SOLUÇÃO DE CONTENÇÃO DE CAVES E FUNDAÇÕES ESPECIAIS EM EDIFICIO DE GRANDE PORTE EM MAPUTO MOÇAMBIQUE

Prévia do material em texto

SOLUÇÃO DE CONTENÇÃO DE CAVES E FUNDAÇÕES 
ESPECIAIS EM EDIFÍCIO DE GRANDE PORTE EM 
MAPUTO – MOÇAMBIQUE 
 
Rui Tomásio 
JetSJ Geotecnia Lda, Lisboa, Portugal, rtomasio@jetsj.com 
 
Alexandre Pinto 
JetSJ Geotecnia Lda, Lisboa, Portugal, apinto@jetsj.com 
 
Rute Coelho 
JetSJ Geotecnia Lda, Lisboa, Portugal, rcoelho@jetsj.com 
 
Ricardo Kaidussis 
Dura Soletanche Bachy Lda, Maputo, Moçambique, ricardo.nicolas@durasb.co.mz 
 
RESUMO: Na sequência dos trabalhos de reconversão urbana da cidade de Maputo, têm vindo a 
ser construídos alguns edifícios de médio a grande porte, com vários pisos enterrados, determinando 
a necessidade de recurso a técnicas de contenção periférica e fundações especiais exigentes e 
adequadas aos condicionamentos locais, em particular os de natureza geológica e geotécnica e os 
associados às condições de vizinhança. Neste contexto, no presente artigo são apresentados os 
principais critérios de conceção e de execução adotados em trabalhos de escavação e contenção 
periférica para a execução de caves e de fundações especiais de um edifício, atualmente em 
construção, com 3 pisos enterrados e 26 pisos elevados no cruzamento da Avenida Julius Nyerere 
com a Rua de Kassuende, em pleno centro da cidade de Maputo. 
 
PALAVRAS-CHAVE: Contenção Periférica, Fundações Especiais, Estacas de Grande Diâmetro. 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Os trabalhos de escavação e construção dos 
pisos enterrados do edifício em referência 
encontram-se em curso, ao abrigo de uma 
solução de contenção periférica, condicionada 
pelas complexas condições de vizinhança 
(Figura 1 e Figura 3), com recurso a uma cortina 
de estacas, travada a apenas um nível por troços 
de banda de laje, em substituição das 
tradicionais ancoragens provisórias, conferindo 
um travamento mais rígido à contenção e, 
sobretudo, evitando a ocupação do subsolo dos 
terrenos vizinhos (Pinto & Pita, 2011). 
 No âmbito da solução de fundações especiais 
prevista para o edifício em referência, 
condicionada pelo valor das cargas a transmitir 
ao terreno, assim como pelo dispositivo 
geológico e geotécnico do local, sublinha-se o 
recurso a uma solução de laje de ensoleiramento 
sobre estacas de grande diâmetro (combined 
piled raft foundations - CPRF) (Duc Long, 
2011), com injeção da respetiva ponta. 
 
 
 
Figura 1. Localização da obra. 
 
 Esta última metodologia, utilizada 
originalmente em pontes e viadutos (Manai, 
2011), permite assegurar o incremento da 
capacidade de carga na ponta das estacas, com 
vantagens associadas à economia de prazo e de 
custo dos trabalhos. 
 Destacam-se ainda os trabalhos de controlo 
de qualidade e de execução da obra, em 
particular os ensaios de integridade realizados 
nas estacas, assim como a instrumentação e 
observação da obra, nomeadamente durante os 
trabalhos de escavação, comparando-se os 
mesmos com os estimados em fase de projeto. 
 
 
2 PRINCIPAIS CONDICIONAMENTOS 
 
2.1 Geologia e Geotecnia 
 
Os terrenos onde se localiza a obra, na zona 
Central - Nascente da cidade, são caracterizados 
por litologias pertencentes à Formação “Ponta 
Vermelha - TeVs”, datada do Terciário e 
composta por areias, de grão fino a médio, 
siltosas, de tons avermelhados, alaranjados e 
amarelados, medianamente compactas a 
compactas, aumentando a compacidade em 
profundidade. Esta informação foi confirmada 
através dos resultados do Estudo Geológico e 
Geotécnico, o qual permitiu a definição do 
zonamento geotécnico que orientou o 
desenvolvimento do Projecto (Figuras 2 e 5). 
Refere-se ainda que o nível freático não foi 
detetado até às profundidades prospetadas (39m 
abaixo da superfície do terreno). 
 
