FUNDAÇÕES -REBAIXAMENTO DO LENÇOL FREÁTIco

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UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES-CAMPOS
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
MARCELLY LOPES DE ALMEIDA
REBAIXAMENTO DO LENÇOL FREÁTICO
	
CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ
JUNHO DE 2018
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO	3
2 TIPOS DE REBAIXAMENTO	4
2.1 BOMBEAMENTO DIRETO	4
2.1 PONTEIRAS FILTRANTES	5
2.2 POÇOS PROFUNDOS	7
2.3 BOMBAS SUBMERSAS	8
2.4 DRENAGEM POR ELETROSMOSE	8
2.5 INJETORES	9
2.6 BOMBA DE VÁCUO	10
3 CONCLUSÕES	12
4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	13
1 INTRODUÇÃO
A construção de edifícios, barragens, túneis, etc. normalmente requer escavações abaixo do lençol freático. Tais escavações podem exigir tanto uma drenagem, como um rebaixamento do lençol freático. São vários os métodos para eliminar a água existente no subsolo.
Somente após a realização de ensaios preliminares de rebaixamento do lençol freático, poder-se-á definir quais os métodos a serem empregados. Devem ser obervados os diversos níveis de água do subsolo, as quantidades de água que se infiltram e que serão bombeadas, e os recalques que porventura possam aparecer nas vizinhanças das escavações. Para proteção de edificações adjacentes às zonas de recalque, considere-se a possibilidade de injeções de água no solo. Deve-se ter em mente que, ao se realizar um rebaixamento do lençol freático, introduzem-se certas alterações nas condições naturais do subsolo. Assim, poderão surgir danos no interior ou no exterior da escavação, quando o rebaixamento é realizado incorretamente. 
Segundo Grandis (1998), a utilização desse tipo de intervenção, facilita a construção sob o lençol freático, na medida em que:
· Intercepta a percolação d’água que emerge nos taludes ou fundo de escavações. A água pode prejudicar os processos construtivos, sendo até fator impeditivo ou de considerável aumento de custos da obra;
· Aumenta a estabilidade dos taludes, evitando o carreamento do solo destes taludes e do fundo da escavação;
· Reduz a carga lateral em estruturas de escoramento;
· Reduz ou elimina a necessidade de utilização de ar comprimido na escavação de túneis;
· Melhora as condições de escavação e reaterro. Quando são submersas, tornam- se mais lentas e de custo elevado;
· Permite manter praticamente inalteradas as condições de suporte do terreno localizado subjacentemente ao apoio da estrutura a ser construída.
2 TIPOS DE REBAIXAMENTO 
Três são os processos principais de rebaixamento do lençol freático: Por ponteiras filtrantes (“well-points”); por poços profundos - gravitacionais e a vácuo; por eletrosmose.
Rebaixamento por poços é um sistema para se retirar água do subsolo de forma induzida, portanto não gravitacional, através de poços com diâmetros bem pequenos. Esta técnica é utilizada para profundidades usuais entre 5 e 30 metros.Três sistemas serão abordados: bombas submersas, vácuo e injetores (ou ejetores).
Uma das situações em que este sistema de rebaixamento é utilizado, é onde a camada permeável é de "pequena" espessura (em relação à profundidade da escavação), repousando sobre um extrato "impermeável" (k da ordem de 10(-8) cm/s).
2.1 BOMBEAMENTO DIRETO
É o mais simples de todos os sistemas de rebaixamento. Consiste na coleta de água em valetas, executadas no fundo da escavação, que são ligadas a um ou vários poços, estrategicamente posicionados, onde a água é acumulada e a medida que atinge um determinado volume recalcada para fora da zona de trabalho
Apesar de simples este método não é muito indicado, inclusive quando as paredes são suportadas por sistemas impermeabilizantes e que geram elevados gradientes hidráulicos, sob a pena de rompimento do fundo da escavação e taludes, se for o caso.
Figura 1.1: Sistema de rebaixamento por bombeamento direto
Fonte: (ALONSO, 1999)
Segundo Caputo (1987), este método deve ser empregado somente em obras pequenas e de pouca importância, pois apresenta diversos inconvenientes.
O carregamento de partículas finas do solo pela água pode acarretar, por solapamento, recalques acentuados em estruturas vizinhas à escavação, em particular nas ruas e calçadas. Nestes casos, pode-se afetar a infra-estrutura pública como as tubulações de água, esgoto, gás, telefone entre outros. Para evitar este problema, deve-se observar regularmente a água na saída das bombas e verificar se não ocorre o carregamento de partículas do solo.
