Prévia do material em texto
1 1 Introdução A execução de uma cortina de concreto armado, ou não, moldadas no solo em painéis sucessivos, denominada parede diafragma, com profundidades e espessuras variáveis, além de fundações estruturais de estacas barrete com o emprego de “calda” ou “lama” bentonitica, só são possíveis devido às propriedades provenientes desta, as quais desempenham funções essenciais ao sucesso da escavação e da substituição da “lama” pelo concreto na vala. A parede diafragma foi concebida por C. Veder e Marconi, em torno de 1938 em Milão, Itália, e sua técnica desenvolvida gerando os seus diversos tipos. O grande trunfo dessa operação reside na rapidez executiva e na maleabilidade da programação dos serviços. A escolha das misturas das soluções e dos materiais que constituirão as paredes moldadas são tarefas primordiais, que está diretamente relacionada aos conhecimentos de mecânicas dos solos e das rochas, e também ao fim a que se destina. São inúmeros os campos de aplicações práticas no setor da construção civil para esse sistema construtivo, os quais correspondem fundamentalmente a três tipos de elementos, tais como: Elementos tipo parede, fundamentalmente concebido com fins resistentes; Elementos de fundação de estruturas; Elemento impermeabilizante, concebido com o fim de cortar água. A técnica de escavação de valas em solo sem a entivação é possível graças às funções exercidas pelas propriedades da “lama” bentonitica. Funções essas que são capazes de manter a estabilidade das paredes da vala escavada querem os terrenos sejam coesivos ou não, quer haja ou não lençol freático. Isso é possível devido às propriedades, tais como: grande estabilidade da suspensão de bentonita em água, que se faz manter suspensos os detritos da escavação impedindo a sua deposição no fundo da vala; a pressão hidrostática exercida pela lama sobre as paredes da vala devido a sua maior densidade que a da água; a formação do “cake”, película impermeável de argila, que atua como cortina impermeável sobre as paredes da escavação, que além de evitar perdas significativas de material, cria uma cortina impermeável sobre a qual se exercerá a dita pressão hidrostática pelo fluido; a tixotropia, que é a propriedade que faz a lama comportar-se como fluido pouco viscoso quando sujeita a uma agitação forte, o que facilita o seu bombeamento, e adquirir propriedades de certa rigidez quando deixada em repouso. As técnicas de execução de cortinas de estacas de concreto armado, secantes ou tangentes, foram utilizadas durante vários anos e executadas em variados casos, para resolver problemas de fundações profundas, de cortina de impermeabilização, ou de 2 contenções de terrenos, em que a utilização de estacas-prancha cravadas não era praticável, seja por implicações econômicas ou técnicas. Ao se desenvolver as técnicas de perfuração não entubada, com a utilização de fluidos tixotrópicos, a técnica das cortinas de estacas evoluiu-se através do emprego de equipamentos de sucção ou adução (circulação inversa ou direta) dos fluidos e das máquinas de perfuração. Isso deu maior versatilidade nas formas geométricas a se escavar, possibilitando a abertura de valas contínuas a partir de furos isolados. Os tipos de paredes diafragma em que surgiram foram tais, como: o Moldadas “in loco”, de concreto armado ou não; o De concreto armado em placas pré-moldadas – Ver figura 1; o Constituídas de uma mistura de cimento, bentonita e água em proporções convencionais, conhecida como “coulis”, formando uma parede diafragma impermeabilizante (plástica); o Mista.-Ver figura 15..77 e figura 2. Origem do Livro Fundação Teoria e Prática 3 Figura 15.77 Origem do Livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 1 4 Origem do Livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 2 5 É possível realizar escavações de maneira rápida, mesmo a grandes profundidades, sem a utilização de escoramentos ou revestimentos do terreno, graças ao simultâneo preenchimento com “lama” bentonitica. Também, diversos painéis podem ser feitos de forma contínua ou alternada, dando assim grande agilidade, além de muita mobilidade para alterações futuras da seqüência executiva. As paredes moldadas podem ser constituídas por diversos materiais, desde que eles possam ser utilizados no enchimento de valas juntamente com o auxílio dos fluidos tixotrópicos, de acordo com a função a serem desempenhadas por elas. As que desempenham função de resistência são de concreto armado com cimento Portland comum, além de agregados granulometricamente reduzidos em suas dimensões, em torno de 2 a 2,5 cm em média. Porém, é importantes fazer antes o estudo do concreto mais conveniente para obras submersas em água, e também uma análise da água de onde será executada a obra, uma vez que neste caso elas condicionam o tipo do concreto, dos agregados, ou mesmo do cimento a ser empregado. As paredes que desempenham a função impermeabilizante devem ser contínuas, com misturas plásticas, considerando principalmente a permeabilidade e a deformabilidade do concreto. Às vezes, pode-se substituir o emprego da bentonita pela mistura de argila e cimento, buscando sempre obter as propriedades que a bentonita deve ter. Ás vezes, ao próprio fluido de escavação, lama bentonitica (com argila ou sem), adiciona-se o cimento, o que torna toda a mistura em parede diafragma impermeabilizante, após algumas horas. Essa técnica executiva é utilizada para confecção de estacas barrete, que é um elemento de fundação de estruturas capaz de suportar elevadas cargas e os mais diversos tipos de solicitações de esforços. Também é empregada para se fazer cortinas de concreto armado no solo, conhecida como paredes diafragma. Estas paredes podem exercer a função de impermeabilização do fundo de lagos e de canais, além de proteger a estrutura do concreto contra a penetração de água e fluidos agressivos. Também, pode ser empregada em escavações profundas, junto a edificações preexistentes na função de conter taludes e evitar o desconfinamento de terrenos, o que provocaria recalques diferenciais. Isto tudo sem a necessidade de um rebaixamento do lençol freático. E também, pode ser empregadas na construção de túneis, passagens subterrâneas, estacionamentos subterrâneos, galerias para esgoto, barragens de terras fundadas em solos permeáveis, diques e outras aplicações mais. A descoberta desse método executivo, graças à exploração das propriedades tecnológicas da lama bentonitica, foi uma inovação, principalmente para o setor da 6 construção civil. As escavações do solo, mesmo a grandes profundidades, seguidas de concretagem é feita de forma rápida e segura, com muito menor risco de desabamentos do terreno, caso não falte em momento algum o fluido tixotrópico utilizado na escavação da vala. 2 Caracterização das propriedades da microestrutura da lama bentonitica, relacionando- a com a performance final da lama para o método construtivo de paredes diafragma O interesse em pauta é em entender, segundo a sua constituição e natureza, o comportamento do fluido utilizado pela indústria da construção civil em escavações de terrenos, no que diz respeito às propriedades do argilomineral que o constitui e o torna capaz de conter, sem escoramentos ou revestimentos do terreno, as valas escavadas, até serem totalmente preenchidas com concreto. A bentonitaé o principal mineral argiloso, do subgrupo das montmorilonitas- Ver figura 3-, que uma vez em suspensão em água forma o fluido de perfuração de terrenos, chamado por “lama” bentonitica” ou “calda” bentonitica. São argilas que conferem grande riqueza coloidal às misturas aquosas, com respectivas partículas muito finas(da ordem de milésimo de milímetro), praticamente desprovidas de impurezas, que comportam-se, nessas dispersões em estreita dependência das ações elétricas recíprocas, segundo às leis dos corpos colóides.As suas propriedades atendem muito bem às exigências impostas pelo método construtivo, seja para construção de contenções como paredes diafragma, ou de fundações com estacas barrete. A sua mais precisa definição é: “A bentonita é uma rocha constituída essencialmente por um argilomineral montmorilonítico (esmectítico) formado pela desvitrificação e subseqüente alteração química, em meio úmido, de um material vítreo, de origem ígnea, usualmente um tufo ou cinza vulcânica, ácida de preferência”. E como todos os minerais argilosos, é um mineral cristalino formado por partículas lamelares de muito reduzidas dimensões. 