 
 
Figura 2. Parâmetros geomecânicos adotados. 
 
2.2 Condições de Vizinhança 
 
O local da intervenção localiza-se numa zona 
Central - Nascente da cidade Maputo, sendo o 
recinto da escavação delimitado por estruturas 
de reduzido a médio porte e por importantes 
arruamentos, como é o caso da Av. Julius 
Nyerere. A solução estudada e implementada 
para a contenção periférica foi assim concebida 
com o objetivo de limitar as deformações em 
todas as estruturas e infraestruturas vizinhas 
(Figuras 1 e 3). 
 
 
 
Figura 3. Principais condições de vizinhança. 
 
2.3 Prazo para a Execução dos Trabalhos 
 
As soluções estudadas e implementadas para os 
trabalhos de escavação e contenção periférica, 
assim como de fundações especiais, foram 
concebidas com o objetivo de minimizar o 
respetivo prazo de execução, sem, naturalmente, 
colocar em causa as indispensáveis condições 
de segurança e de boa funcionalidade para o 
edifício e para as estruturas e infraestruturas 
vizinhas ao mesmo. 
 
 
3 PRINCIPAIS SOLUÇÕES ADOTADAS 
 
3.1 Contenção Periférica 
 
A solução de contenção periférica estudada e 
implementada de forma a viabilizar a realização 
de uma escavação na vertical, com cerca de 
10m de profundidade, foi condicionada pelas 
complexas condições de vizinhança, assim 
como pelas condições geológicas e geotécnicas, 
determinando o recurso a uma cortina de estacas 
moldadas, de betão armado, com diâmetro de 
600mm, executadas com recurso a vara 
telescópica “Kelly”, afastadas a eixos de 1m 
(Figura 4 e 5). 
 
 
 
Figura 4. Planta do sistema de travamento da solução de 
contenção periférica. 
 
A cortina de estacas foi revestida através de 
betão projetado, armado e drenado. Sublinha-se 
o facto de, apesar da profundidade da 
escavação, a referida cortina de estacas ter sido 
travada apenas num único nível, correspondente 
à cota do piso “-1”, por troços de banda de laje 
e por uma treliça metálica, em substituição das 
tradicionais ancoragens provisórias, conferindo 
um travamento mais rígido à contenção e, 
sobretudo, evitando a ocupação dos terrenos 
vizinhos (Pinto & Pita, 2011). 
 
 
 
Figura 5. Vista da execução da banda de laje piso -1. 
 
 Como já referido, o travamento da cortina de 
estacas foi materializado através de um único 
troço de banda de laje de betão armado, 
betonado contra o terreno, complementada, no 
alçado Poente, através de uma treliça com 
montantes e diagonais de aço, na zona da rampa 
de acesso aos pisos enterrados, facilitando 
assim a respetiva desmontagem. 
Aquando da execução das lajes dos pisos 
enterrados, esta banda de laje é integrada na 
estrutura da laje do piso “-1”. 
A banda de laje, com uma largura variável entre 
6,8m e 7,8m, foi apoiada interiormente em 
microestacas, materializadas através de perfis H 
e seladas no interior das estacas de fundação, e 
exteriormente na própria cortina de estacas 
(Figuras 4 e 6). A cortina de estacas permite 
assegurar a dupla função de elemento contenção 
e de fundação dos pilares e das paredes, 
localizados na periferia da superestrutura, pelo 
que a ficha das estacas da cortina foi definida 
em função da magnitude das cargas actuantes 
sobre a mesma. 
 
 
 
Figura 6. Corte tipo 1-1 da solução de contenção 
periférica. 
 
