavação ou a partir de drenos sub-superficiais,
ponteiras filtrantes, e/ou poços profundos;
b. através da separação entre fluxo d’água e escavação, mediante a adoção de uma
barreira física que exclua a água da mesma. Daí serem também denominados de
métodos de exclusão. É também frequente, no Brasil, a adoção da expressão anglo-
saxônica “cut-off”.
Os mais utilizados entre nós são: estacas-pranchas metálicas e de concreto, diafragmas
plásticos (de lama) ou rígidos (de concreto), estacas secantes ou justapostas, cortinas
de injeção de cimento, trincheiras impermeáveis e "jet-grouting".
- A diferença básica entre ambas as maneiras é a de que a primeira tem por objetivo
alterar a posição do nível d'água, a o passo que a segunda tem como consequência a
manutenção das condições hidrológicas do local.
- Obviamente, é sempre possível adaptar uma combinação de ambos no controle da
água subterrânea, tendo em vista o aumento da eficiência, a redução de custos c a
manutenção do sistema ao longo d o tempo.
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Efeito do rebaixamento em estruturas adjacentes
Pelo fato de o rebaixamento induzir uma diminuição das pressões neutras,
sobrevém um correspondente aumento de pressões efetivas e podem ocorrer
recalques indesejáveis em estruturas localizadas nas vizinhanças, ou mesmo a
grandes distâncias (digamos, 50 m, 100 m ou mais).
Os recalques são mais frequentes quando existem construções leves apoiadas
em argila mole ou turfa, superficiais, sobrejacentes a aquíferos muito
permeáveis, lista possibilidade deve ser analisada pelo projetista, a quem
caberá a recomendação da colocação de pinos de recalque nos vizinhos e
eventuais medidas jurídicas cabíveis.
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Rebaixamento de lençol freático
Na maioria dos casos onde se pretende construir abaixo do lençol freáticos, como no caso
de garagens subterrâneas quando o nível d'água encontra-se relativamente próximo à
superfície, é necessário executar-se o rebaixamento do lençol pelo menos até o final das
construções subterrâneas e instalados os devidos sistemas de drenagem e de
impermeabilização que assegurem a segurança e funcionalidade da estrutura.
Os sistemas de rebaixamento do lençol freático ajudam portanto na melhoria das
condições de trabalho em campo, evitam infiltração de água nas escavações e diminuem
a possibilidade de ruptura de seus taludes, auxiliam nos processos de compactação de
aterros, etc.
Existem alguns métodos de rebaixamento de lençol freático, sendo os mais utilizados:
- Bombeamento direto
- Ponteiras filtrantes
- Poços profundos
- Drenos verticais de alívio
- Drenos horizontais profundos
Cálculo do rebaixamento para um único poço
rp = raio do poço
R = raio de influência
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Raio de influência
- Num sistema de bombeamento, o raio de influência é definido como a distância até a qual o
cone de rebaixamento se expande.
- Segundo Powers (2007) tem sido observados em projetos raios de influência variando na
faixa de 30m a 30km.
-Uma relação empírica desenvolvida por Sichart e Kryieleis (1930) pode ser utilizada como
boa aproximação na determinação do raio de influência.
- Tomando-se o raio de influência a partir do eixo do poço e partindo-se do princípio que o
raio do poço é relativamente pequeno quando comparado ao raio de influência, temos:
Unidades de comprimento em metros e
coeficiente de permeabilidade em m/s.
No caso do poço não atingir a camada
impermeável, adota-se H como a distância
entre a superfície do nível d’água e o fundo
do poço.
Cálculo aproximado do rebaixamento para um grupo de poços
-Um sistema de rebaixamento é um arranjo de poços dispostos de forma circular,
retangular ou linear para o caso de escavações submersas. A dificuldade de analisar
a vazão existente em cada poço isoladamente faz com que se procure agrupá-los
para formar um modelo de único “poço equivalente” ou de única “cava
equivalente”.
-No caso de arranjos retangulares o valor de re é determinado assumindo um poço
equivalente com a mesma área ou com o mesmo perímetro.
a) Inicialmente, deve-se calcular o raio médio (ou equivalente) do círculo da área
equivalente a aquela a ser rebaixada, A.