7 Origem do Livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 3 Para o uso na indústria, há dois tipos de bentonitas: As que incham e as que não incham. As que incham são constituídas pelo argilomineral montmorilonita sódico, naturais ou sintéticas, cujo cátion adsorvido predominantemente é o sódio(ou lítio). Estas são as únicas montmorilonitas que se dispersam espontaneamente (incham espontaneamente) em presença de água,como se pode ver na figura 4, gerando géis 8 tixotrópicos a partir da concentração de 2%, que tem um valor industrial diretamente ligado à formação desses géis, e que apresenta um poder ligante elevado no estado cru. Esta argilomineral sódica, tem como padrão a bentonita de Wyoming e Dakota do Sul (EUA), que são as mais utilizadas na indústria da construção civil. Porém, existem outras bentonitas sendo utilizadas por causa de seu ótimo rendimento- Ver figura 5. Agora, as bentonitas que não incham são constituídas pelo argilomineral montmorilonita, cujo cátion adsorvido é o cálcio, podendo ser também, isolado ou conjuntamente o magnésio, o hidróxido, o potássio, o ferro e o alumínio. Expostas à unidade atmosférica, as bentonitas cálcicas adsorvem água até uma quantidade correspondente a três camadas moleculares; em meio aquoso, a adsorção de mais camadas de moléculas de água não ocorre. Assim, este inchamento é desconsiderado, por ser muito pequeno, e as partículas se depositarem (flocularem e precipitarem) rapidamente, quando em dispersões aquosas. Na indústria, essas argilas são largamente utilizadas como descorantes de óleos minerais, animais e vegetais; porém, o seu uso para auxiliar nas escavações de solo só é possível após o tratamento com carbonatato de sódio. As bentonitas cálcicas têm como padrão a bentonita da região de Mississipi (EUA). Origem do livro Tecnologia das Argilas – volume 2 - Autor Pérsio de Souza Santos Figura 4 9 Origem do livro Tecnologia das Argilas – volume 2 - Autor Pérsio de Souza Santos Figura 5 Durante algum tempo usou-se bentonita cálcica de Mississipi em escavações, por dar maior viscosidade aparente que a sódica. Então, por tratamento químico, chegou-se a transformar a bentonita sódica em cálcica, para assim obter esse aumento de viscosidade aparente. Só, que isso foi abandonado porque a bentonita cálcica, apesar de maior viscosidade, tem maior volume de filtrado e maior espessura da parede de filtração, sendo abandonada por causa desses valores inadequados. Hoje, em países que não existe a montmorilonita sódica natural, que é a mais indicada para o uso na indústria da 10 construção civil e em outras mais, é prática usual tratar a montmorilonita cálcica ou magnesiana por carbonato de sódio e assim obter uma montmorilonita sódica sintética (obtida em indústria química, por reação de dupla troca iônica), cujas propriedades tecnológicas são iguais ou próximas às da bentonita sódica de Wyoming. Isso só é possível, dada a semelhança entre o reticulado cristalino dos vários argilomonerais montmoriloníticos. Por isso, as propriedades físico-químicas e tecnológicas dos argilominerais são específicas deste subgrupo de montmorilonita, independente de sua origem geológica. Na constituição dos diversos minerais argilosos há a considerar dois tipos de estruturas. São elas as camadas tetraédricas e as camadas octaédricas. Estas são estruturas cristalinas, onde os átomos se arranjam segundo um padrão que se repete tridimensionalmente. As camadas tetraédricas são formadas pela associação de unidades tetraédricas de ((Si O4)elevado a –4) nas quais o átomo de silício se situa no centro de um tetraedro cujos vértices são ocupados pelos quatro oxigênios. Estas unidades ligam-se entre si de modo a ficarem todas com uma das faces sobre um mesmo plano e o vértice oposto a essa face orientado sempre no mesmo sentido. Já as camadas octaédricas são constituídas por associação de unidades em forma de octaedro nas quais os íons de Mg2+ ou de Al3+ ocupam o centro e os oxidrilos (OH)- se situam nos vértices. No caso da bentonite o conjunto que se repete para a constituição do cristal é formado pela associação de duas camadas tetraédricas com uma camada octaédrica colocada entre aquelas. Acontece, porém, que se verificam algumas substituições isomórficas do silício por alumínio no tetraedro, e de alumínio ou magnésio, dos octaedros, por outros elementos tais como o ferro, o cromo e o zinco(com diferença de valência ou de carga elétrica). Isto gera como resultado o aparecimento de cargas elétricas negativas não equilibradas no reticulado cristalino, ocasionando um desbalanceamento que é equilibrado pela fixação, na superfície das partículas sólidas e insolúveis do argilomineral, de cátions como o sódio, o cálcio e o potássio existentes no meio os quais, dadas as suas dimensões, não penetram na rede cristalina, ficando dispostos junto ao contorno exterior. Então, dependendo do cátion fixado reversivelmente, tem-se montmorilonita ácida ou de hidrogênio, sódica, potássica, cálcica ou magnesiana; todas elas isomórficas entre si e com a mesma reflexão basal(001). Dadas as fracas ligações existentes entre estes cátions e a estrutura primitiva, eles são facilmente substituídos por outros, o que resulta daí a designação de cátions permutáveis ou trocáveis. Esses cátions trocáveis dos argilominerais montmoriloníticos são os fatores determinantes para os usos industriais específicos das argilas montmoriloníticas. As camadas tetraédricas e 11 octaédricas, com os respectivos cátions permutáveis, ligam-se umas às outras por intermédio das forças de atração elétrica (ligação iônica), originada pelos cátions permutáveis, e ainda pela ação da forças de Van der Waals.Trata-se, contudo, de forças de reduzido valor, pois como se observa, o calor produzido no decurso de uma reação química de troca iônica é da ordem de 2Kcal/mol, o que é muito pequeno. É por isso que se torna relativamente fácil a separação das camadas e a fácil reversibilidade da troca iônica. Assim, a industrialização de uma argila montmorilonítica, ao usar a reação química de troca de cátions, quer seja a “ativação ácida” para a produção de uma argila descorante, quer para formar as formas sódicas, leva a uma indústria de processo. É exatamente a este fato que a bentonitadeve as suas características de expansibilidade quando em contato com a água. Com efeito, as forças de ligação entre camadas são relativamente fracas, especialmente quando comparadas com as que se desenvolvem no sentido de se produzir à adsorção de moléculas de água. Deste modo, estas são atraídas e forçam a estrutura a separar-se ao longo dos planos potencialmente fracos, que são os de ligação entre camadas. Surgem, deste modo, partículas de menores dimensões resultantes da divisão dos agregados iniciais. Este processo de separação pode ser incrementado e ativado mediante processos mecânicos, tais como agitação, podendo atingir-se suspensões de partículas de pequeníssimas dimensões, e de geometria fundamentalmente lamelar, constituindo-se assim uma suspensão com uma dada viscosidade. Devido à constituição iônica das redes cristalinas, as partículas em suspensão apresentam cargas elétricas não equilibradas, distribuídas pela sua superfície, verificando-se que ao longo das faces essas cargas são negativas enquanto ao longo dos bordos elas são normalmente positivas, se bem que possam também ser negativa, dependendo muitas vezes do seu sinal de imperfeições da rede iônica e até mesmo da natureza do meio onde estão mergulhadas. Enquanto mantiver um estado de agitação no meio aquoso em que estão mergulhadas essas partículas em suspensão, esse conjunto de partículas, com as cargas elétricas que acabam de serem referidas, permanecem em suspensão. Cessando esta agitação, verifica-se que as mesmas partículas tendem a formar agregados mediante o seu arrumo em estruturas cuja orientação espacial depende da distribuição das cargas elétricas nas partículas, adquirindo uma estrutura rígida que só pode ser quebrada pela agitação. Graças a essa rigidez é possível manter em suspensão as areias escavadas sem que as mesmas se depositem no fundo da vala. Se voltar a introduzir movimentação mecânica forte no meio, o arranjo estrutural desfaz-se e volta-se a ter novamente uma suspensão. 12 A este fenômeno dá-se o nome de tixotropia, que é característico das suspensões desta argila mineral montmorilonita sódica. É importante ressaltar-se que, embora tecnicamente a tixotropia seja uma propriedade comum a todas as argilas, ela só é expressiva no caso da bentonita sódica. Isso é verdade devido ao tempo necessário à formação da estrutura, desde que cesse a agitação, ser relativamente pequeno para esta bentonita. Em argilas médias a geleificação pode levar alguns dias. As bentonitas expostas à umidade adsorvem água formando uma espessa camada de água entre camadas, ou interlamelar, com se pode ver na letra c da figura 3,que varia com a natureza do cátion adsorvido e de acordo com a quantidade de água disponível. Assim, as bentonitas formadas pelos cátions monovalentes, divalente e trivalente de potássio, cálcio, magnésio, alumínio e ferro adsorvem água até determinada quantidade, fato esse relacionado com o índice de coordenação do metal, provocando um espaçamento basal máximo, já que as partículas hidratadas continuam rigidamente unidas umas às outras, não rompendo a força de Van der Waals; em suspensão aquosa, mesmo após agitação violenta, as argilas saturadas com esses cátions se apresentam floculadas, com uma camada de água límpida sobre a camada de argila floculada no fundo de um recipiente. A montmorilonitas propriamente dita, mostram que a espessura da camada basal varia com o cátion presente, encontrando para a distância d(001) os valores 12,0Å e 