3.2 Fundações 
 
Atendendo ao tipo e amplitude das cargas a 
transmitir pelo edifício ao terreno, assim como 
ao dispositivo geológico e geotécnico do local, 
foi estudada e implementada uma solução de 
laje de ensoleiramento combinada com estacas 
de grande diâmetro (combined piled raft 
foundations - CPRF) (Duc Long, 2011), 
moldadas em betão armado, complementadas 
pela injeção do terreno localizado na respetiva 
ponta. Esta última metodologia, utilizada 
originalmente em pontes e viadutos (Manai, 
2011), permite asseguraro incremento da 
capacidade de carga na ponta das estacas de 
grande diâmetro, com vantagens associadas à 
economia de prazo e de custo dos trabalhos. 
Todas as estacas de fundação foram realizadas a 
partir da plataforma de trabalho coincidente 
com a cota da laje do piso “-1”, antes da 
execução, à mesma cota, do troço de banda de 
laje de travamento, dispondo de um 
comprimento de furação não betonada de cerca 
de 7m (Figura 7). 
 A laje de ensoleiramento geral foi executada 
com uma espessura de 0,35m em geral, sendo 
de 0,55m nas zonas junto aos maciços de 
encabeçamento das estacas, onde os esforços de 
flexão e de corte eram mais acentuados e, em 
paralelo, era importante assegurar uma transição 
de rigidez mais gradual da laje para os maciços 
de encabeçamento. 
 
 
 
Figura 7. Planta da solução de fundações. 
 
As estacas foram executadas com recurso a vara 
telescópica “kelly”, com diâmetros de 1000mm, 
1200mm e 1500mm, consoante a magnitude das 
cargas solicitantes, tendo sido dimensionadas 
para transmitir as cargas ao terreno por ponta e 
por atrito lateral. 
 A solução adotada consistiu assim, no 
essencial, na execução de uma laje de fundação 
associada a estacas de fundação de grande 
diâmetro, localizadas em pontos estratégicos, 
onde as cargas a transmitir ao terreno são de 
maior amplitude, de modo a poder transmitir as 
cargas oriundas da superestrutura aos terrenos 
competentes de forma compatível com a boa 
funcionalidade do edifício. Esta solução 
permitiu a uniformização dos deslocamentos ao 
nível da fundação e dos esforços a acomodar 
pelas estacas, existindo uma componente das 
cargas que é transmitida diretamente ao terreno 
mais superficial, correspondente à zona 
geotécnica ZG2, através da laje, aliviando, em 
consequência, o valor das cargas a acomodar 
pelas estacas, comparativamente com a solução 
convencional onde existiriam apenas estacas de 
fundação. 
 De forma a assegurar o valor da tensão a 
transmitir pela ponta das estacas, definida em 
Projecto, com valores característicos de 8 a 
9MPa, as estacas foram executadas com um 
encastramento mínimo de três diâmetros no 
terreno competente, constituído por areias muito 
compactas e adensadas pelo efeito das injeções 
de calda de cimento, correspondente à zona 
geotécnica ZG1. Com o objetivo de maximizar 
o valor da tensão mobilizável por atrito lateral, 
valores característicos de 110 a 135kPa, ao 
nível das formações arenosas, as estacas 
deveriam possuir, para além do encastramento 
mínimo de três diâmetros, um comprimento 
mínimo de cerca de 20m. 
 
 
4 MODELOS DE CÁLCULO 
 
4.1 Contenção Periférica 
 
O comportamento da solução de contenção 
periférica foi modelado através de dois 
programas, vocacionados para o efeito e 
utilizados de forma complementar: Plaxis 2D e 
SAP2000. Através do programa Plaxis 2D foi 
simulado, para todas as fases construtivas, o 
comportamento geotécnico dos terrenos 
conforme parâmetros geomecânicos já 
apresentados (Figura 2), recorrendo ao modelo 
“Hardening Soil”, incluindo a reação ao nível 
do troço da banda de laje de travamento (Figura 
8). 
 
 
 
Figura 8. Campos de deslocamentos horizontais – 
programa de elementos finitos (Plaxis 2D). 
 
Esta reação foi, posteriormente, transformada 
numa carga de faca e considerada na modelação 
do comportamento estrutural do mesmo troço 
de banda de laje de travamento (Figura 9), 
recorrendo, para tal, ao programa SAP2000. O 
modelo da laje em betão foi realizado com 
recurso a elementos do tipo “thick shell”, 
enquanto os elementos da treliça foram 
modelados com elementos do tipo “frame”. 
 
 
 
Figura 9. Campos de deslocamentos horizontais – 
programa de elementos finitos (Plaxis 2D). 
 
4.2 Fundações 
 
O comportamento da solução de fundações de 
estacas combinado com a laje de fundação 
“combined piled raft foundations – CPRF” foi 
modelado tridimensionalmente através do 
programa SAP2000, considerando constantes 
elásticas na modelação da interação solo – 
estrutura diretamente sob a laje, assim como na 
base e no fuste das estacas (Figuras 10 e 11). 
 