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b) A seguir calcula-se o raio de influencia R pela expressão de Sichart.
c) A vazão total será então:
Observar que o raio equivalente é o raio do círculo de área equivalente a A e que está
sendo associado a um único poço fictício de raio re.
d) A máxima vazão de cada ponteira pode ser obida pela regra de Sichardt:
Em que r é o raio da ponteira e as unidades são m e s. hw é a altura filtrante, neste caso.
e) Para calcular o número de ponteiras ou do número de poços é aconselhável majorar a
vazão calculada no passo “c” (FS). Autores sugerem de 10% a 25%:
Sistema de rebaixamento com ponteiras filtrantes (ou drenantes)
-O sistema de rebaixamento do lençol freático com o uso de ponteiras filtrantes se
aplica às obras de engenharia enterradas que necessitem de escavações abaixo do nível
d'água, em profundidades abaixo do nível do terreno não superiores a 5/6 m, razão da
eficiência do sistema de vácuo necessário ao êxito do esgotamento das ponteiras.
- Este sistema é empregado geralmente em escavações de valas, e cavas para
construção de sapatas de fundação e obras gerais enterradas em pequenas
profundidades.
-Após a perfuração dos poços, neles são instaladas as ponteiras. Estas são conectadas a
um coletor, que por sua vez é ligado a uma bomba de vácuo. Esta bomba produz
vácuo, que cria condições para o fluxo d’água do subsolo subir à superfície. O
diâmetro dos poços varia entre 100 e 150 mm, usualmente é de 100 mm, e o
espaçamento entre eles varia entre 0,5 e 2 metros, dependendo da natureza do solo e
do volume de água a ser bombeado.
- De acordo com a estabilidade da parede, o furo pode ser revestido ou não.
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- Após a execução de cada furo, coloca-se a ponteira centralizadamente e, a
seguir, lança-se areia ou pedrisco fino com granulometria apropriada entre a
ponteira e a parede da perfuração. Usualmente, as ponteiras devem
circunscrever a área cujo lençol deverá ser rebaixado.
- As ponteiras mais utilizadas no Brasil têm diâmetro de 3,8 a 5,08 cm ( 1” a
2”) de diâmetro e 0,3 a 1,0 m de comprimento, e nada mais são do que tubos
de aço galvanizado ou PVC perfurados e entelados.
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http://techne17.pini.com.br/engenharia-
civil/184/artigo287966-1.aspx
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Exercício prático – rebaixamento de nível d’água
Calcular o número de ponteiras de 5,2cm de raio necessário para rebaixar o lençol
freático de uma área retangular de 20 x 15m, sabendo que a permeabilidade do solo
é dada por k = 10-2 cm/s e os demais elementos estão na figura a seguir. O cálculo
deverá ser feito para manter seco o fundo da escavação. Considerar as ponteiras com
altura filtrante hw = 1,0m e FS = 1,25.
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Desenvolver um croqui do projeto
de rebaixamento do lençol frático.
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ESTUDO DE CASO
REBAIXAMENTO TEMPORÁRIO
DE AQUÍFEROS E A RECARGA
ARTIFICIAL
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- Local: Cabedelo/PB;
- Empreendimento: Residencial Aquamares, que está localizada na área nobre do
bairro de Intermares, constituindo-se de: 7 pavimentos tipo, mezanino e semi
pilotis;
- Serviço: rebaixamento temporário do lençol freático (nível do lençol encontra-
se relativamente próximo ao nível do terreno) para a execução de fundações
rasas.
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- O tipo de
rebaixamento
utilizado foi o de
ponteiras
filtrantes.
- A água coletada
através das
ponteiras foi
destinada para
fora da obra
através de
bombeamento.
Execução das fundações com o rebaixamento implantado. Fonte: Napi (2016)
Desligamento da bomba e retorno do
lençol ao nível original.
Fonte: Napi (2016)
- Após a conclusão do serviço,
desliga-se a bomba e então o
nível do lençol começa a
retornar ao seu nível original.
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Desligamento da
bomba e retorno do
lençol ao nível original.
Fonte: Adaptada de
Napi (2016)
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Esquema do rebaixamento do lençol freático realizado. Fonte: Soares, 2016. 
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Material didático desenvolvido com base nas seguintes referências:
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Muito obrigado. Bons estudos!