12,9Å, respectivamente, para o cátion de potássio e o de bário com uma camada de água. Agora, as bentonitas sódicas, que são as que adsorvem os cátions de sódio e o de lítio (cátions saturantes) em presença de água, apresentam um inchamento intermicelar e intramicelar que varia desde 11,9Å e 13,4Å, até uma quantidade muito grande, como ocorre no caso das camadas unitárias e isoladas e dispersas na água. Porém, por causa da presença específica do sódio é que se adsorve mais moléculas de água por cela unitária, de modo que as folhas unitárias Si-Al-Si vão se distanciando cada vez mais até atingir a uma distância de 40Å. Depois dos 40Å, as camadas estruturais não têm mais praticamente força de atração entre si suficiente para formar o empilhamento das camadas basais. Assim, as folhas estruturais não têm mais força de atração apreciável entre si e, se estiverem dentro de um recipiente contendo água ( com concentração inferior a 2% ), a agitação cinética do fluido provoca um desfolhamento das camadas basais até ocupar todo o volume da água dando um sol estável-Ver figura 6. O aumento da solvatação ou hidratação das camadas basais, como foi exposto, implica que 13 as camadas estruturais com cátion de sódio e moléculas de água adsorvidas estão em constante movimento de difusão entre si. Este movimento é conhecido como movimento browniano das partículas coloidais. Até os 40Å de espaçamento basal, as camadas lamelares de cargas elétricas, são atraídas umas às outras pelas forças de Van der Waals. Acima dos 40Å, o movimento browniano devido ao choque entre as moléculas do fluido dispersante vence as forças de Van der Waals, as camadas lamelares se desprendem espontaneamente e se dispersam no líquido – Ver figura 6. Entre os 20Å e os 40Å, o sistema água+argila forma um gel-tixotrópico;é o inchamento macroscópico da bentonita sódica natural, onde um fragmento umedecido pode crescer de 20 a 40 vezes o volume inicial - Ver figura 4. Se adicionarmos mais água, fazendo com que as camadas lamelares se distanciem mais e se separem, teremos a formação de um sol. Nas montmorilonitas sódicas, o sol com mais de 2% de sólidos pode isotermicamente se transformar em gel com repouso, e o gel em sol, pela agitação: é o já mencionado fenômeno da tixotropia ( transformação sol-gel isotérmica reversível). As bentonitas sódicas são as únicas em que a tixotropia aparece em concentrações tão pequena. 14 Origem livro tecnologia das argilas vol. 2 – autor Pérsio de Souza Santos Figura 6 A filtração da suspensão da bentonita nos terrenos da parede da vala a escavar faz gerar, por diminuição da velocidade, a criação de uma rigidez da suspensão que fica transformada em gel entre as partículas, conferindo ao terreno maior coesão; por outro lado, a dissipação de água através do terreno origina um filtrado chamado de “cake” que, por ser impermeável, transmite aos terrenos a suportar o correspondente diferencial de pressões. A formação deste “cake” é outra propriedade exibida pela suspensão de bentonita em água, que é de muita importância na execução de paredes moldadas. Esta película impermeável forma-se, ao entrar a “lama” bentonítica em contato com o solo, e é totalmente estanque, funcionando como uma membrana sobre 15 a qual se exerce uma pressão hidrostática, possibilitando a distribuição uniformemente da pressão sobre o terreno, o que mantém a sua estabilidade. É importante que essa membrana seja contínua de forma a evitar fugas exageradas de calda para o interior do terreno. Tais fugas são indesejáveis não só pela perda de calda em si, mas também pelos efeitos instabilizadores que provocam, na medida que originam aumentos de tensão neutra. Também, deve-se garantir que o nível da lama dentro da escavação esteja acima do lençol freático (cerca de 1,5m), de modo a garantir a sua estabilidade – Ver figura 7- O “Cake” é formado devido os fenômenos elétricos de atração entre as partículas do solo e as partículas de bentonita da suspensão, conferindo ao terreno maior coesão. No caso de solos finos, a suspensão não penetra profundamente no solopor não existirem vazios de dimensão elevada. Então, a película que se forma é superficial. Se a granulometria do solo envolvente é grosseira, a calda vai penetrando em profundidade maior ou menor, e, graças às propriedades tixotrópicas, vão-se criando estruturas de agregados de bentonita que vão obturando os canais de circulação. Neste caso, a superfície da membrana onde se exerce a pressão hidrostática não há diferenças apreciáveis. O que se verifica é a zona contaminada pela suspensão ter uma maior espessura. Esta película impermeável implica na estabilidade das paredes da vala escavada, devido possibilitar uma transferência contínua e constante de pressão hidrostática as paredes do solo. Esta constitui, com efeito, a principal ação estabilizadora existente embora não seja a única. Na realidade, por si só ela não justifica teoricamente o equilíbrio, sendo também causado pelo efeito arco que originam transferências de tensões para zonas fora da área em escavação (assunto muito debatido quando se trata de estudo do dimensionamento). 16 Origem do livro Fundações Teoria e Prática Figura 7 As propriedades intrínsecas e tão evidentes da bentonita sódica a torna capaz e precisa em atender às exigências do sistema construtivo empregado na construção de contenções ou impermeabilizações com paredes diafragma, ou de fundações com estacas barrete, ao proporcionar uma escavação do terreno sem que seja necessário o uso de revestimentos ou escoramentos. Esta bentonita está presente no fluido utilizado em perfurações de terrenos denominado de “lama” bentonitica, o qual permite e facilita todo o processo de limpeza da vala e remoção do material escavado, devido a sua importante função de servir de veiculo de transporte para estes. O sucesso desse método construtivo é completado, após finalização da escavação da vala, que esta toda preenchida pela lama, ao tornar possível a troca ou substituição da lama pelo concreto, até concretar toda a vala. 17 3 Característica mínimas que a lama betonítica deve apresentar para garantir as propriedades desejadas As propriedades mais importantes de um fluido bentonitico são a densidade ( que depende da percentagem utilizada ), a viscosidade, a tixotropia e o valor de PH. Quando se trata de reutilizar a lama, o que importa é o teor de areia (contaminação), que quando excede a valores da ordem dos 2 ou 3%, reduz as propriedades básicas do fluido. Essas propriedades devem ser controladas, ao se elaborar a “lama e principalmente durante a concretagem das valas, dentro de valores pré-determinados em estudos laboratoriais, que definem quais devem ser as características dos materiais constituintes da “lama” bentonitica. Segue-se, logo abaixo, segundo a NBR-6122, as características básicas que a lama bentonitica deve apresentar no início da escavação, ao utilizar-se concentrações da ordem de 3 a 6%, que é o que na prática acontece: o Densidade – Os valores toleráveis partem desde 1,02 g/cm3, e geralmente não atingem 1,10 g/cm3. Porém, a densidade corrente em paredes-diafragma situa-se em torno de 1,05 g/cm3. O método de ensaio utilizado é o “Densímetro”; o Viscosidade – As suspensões aquosa de bentonite não são fluidos newtonianos, que como nos corpos simplismente viscosos, os esforços de corte são proporcionais ao gradiente das velocidades. Nestes fluidos bentoníticos ( semelhantes aos corpos de Bingham)existe uma tensão inicial de corte – a necessária para quebrar a rigidez – que é preciso vencer para se fazer iniciar o movimento viscoso. A viscosidade deve ser controlada para facilitar o bombeamento e a circulação da lama, diminuir as perdas de carga e também permitir a regeneração (eliminação de areias) processada a partir da centrifugação em ciclones e decantação. Esta necessidade impõe limites práticos à viscosidade, que segundo a NBR-6122, faz-se situar entre os valores de 30 a 90 segundos, medido 18 pelo viscosímetro Cone Marsh, segundo o método de ensaio de Funil Marsh. Essa viscosidade pode variar conforme os casos. São correntes valores médios iniciais aproximados da ordem dos 35 segundos, que podem subir para 45 segundos por efeito de contaminação ligeira por silte. Fluidos não contaminados, com bentonitas de boa qualidade e boa percentagem na suspensão aquosa, podem atingir valores de viscosidade Marsh da ordem dos 60 segundos.O equipamento trata-se de um funil com medidas normalizadas, onde se mede o tempo de escoamento de uma determinada quantidade do fluido (946 cm3), comparando-a com o da água, que a 20ºC é de 26 segundos; o Teor de areia – Pode-se variar de acordo com os casos. Porém, normalmente uma percentagem de silte ou areia não deve ultrapassar os 3%. Caso isto ocorra, obriga-se a fazer uma restituição ou substituição do fluido. A eliminação dos fluidos pode ser feita em cones (ciclones) com purgas de eliminação de areia seguida de decantação em tanque. O método de ensaio é o “Baroid Sand Content” o PH – Este valor deve situar-se entre 7 a 11. Uma elevação do PH para além de 11 indica uma contaminação pelo cimento e possibilidades de floculação por ruptura do equilíbrio eletrostática do sistema. o Cake – A espessura da película impermeabilizante, formada na parede da vala escavada, deve situar-se entre 1,0 a 2,0 mm. O método de ensaio é o “Filter Press” Além dessas características mínimas inerentes às caldas bentoniticas, exige-se outras correções a fazer-se nelas como necessidade de reduzir o poder de filtração em solos muito permeáveis, utilizando colmatantes diversos de ação obstrutiva, ou aumentando a viscosidade por incorporação de argilas, o que obriga a correções com produtos químicos dispersantes como fosfatos, tanato e metabisulfito de sódio. Devemos também evitar a contaminação por água salgada ou gesso. Na perfuração, em presença de água salgada ou de mar, deve-se utilizar bentonitas especiais que podem causar perdas por filtração elevadas, mas o “cake” pode ser 19 melhorado pela incorporação, embora dispendiosa, de suspensões coloidais orgânicas à base de féculas e seus compostos. Ocorre a necessidade de fabricar previamente os fluidos de bentonita, pelo menos com um dia de antecedência de utilização, para que a hidratação da bentonita se possa fazer em melhores condições. Agora, devido ao surgimento de modernos misturadores de alto poder de agitação e das bombas de grande turbulência, permite-se reduzir esse período, caso seja necessário. 