 
 
Figura 10. Modelação tridimensional da solução CPRF. 
 
 A laje de fundação foi modelada com 
elementos finitos do tipo “shell thick”, tal como 
os maciços de encabeçamento de estacas, com 
as espessuras correspondentes. Também as 
paredes e os núcleos, que aumentam a rigidez 
da laje de fundação, foram modelados com 
elementos do mesmo tipo “shell thick”. Por sua 
vez, as estacas foram modeladas com elementos 
lineares do tipo “frame”, com os diâmetros 
correspondentes. Salienta-se que, de modo a 
considerar o efeito de torção que se gera durante 
o encaminhamento de esforços através da laje 
para as estacas, foi reduzida a rigidez de torção 
da mesma, pelo que este fenómeno foi 
equilibrado através de momentos flectores 
segundo as duas direções principais (Figura 11). 
 
 
 
Figura 11. Estimativa de assentamento obtidos através do 
modelo tridimensional da laje de fundação. 
 
 
5 CONTROLO DE QUALIDADE E 
CONTROLO DE EXECUÇÃO 
Atendendo ao enquadramento e à dimensão da 
obra destaca-se o apertado controlo de 
qualidade e controlo de execução adotado nos 
trabalhos associados à escavação e contenção 
periférica, assim como às fundações especiais, 
podendo ser destacados: 
 Ensaios de integridade em todas as estacas 
da contenção periférica e da fundação, ensaios 
sónicos e ensaios “crosshole”, os últimos 
apenas em parte das estacas de fundação de 
1500mm de diâmetro, de forma a validar as 
boas condições de integridade das referidas 
estacas (Figura 12). 
 
 
 
Figura 12. Planta do plano de instrumentação e 
observação. 
 
 Plano de Instrumentação e Observação, com 
recurso a inclinómetros, na estrutura de 
contenção periférica, e a alvos topográficos, 
permitindo a avaliação, em tempo real, das 
deformações da contenção periférica e das 
estruturas vizinhas, possibilitando a sua 
comparação, em todas as fases construtivas, 
com os valores das mesmas deformações, 
estimadas em fase de Projecto. Em função desta 
análise comparativa poderiam, em tempo útil e 
se ultrapassados os critérios de alerta e de 
alarme, ser adotadas medidas de reforço, com 
vista à preservação das condições de segurança 
da obra e das estruturas e infraestruturas 
vizinhas (Figuras 13, 14, 15 e 16). 
 
 
 
Figura 13. Estimativa numérica de deslocamentos através 
do Plaxis 2D, para a fase de escavação na cota da laje do 
piso -1. 
 
 
 
Figura 14. Deslocamentos aferidos através do 
inclinómetro I2, para a fase de escavação na cota da laje 
do piso -1. 
 
 Da análise dos resultados dos aparelhos 
colocados em obra, em particular os 
deslocamentos horizontais dos inclinómetros 
localizados a tardoz da cortina de estacas de 
contenção periférica, é possível constatar 
(Figuras 13, 14, 15 e 16) que os resultados 
obtidos através dessas leituras são, em geral, 
inferiores aos estimados através da modelação 
numérica com o programa Plaxis 2D. 
 
 
 
Figura 15. Estimativa numérica de deslocamentos através 
do Plaxis 2D, para a fase de escavação na cota do fundo 
da escavação. 
 
 
 
Figura 16. Deslocamentos aferidos através do 
inclinómetro I2, para a fase de escavação na cota do 
fundo da escavação. 
 
 A análise efetuada para as diferentes fases da 
obra, nomeadamente para a fase de escavação 
até à cota da laje do piso -1, em que a cortina de 
estacas ficou em consola, e para afase de 
escavação correspondente à cota da laje de 
fundo, exemplifica a importância do Plano de 
Instrumentação e Observação da obra na gestão 
do risco geotécnico, associado aos trabalhos de 
escavação em meio urbano, ao permitir 
antecipar que os deslocamentos máximos, que 
deverão ser mobilizados apenas na fase final da 
escavação, serão, com grande probabilidade, 
inferiores, ou no máximo semelhantes, aos 
estimados por via numérica para a mesma fase 
final (Figura 15). 
 Tendo por base as diferentes fases da obra 
aqui apresentadas (Figuras 17 e 18), as leituras 
aos aparelhos instalados continuarão a ser 
realizadas com periodicidade adequada à 
evolução dos mesmos trabalhos, de forma a 
permitir a continuação da gestão do risco 
geotécnico, através da interpretação atempada 
dos mesmos resultados (Figura 13). 
 