4 Materiais constituintes das paredes diafragma A fim de determinar os materiais constituintes das paredes moldadas em solo, elas são classificadas em dois grandes grupos, tais como: I. Paredes resistentes; II. Paredes impermeabilizantes. As paredes moldadas resistentes são aquelas constituídas, normalmente, por concreto armado, cuja função é de conter taludes ou absorver os impulsos provenientes de diferenças de cota (como no caso de obras marítimas), além de simplesmente servir como fundação de estruturas. Para isso, utilizam-se o concreto de cimento Portland comum com inertes de granulometria de reduzidas dimensões (2,00 a 2,5 cm de dimensão máxima). Porém, antes se deve fazer um estudo em laboratório ou centrais de concreto para a determinação dos materiais mais viáveis, seja por motivos técnicos ou econômicos. Para a concretagem segundo a técnica de concretos submersos, como ocorre em obras fluviais e marítimas, normalmente são exigidos os concretosde 18 a 22,5 MPa. O concreto usado deve ter um consumo de 20 cimento entre 350 a 400 Kg por metro cúbico, ser confeccionado com brita 1 e 2, além de “slump” variando entre 18 e 22 centímetros. Deve-se também, fazer a analise da água do meio onde vão ser executadas as paredes moldadas, pois estas condicionam os tipos de concreto, de inertes, ou mesmo do cimento a se empregar. Já as paredes moldadas contínuas impermeabilizantes, com a intenção de formar cortinas mais ou menos estanques que constituam obstáculos a percolação ou funcionem como cortinas de contenção de terrenos ou de solos altamente saturados de água. São normalmente utilizadas em obras fluviais ou marítimas, desde obras de regularização ou proteção da marginal dos cursos de água até impermeabilizações de barragens em leitos aluvionares. Estas utilizam concretos, diferentes dos exigidos para fins de resistência, com misturas plásticas, devido as deformações que as obras vão sofrer, que devem levar em conta dois parâmetros : A permeabilidade e a deformabilidade, obtidos por meio de ensaios de laboratório. Estas misturas são formadas por materiais diversos, desde conglomerados de granulometria diversa, até misturas de bentonita geleificada com argila e estabilizadas com cimento e aditivos dispersantes ( silicato de sódio, por exemplo ), em proporções bem definidas e de maneira a obter-se por meio de ensaios em laboratórios. Quando se utilizam argilas com boa tixotropia, podem-se dispensar as bentonitas, utilizando-se apenas a mistura de argila-cimento. Então, devem-se determinar, nas argilas, as mesmas propriedades que as bentonitas devem possuir. Geralmente, conforme os diversos casos, podem empregar-se conglomerados de cimento-betonita-argila e inertes finos(areia ou seixo). As escolhas destes materiais dependem dos materiais disponíveis no local e outros considerados de ordem técnica que imponham uma cortina com características técnicas bem determinadas e que são função da obra. Normalmente, as misturas mais utilizadas são as de argila-cimento, com ou sem areia e as de cimento-bentonita igualmente com ou sem areia. Muitas vezes, emprega-se como material de estanqueidade, uma mistura de cimento-bentonita (com ou sem argila). Muitas vezes, ao próprio fluido de perfuração, como lama bentonitica, adiciona-se cimento em quantidades tal que permita a mistura adquirir, algumas horas depois, a compacidade requerida. Também, é correto o próprio fluido de escavação ser já a mistura de cimento mais bentonita. Estes concretos são conglomerados plásticos submetidos a esforços de compressão que se apresentam com possibilidades de deformação lenta e resistências à compressão baixas. As paredes diafragma impermeabilizantes, normalmente, são executadas sem que se tenha de recorrer aos tubos-junta, criando- se assim uma melhor estanqueidade a cortina. E, nestes tipos de paredes moldadas com concretos plásticos, tem de se ter um especial cuidado com todas as operações, 21 pois que, à concretagem e juntas mal executadas, vão corresponder locais de eventuais passagens de água e, uma vez iniciado o movimento, a erosão progride, as velocidades vão aumentando com novo aumento da erosão, e todo o fenômeno se avoluma rapidamente, levando toda obra à ruína em curto espaço de tempo. Tem-se de estar atento também, ao grau de permeabilidade, que não pode ser superior a calculada, pois induz a distúrbios na obra e, se ela for pontual, numa zona ou noutra, por defeito na execução da mistura plástica ou na sua colocação em obra, podem provocar rupturas que por erosão do material, que se irão agravando com o passar do tempo, pelo aumento das infiltrações, podendo levar ao colapso da obra. E a resistência dos materiais constituintes da parede moldada deve ser escolhida de acordo com as deformações a que ficarão sujeitos, devido a interação cortina-terreno, acompanhando-as sem fissuração ou ruptura. Assim, a fissuração ou ruptura pode originar um aumento da permeabilidade com risco de ruína da obra. Para cada caso particular, a escolha detalhada das misturas e dos materiais que devem constituir as paredes é uma tarefa primordial, que implica recorrer continuamente aos conhecimentos de mecânica dos solos e rochas. 5 Campos de aplicações Os campos de aplicações das técnicas de paredes- diafrágma, de acordo com as suas funções, correspondem fundamentalmente a três tipos de elementos estruturais, tais como: I. Elementos tipo parede, fundamentalmente concebido com fins resistentes; II. Elementos tipo parede, fundamentalmente concebido com fins de impermeabilização; III. Elementos de fundação de estruturas. As paredes moldadas, fundamentalmente concebidas para fins de resistências dependem do tipo de terreno onde serão implantadas, e do tipo de obra que está sendo requerida. Este tipo de paredes poderá ser engastado no solo do fundo da valas (chamado de ficha), trabalhando com a consola livre (que são as paredes auto-portantes, 22 que suportam por si só os impulsos ativos do terreno e do lençol freático, logo que se inicia a escavação, até o final da obra), ou engastadas no solo do fundo da vala e também escorada ou atirantada no topo ou em outros níveis, como se pode ver na figura 8. A sua construção é iniciada com a construção da parede moldada enterrada no solo, ao longo de todo o contorno, em planta, a se construir. Em seguida, começa a escavar até um nível compatível com a capacidade que a parede possui de, por si só, fazer face aos impulsos mobilizados, através de uma ficha. A fim de suportar tais impulsos, em alturas superiores a 5 ou 6 metros, dependendo do tipo do terreno e obra, as estruturas das paredes auto-portantes começam a ser anti-econômicas. Para fugir de tais desperdícios, recorre-se a outros métodos executivos na construção de paredes moldadas para tais finalidades, tais como: Escoramento com taludes provisórios; Escoramentos com lajes do edifício; Construção simultânea descendente e ascendente; Paredes com linhas de ancoragens travadas com vigas de coroamento, como se pode ver nas figuras 9, 10 e 11. Então, para alturas maiores que 5 ou 6 metros, dependendo do caso, pode-se recorrer, por exemplo, a instalação de uma linha de ancoragens, que ao finalizar, prossegue-se com a escavação já iniciada, a partir desta linha de ancoragem. Os elementos de ancoragem são obtidos furando o terreno e introduzindo cabos de aço especial, nas extremidades dos quais serão injetados argamassa a pressão determinada em projeto. Observa-se ainda, que na maioria dos casos, estas ancoragens são provisórias, pois, uma vez construído todo o edifício, podem ser abandonadas ou cortadas. Também, observou-se que, normalmente, o estabelecimento de ancoragens nos terrenos vizinhos não oferecem problemas de danos aos elementos vizinhos já existentes, pois, a furação para a ancoragem vai ser feita, em via de regra, abaixo das profundidades destas fundações, dos coletores de água ou canalizações. Então, conjugando níveis de escavação e instalação de fiadas de ancoragens, o desmonte do material vai sendo levado até a cota desejada, deixando o interior do recinto completamente livre para execuções, não condicionada, de estruturas internas e suas fundações, pilares e placas, os quais são totalmente independentes da parede diafragma. Podem-se citar casos típicos de paredes moldadas para fins de resistência realizada com a utilização dos processos executivos acima citados, que são as construções com o desenvolvimento linear como é o caso de túneis, passagens subterrâneas, parquesde estacionamentos subterrâneos, galerias de esgoto, e outras similares, como se pode ver nas figuras 11, 13 e 14 . De um modo geral, nesses casos, a própria parede moldada começa por servir como estrutura de suporte que permite a realização de escavação, acabando por ser integrada na estrutura global, e constituindo elemento resistente da construção em questão. Porém, na execução dessas citadas obras, uma vez executadas as paredes moldadas, se à distância entre estas não permitir a construção de lajes 23 vencendo o vão completo, serão executadas, com o mesmo equipamento das paredes, escavações para colocação de pilares metálicos ou pré-moldados que serão concretados em sua parte inferior, constituindo-se, assim, uma espécie de estaca. Seguidamente, e com apoio na parede, e nesses pilares intermediários, é construída a primeira laje, cerca do piso térreo. A concretagem desta placa deixará, no entanto, espaços por concretar, a fim de que seja possível a escavação das terras subjacentes. Ao mesmo tempo, poderá iniciar-se a construção em elevação, prosseguindo a escavação, e sucessivas concretagens dos vários pisos das caves. A concretagem destes pisos pode fazer-se, começando por escavar o terreno (depois de construída a primeira placa cerca da cota “zero”) até a profundidade de cerca de 4 a 5 metros, após o que, é montado o molde, com estrutura suficiente e com taipais pré-fabricados, suspensos por meio de cabos da placa anteriormente executada. Montada a armadura, procede-se então a concretagem, deixando abertas para que a escavação subjacente prossiga de novo. Atingida a cota suficiente para nova placa, procede-se a descofragem da placa superior, antes executada, fazendo simplesmente baixar o cimbre e o molde, operação que é feita facilmente, desde que a descida por meio dos cabos seja feita por guincho ou outros aparelhos semelhantes. Entretanto, os trabalhos de construção em elevação prosseguem normalmente, á medida que, sucessivamente, prosseguem os trabalhos descendentes, sempre com o mesmo molde, e com montagens e desmontagens rápidas. Ao efetuar a concretagem das placas, há que deixar livres as zonas dos cabos, envolvendo-as com moldes de meio-tubos de aço, cortiça, poliestireno expandido, etc. 24 Origem: Livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 8 25 Origem: Livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 9 26 Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 10 27 Origem da Revista Técne n° 37 de Nv/Dez 1998 Figura 11 Origem: Livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 12 28 Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 13 Dentre outros processos de construção de paredes moldadas auto-portantes com fins de resistência, cabe ressaltar o processo com contrafortes, como se pode ver na figura 8. Este evita, em muitos casos, escoramentos ou tirantes, e permite uma escavação franca e total do interior. Outro processo de execução de paredes moldadas com o fim de resistência, cabe ressaltar, são as paredes escoradas com taludes provisórios , como se pode ver na figura 9, que logo ao iniciar-se a escavação em torno de todo comprimento da parede, ou parcialmente, serão deixados prismas de terreno que funcionam como escoras. Isso reduz a carga a ser suportada pela parede diafragma. Então, a construção do edifício poderá seguir-se sem problemas, sendo retirados os prismas de terreno, uma vez que se tenham já construído lajes do edifício, que possam funcionar como escoras dessa parede. Seja qual for à maneira de levar a efeito a construção das paredes moldadas e o conjunto da obra, haverá, em terrenos com água, que prever o modo de funcionamento da laje de fundo, pois, achando-se esta submetida a pressões hidrostáticas que originam 29 impulsos de baixo para cima, haverá que prever amarrações especiais, podendo funcionar indiferentemente como estaca ou tirante. O mesmo acontece quando o projeto prevê pilares interiores, pois só a determinada altura da obra, quando o peso próprio das estruturas for maior que o impulso, os apoios começam a trabalhar à compressão, sendo, pois, igualmente, necessário prevê-los fundados sobre ancoragem-estaca, na sua fase inicial, como se pode ver na figura 14, que mostra um edifício construído sobre estaca Tubfix. Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 14 30 É bom saber, que é necessário garantir a ligação dos vários elementos de concreto armado, lajes e vigas, à parede moldada armada, já construída, em todos processos de construção referidos acima. Agora, para o segundo tipo de aplicação citado, concebe-se a parede moldada para fins unicamente de cortar a percolação de água num dado terreno, sendo impermeabilizante e não armada, como relata o texto de estudo de caso da barragem de Quiminha, que segue-se neste trabalho de monografia. Trata-se de um elemento de construção que vai funcionar encaixado no solo, aonde é construído. Para esses casos, nos que não se exige elevada resistência mecânica, recorre-se com freqüência a misturas de cimento e argila com auto-endurecimento. Assim, todo material da mistura de perfuração constituirá a parede diafragma. A construção de barragens de terra em solos permeáveis é um caso típico de paredes moldadas como corta-águas.Também, pode-se obter uma parede desempenhando as duas funções, de resistência mecânica e de impermeabilização. Estes tipos de paredes moldadas são encontrados em obras hidráulicas, açudes ou barragens, e ficam, normalmente, submetidas a pressões horizontais provenientes de diferenças entre as cotas de armazenamento ou de montante e a cota de jusante. Devido igualmente aos assentos, e embora mesmo não se apoiando no firme rochoso ou em camadas consistentes, as paredes ficam igualmente submetidas a compressões, com problemas suplementares de flexões parasitas (encurvadura essencial). Estes assentamentos implicam deslocamentos verticais e horizontais (estes com valores da ordem de 0,4 a 0,5 dos valores verticais) e a formação de flechas além do admissível, originando-se fissuração e possibilidade de percolação perniciosa que pode levar a situações de ruptura graves. Naturalmente, as paredes moldadas não podem ser consideradas, nestes casos, como um órgão independente que possua as características de uma placa apoiada, em cima e em baixo, em suportes rígidos. Uma parede moldada impermeável submetida aos esforços referidos, terá que se adaptar ao conjunto formado pelo corpo da barragem e pelo solo de fundação devendo ter a capacidade para suportar as deformações gerais criadas pelo novo diagrama triaxial de tensões, não só durante as várias fases de construção da obra, até à conclusão, como ainda durante os vários regimes de carga hidráulica proveniente das variações de níveis a montante e jusante, o que implica que todo o comportamento da parede deva ser analisado pelos métodos da mecânica dos solos, de maneira a avaliar o regime de tensões e escolher a resistência dos materiais de enchimento ou constituição da cortina, emfunção destas informações. E por fim, um terceiro tipo de elemento estrutural em cuja construção se recorre à técnica das paredes moldadas é o que se relaciona com a execução de elementos de 31 fundações de estruturas, denominadas estacas “barretes”, que têm as dimensões na ordem de 0,4 a 0,8 metros de largura e 2 a 5 metros de comprimento, permitindo a construção de geometrias mais complexas como em T , L,I,H,U,etc, como se pode observar na figura 16. Trata-se de elementos de grande rigidez e de grande momento de inércia. São, portanto, uma estaca com formas variadas, que podem transmitir ao terreno cargas apreciáveis, da ordem de vários milhares de toneladas, sejam as cargas verticais, horizontais ou mesmo momentos, desde que eles sejam convenientemente orientados. Essa grande capacidade de carga acontece devido ao atrito lateral destes elementos de fundação, que possuem uma grande área lateral de atrito com o solo. Estes elementos têm grandes vantagens em certos casos, quando em comparação com as estacas convencionais que têm grande comprimento e são esbeltas, e têm uma pequena área em contato com o solo, proporcional ao seu comprimento total. Assim, estas estacas esbeltas trabalham por atrito de ponta (neste caso, o atrito lateral é insignificante e não é, portanto, determinante). Então, há casos em que, devido às elevadas cargas, não se torna viável fundar sobre estacas, o que obrigaria a construção de um grande número delas e com maciços de ligação maiores que a área de construção. Há casos, em que, somente com elementos de parede moldados no solo, estacas barretes, se tem conseguido suportar as cargas elevadas advindas de estruturas industriais, como ilustra a figura 16. Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 15 32 Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 16 6 Paredes-diafragma pré-moldadas As placas pré-moldadas de concreto armado são executadas em unidade industrial, fora da obra, podendo obter assim uma melhor qualidade do concreto, uma maior precisão do posicionamento da armadura e uma melhor aparência e acabamento do que as paredes contínuas moldadas ``in loco``. Isso proporciona menores gastos com concreto, por serem menos espessas e poderem ser mais eficientemente dosados que nas paredes moldadas ``in loco``. Outras vantagens das paredes pré-moldadas são: • Melhores possibilidades de se executar juntas que possam resolver de maneira praticamente absoluta os problemas de impermeabilização. A geometria das juntas, muitas vezes com endentados, com ou sem meias-canas, permite, se for necessário, proceder a injeções suplementares de produtos suficientemente impermeabilizantes. Também há que se dizer que a calda auto-endurecida com que se enche a vala depois da colocação dos painéis é por si só um produto impermeabilizante, que envolve toda a parede – Ver figura 1; 33 • Possibilidade de incorporar a parede, com todo o rigor, todos os dispositivos que sirvam a arquitetura da construção; • Possibilidade de, com todo o rigor, trazer já, convenientemente terminadas, as cabeças e placas de apoio de eventuais ancoragens a serem executadas; • Facilidade em serem decoradas com relevos, desenhos ou figuras que quebrem a monotonia das superfícies lisas. As desvantagens são que necessitam de transportes muito dispendiosos e de equipamentos de descarga possantes. Além disso, existem limitações com relação ao comprimento das placas pré-moldadas. Então, quando a altura de escavação for muito grande, pode-se executar a parede diafragma mista, onde o trecho inferior é moldado no terreno e o trecho superior pré-moldado, para assim proporcionar as vantagens de melhor aparência e acabamento, como se pode ver na figura 1. 7 Sistemas de perfuração Existem basicamente dois tipos de equipamentos que executam a escavação das valas das paredes moldadas. Um deles utiliza a técnica de escavação por circulação inversa, e outro a técnica de baldes de maxilas suspensos ou guiados. 7.1 Escavação por circulação inversa A técnica de abertura de valas por circulação inversa é realizada com a utilização de um trépano, ou de uma broca rotativa, ou de um aparelho misto, os quais provocam o desmonte do terreno. Já a remoção dos produtos da escavação é feita por um sistema de circulação forçada. Uma vez removidos todos os produtos da escavação, parte-se para à separação entre a calda e os produtos da escavação, seguida de sua posterior reutilização. O trépano, geralmente circular, trabalha suspenso de dois cabos, executando um desmonte por percussão. Ele é ligado a uma haste tubular integrada nos sistema de circulação forçada. Já a broca executa o desmonte do solo por rotação, podendo a ferramenta variar desde um conjunto simples de dentes e pás, para terrenos brandos, até 34 sistemas complexos de roletes de dentes duríssimos que podem perfurar camadas rochosas. O sistema de broca rotativa é mais eficiente e mais rápido que o trépano, no entanto, tem maiores dificuldades de concretização e manutenção, já que exige mesas rotativas e juntas móveis perfeitamente estanques. Existem também os sistemas mistos, que incluem percussão e rotação, usufruindo parcialmente das vantagens e desvantagens dos dois sistemas. Através do sistema de circulação forçada, os produtos da escavação são retirados da vala por uma corrente forçada, após o seu desmonte. E há sempre um aparelho de corte ligado a extremidade da barra tubular, por onde entra o fluido de perfuração e também saem este mesmo fluido somado aos produtos da escavação, como é o caso da circulação inversa. Já na circulação direta, o fluido mais os produtos da escavação saem por outro campo, que não o da barra tubular de entrada do fluido de perfuração. O critério de escolha de um método de circulação forçada direta ou inversa é fundamentalmente a comparação das velocidades de escoamento do fluido no interior da barra tubular e no exterior desta. Os métodos que provocam a circulação forçada são fundamentalmente dois, tais quais: • O emulsor de ar comprimido (conhecido como “air-lift” ); • Por bombeamento. No primeiro caso, provoca-se a injeção de ar comprimido junto a boca inferior da barra tubular. Esta injeção emulsiona a calda bentonitica contida na coluna, baixando a sua densidade. O desequilíbrio entre as pressões da calda leve no interior da coluna, e a calda pesada no exterior provoca uma corrente de circulação. Este sistema só proporciona bom resultado a partir de uma certa profundidade, quando a diferença de densidade origina uma força ascensional de certo valor, como ilustra na figura 17. Para profundidades não excessivas, o bombeamento, que é visto na figura 18, gera melhores rendimentos. A partir deste ponto, as perdas de carga do circuito começam a exigirem grandes potências para as bombas. Tem como inconvenientes a necessidade de um sistema complexo ( bomba de vácuo e depósitos auxiliares) e a dificuldade de manter a estanqueidade do circuito hidráulico. A resolução destes produtos está, entretanto, bastante avançada, a ponto de o bombeamento ser atualmente, o sistema mais utilizado. 35 Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 17 36 Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 1837 A separação da calda e dos produtos da escavação se dá pelos sistemas mecânicos denominados crivos e desarenadores de ciclone, como se vê nas figuras 19, 20 e 21 para que possa realizar a separação da calda e dos produtos da escavação. Estes sistemas são complementados por tanques de decantação onde a calda sofre uma limpeza adicional. 38 Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 19 39 Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 20 40 Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa Figura 21 7.2 Escavação com Baldes de Maxilas E o equipamento mais utilizado, composto de uma só ferramenta para desmonte e remoção do terreno escavado das valas das paredes moldada. Existem diversos modelos e tipos de baldes de maxilas, diferindo quanto ao sistema de manobra, a forma geométrica das maxilas e ao sistema de guiamento do balde de maxilas. 41 Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa. Figura 22 7.3 Sistemas de Manobras 7.3.1 Manobra por meio de cabos Este sistema exige que a maquina de suspensão seja provida de dois cabos independentes. Um para suspender o balde e outro para comando das maxilas. Estes equipamentos são pesados, porém as máquinas têm a capacidade suficiente para suspender tais cargas pelos cabos, através de dois guinchos. Estes baldes têm a vantagem da sua robustez, sendo um equipamento forte e resistente para escavar, com pouca possibilidade de avaria. Além disso, serve para demolir e transportar o material escavado para fora da vala. A desvantagem surge por ter a calda bentonitica uma certa quantidade de areia em suspensão, que atua como material abrasivo que desgasta os cabos e os sistemas de roldanas e articulações correspondentes, provocando avarias. 42 7.3.2 Manobra por meio de baldes hidráulicos São baldes, através dos quais a manobra das maxilas é efetuada por meio de macacos hidráulicos, acionados por uma bomba, comandada do exterior. Exige-se apenas um cabo para suspensão do balde, reduzindo-se, portanto, as avarias ocasionadas pela erosão da areia. No entanto, é menos robusta que o balde suspenso por dois cabos. Apresenta uma desvantagem,que é surgimento de problemas relacionados com a alimentação de óleo aos macacos hidráulicos. 7.3.3 Manobra por meio de baldes eletro-hidráulico São baldes com sistemas de manobras mais complexos, possuindo-o no próprio corpo da bomba hidráulica. São muito mais sensíveis na manobra do que os sistemas anteriores. Podem ser dotadas de placas laterais que, movidas por macacos hidráulicos, se apóiam nas paredes da vala, facilitando o guiamento e permitindo bloquear o balde durante o fecho das maxilas. 7.4 Sistema de Guiamento Todas as paredes da vala devem estar com o prumo perfeito, para boa execução da parede-moldada. Se o balde de maxilas não for dotado de um sistema de guiamento, terá tendência para procurar os caminhos mais fáceis. 7.4.1 Guiamento geométrico É o tipo de guiamento em que o balde de maxilas se guia a si próprio ou é guiado pela parte da vala já aberta. Significa que os baldes são livres. 7.4.2 Guiamento por barra rígida : É o sistema em que o balde é guiado por uma barra de nome Kelly, de grande rigidez, que trabalha no guiamento ligado a maquina de suspensão. A manobra neste sistema é muito mais fácil do que no dos baldes 43 livres – Guiamento geométrico-, porém as deformações do Kelly e deslocamentos da própria máquina de suspensão não evitam os desvios, particularmente em valas profundas. 