 
 
Figura 17. Vista dos trabalhos em Janeiro de 2014. 
 
 Como já referido, esta interpretação 
permitirá, caso venham a ser detetados indícios 
de um comportamento não esperado da 
contenção periférica, aferido através da 
ultrapassagem dos critérios de alerta e de 
alarme, definidos em fase de Projecto, a 
implementação, em tempo útil, de eventuais 
medidas de reforço e/ou de eventuais alterações 
ao processo construtivo. As referidas medidas e 
alterações, se implementadas em tempo útil, 
permitirão assegurar as permanentes e 
indispensáveis condições de segurança para a 
obra, estruturas e infraestruturas vizinhas. 
 
 
 
Figura 18. Vista dos trabalhos em Fevereiro de 2014. 
 Nas Figuras 17 e 18 são apresentadas 
diversas fotografias onde é percetível o 
faseamento e a evolução dos trabalhos da obra, 
até à data de submissão do presente artigo 
(escavação até à cota da laje de fundo e início 
dos trabalhos de execução dos maciços de 
encabeçamento). 
 
 
6 CONCLUSÕES 
O caso apresentado no presente artigo permite 
destacar o potencial e o grau de exigência das 
soluções de engenharia geotécnica adotadas em 
fundações especiais e em estruturas de 
contenção periférica de edifícios de grande 
porte, com o objetivo de superar 
condicionamentos típicos deste tipo de obra, das 
quais se podem destacar: 
 A dificuldade em executar e controlar o 
desempenho das ancoragens, seja por motivos 
de enquadramento legal, logístico ou por 
motivos técnicos. Estes últimos encontram-se, 
em geral, relacionados com o comportamento 
evolutivo dos solos tropicais, em termos de 
perda de resistência e de incremento da 
deformabilidade, determinado, sobretudo, pela 
variação do teor em água e pela descompressão 
induzida por trabalhos de escavação. A 
substituição da execução de ancoragens por 
quadros fechados, materializados por bandas de 
troços de lajes, permite o controlo eficaz das 
deformações das paredes de contenção 
periférica, além de possibilitar a integração de 
elementos de travamento das referidas paredes 
de contenção na estrutura definitiva das lajes 
dos pisos enterrados. 
 A relevância do controlo de qualidade e de 
execução das obras, em particular a 
instrumentação e observação dos trabalhos de 
escavação e contenção periférica e a execução 
de ensaios de integridade e, sempre que 
oportuno, de ensaios de carga em fundações 
indiretas por estacas. 
 O efeito da injeção do pé das estacas de 
fundação no incremento da respetiva capacidade 
de carga, por vezes perturbada pelo próprio 
processo construtivo, com vantagens 
económicas e de redução do prazo de execução 
das fundações de estruturas de grande porte. 
 As vantagens do recurso a soluções do tipo 
“combined pile raft foundation (CPRF)”, em 
particular nas fundações de edifícios de grande 
altura, quando combinadas com a injeção do 
terreno localizado na base da estacas de 
fundação, quando o nível freático se localiza 
abaixo da cota final da escavação. 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Os autores agradecem ao Dono da Obra 
descrita, a autorização para a redação e 
apresentação do presente artigo. Destacam 
ainda a importante intervenção da empresa de 
fiscalização e coordenação do Projecto, 
Afaplan, assim como decisiva contribuição da 
empresa responsável pelos restantes projetos de 
engenharia, Betar, na compatibilização dos 
referidos projetos com as soluções apresentadas 
no artigo. 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
Duc Long, P., Piled Raft – A Cost-Effective Foundation 
Method for High - Rises, Geotechnical Engineering 
Journal of the SEAGS & AGSSEA, Vol. 41, No.3, 
2010. 
Manai, R., Enhancement of Pile Capacity by Shaft 
Grouting Technique in Rupsa Bridge Project, 
Geotechnical Engineering Journal of the SEAGS & 
AGSSEA, Vol. 41, No.3, 2010. 
Pinto, A. & Pita, X., Deep Excavations in Luanda City 
Centre, 15th African Regional Conference on Soil 
Mechanics and Geotechnical Engineering, Maputo, 
Mozambique. Session 5 – Retaining Structures, pp. 
269–274, 2011.