7.4.3 Guiamento por peças pré-posicionadas É o sistema que faz o guiamento do balde de maxilas através de estacas de concreto previamente executadas ou perfis metálicos cravados, os quais serão incorporados na parede. Este sistema depende de uma correta implantação dos elementos de guiamento, permitindo obter vantagens interessantes, incluindo a construção de paredes inclinadas. 7.4.4 Outros Existem outros sistemas como o tipo retro-escavadeira, escavadora frontal com mastro-guia, cadeia de baldes, serra circular, e outros mais. 7.4.5 Considerações finais Os rendimentos de perfuração dos vários tipos de equipamentos de perfuração variam muito com a constituição do terreno. Em solos argilosos brandos ou areias, o rendimento horário pode ultrapassar os 10 m² de parede por hora e é com estes valores que podem ser determinados o prazo de uma obra, já que as operações de enchimento com lama ou concretagem de cada painel são operações que, mais rápidas, não pertencem, normalmente, a linha crítica do programa. Porém, os sistemas de baldes de maxilas dão melhores rendimentos e conduzem a menores custos na execução de valas não muito profundas e em terrenos fáceis. Já a circulação inversa toma a vantagem em escavações a grandes profundidades e em terrenos difíceis, com intercalações rochosas ou muito compactas. Os sistemas de circulação inversa permitem maior liberdade na fixação do comprimento das valas. Também, é importante lembrar que os dois sistemas fundamentais, circulação inversa ou baldes de maxilas – guiados (Kelly) ou suspensos por cabos – operados por gruas sobre lagartas, refere-se que as máquinas de circulação inversa são máquinas que 44 se deslocam sobre carris, como se vê na figura 44, paralelamente a parede moldada a construir; A execução com recurso a baldes guiados – Kelly-( ilustrado na figura 23) ou baldes pesados suspensos, necessita de plataformas de trabalho que permitam o movimento e o posicionamento da grua. Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa A 1ª figura, de cima para baixo, se refere à balde guiado – Kelly Figura 23 45 8 Fases construtivas das paredes diafragmas 8.1 Seqüência construtiva 1ª) Trabalhos preliminares É possível esquematizar a seqüência das fases de execução duma parede moldada, mesmo que pormenores sejam diferentes de caso para caso, de acordo com as condições particulares de cada obra. Primeiro define-se em planta a localização da parede moldada e depois se procura detectar todas as interferências na obra, assinalando-se as possíveis canalizações existentes, condutores e cabos elétricos que atravessam o perímetro da parede diafragma, e providenciar para que fiquem fora de serviço e sejam desviadas ou desmontadas. Deve-se fazer o reconhecimento de todos os obstáculos na zona de escavação da parede, especialmente no que diz respeito a fundações antigas ou materiais constituintes de aterros. Então, detectado o obstáculo deve-se proceder com a demolição destes, recorrendo eventualmente a uma escavação prévia da obra. Também é necessário verificar a existência de cabos elétricos aéreos que possam ser tocados pelas gruas ou equipamentos utilizados na escavação, providenciando o seu respectivo desvio. Normalmente, a cota necessária em altura deve ser igual ao valor da profundidade da parede diafragma acrescido de mais alguns metros (2 a 3 metros, conforme o equipamento). Independentemente das iniciativas tomadas na fase de concepção do projeto, é de boa prática vistoriar os eventuaisedifícios anexos, conhecer o respectivo tipo de construção e o seu estado de conservação. E também conveniente averiguar o tipo, estado de conservação, profundidade e forma das fundações dos edifícios vizinhos. Esta averiguação pode ser feita através de poços de inspeção. 2ª) Escavação prévia eventual Após a definição do local, começa-se a executar uma pequena trincheira ao longo de todo o perímetro da parede diafragma a ser executada, para facilitar a instalação dos muros-guia, os quais servirão para melhor direcionarem os equipamentos na escavação. Então, torna-se necessário ficar atento e preparado para encarar problemas de esgoto, de águas de chuva e outras, preparando a drenagem das águas subterrâneas e de chuva. Também, deve-se estar atento para as dificuldades que elas criam para a 46 movimentação dos equipamentos. E, a execução desta operação pode originar problemas na execução dos muros-guia, caso a superfície do terreno escavado se apresentar depois muito remexida pelo equipamento de escavação. A cota da escavação prevista deve ser condicionada pelo nível de uma eventual superfície freática aqüífera. E sempre de boa norma deixar a maior distância possível entre a cota do fluido e a cota da plataforma de trabalho que vai ser a cota do coroamento dos muros-guia. Em casos correntes é conveniente que essa distância não seja inferior a 1,00 metro. Quando se trata de aterros pouco consistentes ou de materiais com coesão reduzida, essa distância terá de ser aumentada para 2 ou 3 metros, ou ainda para mais se houver escoamento da camada aqüífera. Nos casos de obras hidráulicas, fundações de pilares ou cortinas de barragens em rios com leitos permeáveis (areia), e em muitos outros casos em que o nível freático se apresenta elevado, a escavação prévia não tem sentido e o que há que procurar e estabelecer plataformas de trabalho a cotas suficientemente altas (2,50 a 3,50 metros a partir da cota máxima da água), como garantia contra cheias e possibilidades de criar um diferencial de pressão de bentonita-água, dentro e fora da vala da parede moldada, suficiente para facilitar a filtração da calda de perfuração e o estabelecimento do “cake”. Alturas muito reduzidas da plataforma de trabalho em relação ao nível de água, especialmente quando há percolação, podem levar a acidentes graves como desmoronamento de toda vala com afundamento do material de escavação e pessoal de operação. 3ª) Instalação das Muretas-Guia Para definir o comprimento dos painéis devem-se observar as seguintes condicionantes: o A geologia do terreno, as cargas do equipamento perfurante e das fundações dos edifícios anexos definem a estabilidade da vala escavada; o O volume máximo do painel a ser escavado e condicionado ao volume de concreto que se pode colocar em obra. Então, o volume da vala não deverá ser superior a 3 ou 4 vezes o volume de concreto que é possível colocar na tremonha do tubo de concretagem; 47 o O peso da armadura, que também condiciona o comprimento do painel, pois o seu peso é de acordo com a capacidade da grua, tanto no que diz respeito a altura como em relação a capacidade elevatório e estabilidade no transporte com a carga suspensa. Após a escavação das trincheiras ao longo do perímetro da parede diafragma, os taludes verticais desta escavação são protegidos com pequenos muros de concreto denominados de muretas-guia. Estas servem para definir o perímetro da obra, e guiar o equipamento ( “Clam-shell”)na escavação e criar uma espécie de canal para condução da suspensão bentonitica durante a operação de escavação. A execução dos painéis deverá ser feita alternadamente, segundo a técnica usual. Deverá assegurar periodicamente a verticalidade da perfuração. Nos equipamentos de mastro (Kelly), visto na figura 23, deve-se procurar que o equipamento assente sobre uma base relativamente firme e que o mastro seja aprumado recorrendo a fio de prumo ou nível. Nos equipamentos que utilizam baldes pesados suspensos por cabos ou que utilizam circulação inversa, importa manobrar com os necessários cuidados para assegurar a verticalidade da perfuração. São, no entanto, permitidos desvios da ordem de 1% para menos ou para mais, mas os limites exatos devem ser condicionados ao tipo de obra, existência de paredes interiores suplementares, acabamentos das superfícies,etc. Durante a escavação é imperioso observar atentamente o nível do fluido de perfuração e assegurar-se que não há perda através da vala ou no contorno do muro- guia. Em certas obras, onde a bentonita ou fluido de perfuração pode filtrar-se rapidamente para camadas mais profundas do solo, baixando rapidamente com o nível deste fluido, poderá ocasionar um acidente de proporções inusitadas. Então, durante a execução da escavação deverá proceder-se a observação do terreno escavado, confrontando-o com o relatório de prospecção geotécnica. Será muito útil a recolha de amostras que serão conservadas até o final da obra. Sempre que precise proceder a perfuração de camadas duras, haverá que recorrer ao emprego de trépano. As camadas duras ou obstáculos (restos de fundações antigas ou anexas) devem, de preferência, serem demolidas e retiradas quando da execução da escavação prévia ou da construção dos muros-guia. Deve-se, tanto lateralmente como em profundidade, não remexer o terreno, evitando reposições de terras. Caso isso não seja possível evitar, deverá optar-se por formas de muros guia em formato L, não dispensando uma reposição de terras bem 48 compactada e o recurso, muitas vezes, a materiais mais argilosos de maneira a obter melhores compactações. As superfícies pré-moldadas das muretas-guia devem ficar bem desempenadas e alinhadas, não sendo aceitável diferenças superiores a 3 ou 5 cm. A distância entre os muros-guia deve corresponder a espessura teórica da parede, acrescida de poucos centímetros (2 a 3 cm) por banda ou face, para facilitar o trabalho da ferramenta. A construção destes muros processar-se-á por painéis, procurando-se ainda manter um nivelamento rigoroso de todo o coroamento. À medida que se vai procedendo a descofragem, as duas paredes dos muros-guia devem ser escoradas uma contra a outra a intervalos regulares. Este escoramento é sempre mantido, até a execução de cada parede moldada. A altura das muretas-guia deve ser tal que impeça que as flutuações do nível da calda originada pelas operações de escavação, não provocando nem o seu transbordo e nem a sua descida para cotas inferiores à da base dos muros. No primeiro caso, causaria uma perda de calda enquanto que no segundo, as sucessivas flutuações em zona não protegida da escavação poderiam originar com facilidade desmoronamentos que acabariam por arrastar a ruína dos próprios muros. Normalmente, a altura da mureta varia entre 1,00 a 1,50 metro. 4ª)Montagem do sistema de preparação, distribuição e de eventual recuperação da calda: Inicialmente, devem-se fazer estudos laboratoriais prévios a fim de definir qual a constituição da calda que deve ser utilizada na escavação da vala. Para isso, não se pode perder de vista o tipo do terreno onde realizar-se-á a escavação, além da natureza dos materiais argilosos de empréstimos vizinhos, os quais poderão eventualmente ser incorporados na própria calda. Para que as escavações possam ser realizadas em boas condições é necessário que as lamas desempenhem satisfatoriamente funções, tais como: o Suportar a escavação; o Permanecer na escavação sem que se verifiquem perdas sistemáticas para o interior do solo; 49 o Mantersuspenso os detritos da escavação impedindo a sua deposição no fundo da escavação; o Permitir uma fácil substituição pelo concreto sem que restem no final qualquer camada ou bolsada no seu interior; o Permitir por peneiração, sedimentação ou qualquer outro processo a separação dos detritos de forma a tornar possível posterior re-utilização; o Ser facilmente bombeada. A satisfação conjunta destes requisitos é laboriosa, uma vez que alguns deles são opostos. Assim, por exemplo, as pressões hidrostáticas, com que se conta para efeitos estabilizadores da escavação, e a capacidade em manter suspensos os detritos, serão melhorados à medida que as lamas se tornam mais densas. Porém, para melhor se processar, quer a sua substituição, quer as operações de bombeamento, convém que elas sejam as mais fluidas possíveis. A escolha do tipo de bentonita deve ser feito em função da natureza química da água do terreno (ou da água de utilização) e das quantidades tixotrópicas respectivas. Além de estudos feitos preliminarmente para definir a mistura, há que se verificar periodicamente se os valores obtidos em estaleiro estão dentro das tolerâncias admitidas para os valores pré-fixados. Esta verificação deve ser feita principalmente quando se quer re-utilizar as lamas, e também momentos antes do bombeamento do concreto para a vala, pois uma contaminação forte pode obrigar a substituição do fluido antes da concretagem. Também, um mesmo cuidado haverá que ser tomado no decurso da concretagem, pois uma bentonita contaminada dificulta esta concretagem, ou gera sintomas de concretagem mal executada. Uma bentonita é considerada contaminada quando, de entre outras perturbações de ordem diversa, se apresentar com elevado teor de areia, PH alterado, densidade exagerada, baixa viscosidade e decantação rápida ( reduzida tixotropia ). Por estes motivos é de praxe realizar, principalmente nesses ditos instantes, determinações sistemáticas de diversas grandezas, tais como: - Densidade; 50 - Viscosidade; - Resistência do gel; - PH; - Percentagem de areia. As exigências para cada caso serão eventualmente diversas, de acordo com a particularidade de cada obra, cabendo aos responsáveis a definição dos limites e valores exigíveis dessas ditas grandezas. Se em algumas obras as determinações referidas podem ser dispensadas, existem outras em que devem ser obrigatórias no todo ou em parte. A freqüência com que se devem ser feitas os controles dessas grandezas a se efetuar depende ainda do sistema de perfuração utilizado. No caso do emprego de fluidos ou misturas auto-endurecíveis com base em cimento, os controles a efetuar serão definidos através dos ensaios laboratoriais que levaram ao estudo da mistura a aplicar. Este caso ocorre em paredes de conglomerados plásticos servindo de cortinas de impermeabilização. Pode-se dizer que o processo construtivo das paredes moldadas é aplicável a qualquer tipo de solo desde que o equipamento de escavação, e principalmente, e a natureza da lama de escavação sejam corretamente escolhidos. Para que se tenha uma idéia da gama de variações da constituição das lamas face à natureza do terreno, podem-se verificar os exemplos descritos logo abaixo: I. Para solos com permeabilidade até 0,1 a 0,01 cm/s é suficiente adaptar suspensões de bentonita com concentrações da ordem de 4 a 6%; 51 II. Para solos de permeabilidades superiores pode-se aumentar a concentração da suspensão até 12%, não podendo ir além disto; III. Em casos excepcionais em que, mesmo para esta concentração, a suspensão não é retida na escavação, usam-se aditivos destinados a atuar por diversas formas, tais como: - Materiais destinados a provocar diretamente a obstrução dos poros do solo (argilas, siltes ou mesmo areias); - Materiais que provocam a floculação da bentonita(aluminato de potássio, cloreto de alumínio e cálcio); - Materiais que por ligação às partículas do solo vão diminuindo os diâmetros dos poros (cimento); - Materiais fibrosos que vão criando redes nos poros de maiores dimensões, a partir das quais se torna mais fácil à obstrução (plantas fibrosas e fibras sintéticas). Ao definir-se a constituição da lama, é necessário dispor de todo o sistema de preparação da mistura. Ele é formado fundamentalmente por reservatórios providos de agitadores mecânicos, misturadores, no interior dos quais são lançadas as quantidades previamente fixadas de cada material constituinte. Estes são em seguida, misturados mediante a ação dos agitadores de forma a constituir- se uma suspensão homogênea, e posteriormente armazenada em tanques. A capacidade dos tanques deverá ser dimensionada de acordo com o volume de uma vala elementar, de maneira a poder dispor da quantidade necessária para perfurar e proceder a uma substituição completa da bentonita. Para evitar que as 52 partículas de argila formem estruturas, o que prejudicaria a bombeamento e o papel a desempenhar pela suspensão no interior da escavação, mantém-se ininterruptamente a agitação da mistura até se proceder a bombeamento para a zona de escavação. Para manter o nível da calda sempre constante deve-se regular a alimentação de calda para o interior da escavação em função do ritmo da própria escavação. Um outro sistema destinado à recuperação da já utilizada calda na escavação é habitual ser associado ao de preparação da calda, a fim de possibilitar a posterior re-utilização da mesma. Trata-se de tanques, onde a calda já utilizada é recolhida, para então procurar fazer a separação dos detritos provenientes da escavação. Estes tanques regeneradores devem estar munidos de crivos, vértices e decantadores que permitam eliminar eficazmente as areias suspensas. O custo da bentonita é elevado, principalmente nos países onde não existe esse material, justificando assim a sua re-utilização. A não ser que não possa se dispor de espaço suficiente para o depósito da lama já utilizada, como acontece em zonas urbanas com alta densidade demográfica. 53 Transparência do professor Dalmo Figura 24 54 5ª) Escavação com simultâneo preenchimento com lama bentonitica até a profundidade de projeto: Depois de construída as muretas-guia e posto para funcionar o sistema de alimentação da calda, parte-se para realização da escavação, simultaneamente ao preenchimento com lama bentonitica. A escavação é feita parceladamente, em painéis de dimensões calculadas para cada caso em questão. Primeiramente, pode-se dizer que a altura da parede é dado do problema fornecido ao construtor, em função da natureza do terreno e a finalidade a que a parede se destina, podendo atingir profundidades de 45 metros, dependendo dos terrenos. Para o calculista, com auxílio de uma casa especializada em projetos e execução de paredes moldadas, definir em projeto o modo de execução das paredes moldadas, os locais dos furos e as profundidades a se atingir é necessário antes verificar as informações sobre a geologia local onde será implantada a obra. Deverá, então, a casa especializada mais o calculista, estabelecer um programa de sondagem. Será também definido o tipo de montagem que deverá ser contínua, a obter com sonda rotativa, e, para obras mais importantes, recolhendo amostras intactas