Outro inconveniente que pode ser apresentado é a possibilidade da súbita ruptura do fundo da escavação. Este caso ocorre devido à subpressão da água tornar-se maior que o peso efetivo do solo.
2.1 PONTEIRAS FILTRANTES
Este método permite executar o rebaixamento de lençol freático em grandes áreas com profundidades médias de escavações em torno de 5 metros. Podendo entretanto através da implantação de múltiplos estágios ser aplicado à escavações mais profundas.
Aplicados a escavações rasas a pouco profundas, representam tubos de 4” com ranhuras espaçadas conectadas a ponteiras filtrantes (tubos de PVC – Policloreto de Polivinila de diâmetro inferior), com proteção de tela de nylon, instaladas em perfurações previamente executadas, com circulação de água.
Figura 2.1: Ponteiras Filtrantes
Empregam-se ponteiras filtrantes de 1 ½” a 2 ½” de diâmetro, com 30 a 100 cm de comprimento, para drenagem por gravidade ou a vácuo. Essas ponteiras filtrantes constituem-se de um tubo de aço perfurado, tendo a seguir um tubo metálico fechado com 8m a 9m de comprimento (figura a seguir).
Figura 2.2: Ponteiras
A instalação das ponteiras no solo é feita geralmente de jatos de água através da própria ponteira. Na impossibilidade de se dispor de água em abundância para esse tipo de instalação ou em solos poucos permeáveis, executa-se a abertura de um furo com 150 mm de diâmetro, colocando-se no seu interior a ponteira, envolvida por material filtrante adequado. 
As ponteiras filtrantes são colocadas ao longo de uma linha, tendo um espaçamento de 1m a 3m, ligando-se todas as pontas a um cano coletor comum. No final deste, acha-se instalado um conjunto motor-bomba, que subtrai do coletor de água e eventualmente o ar que penetra nas ponteiras filtrantes. 
Em certos casos torna-se necessária a utilização a execução de um pré-filtro, que consiste na cravação de tubos de PVC , encamisando as ponteiras, que, no caso, ficam revestidas com cascalho ou brita e areia grossa lavada, devendo ficar as ponteiras 30 cm acima do início do encanamento. Essa solução pode ser adotada para melhorar o rendimento do conjunto de rebaixamento na presença de estratos de argila ou solo de baixa permeabilidade;
O sistema de rebaixamento só poderá ser desligado e desativado quando concluído o reaterro e garantida a suficiência em peso da construção enterrada sem riscos de levantamento pela ação da subpressão d'água;
Outro ponto essencial é a altura do rebaixamento. Se a profundidade for de até 7 m, o uso de um sistema de ponteiras filtrantes (ilustração 1) se mostra eficaz. 
Já em casos de profundidades maiores, de até 20 m, o sistema de poços profundos com emprego de injetores é mais recomendado.
Apresenta vantagens quanto a instalação ser simples e rápida a um baixo custo, proporcionando um rebaixamento mais localizado.
A desvantagem deste esquema, em virtude de leis físicas, consiste numa limitação de rebaixamento do lençol freático em cerca de 5m de profundidade. A drenagem de escavações mais profundas deverá ser realizada por meio de vários estágios de ponteiras 
2.2 POÇOS PROFUNDOS
São utilizados em profundidades superiores a 5 m, é executado por meio de uma série de perfurações equidistantes (por ex.: 8m, 10m, 15m ou 20m), com diâmetro de 300 mm a 600 mm. Dentro dessa perfuração são colocados tubos de aço, constituídos de trechos lisos e perfurados, nos horizontes permeáveis e abaixo do nível d’água. O diâmetro desses tubos pode variar de 150 mm a 300 mm, e cada segmento é unido ao outro por solda. Os tubos devem ser colocados em perfeita verticalidade e o trecho perfurado deverá ser envolvido por uma tela de nylon de 0,6 mm de diâmetro, para impedir a entrada de partículas dentro do poço.Figura 2.3: Poços Profundos
Este tipo de sistema pode ser realizado por meio de dois processos distintos; o primeiro são poços injetores: escavações pouco profundas, caracterizadas pela simplicidade de instalação, baixo custo de instalação e manutenção, além de ser um rebaixamento localizado, porém o método usa baixa vazão com a necessidade de instalação de vários poços junto à escavação, dessa forma, não alcança grandes profundidades, bem como utiliza sistemas de alimentação de energia reserva para manutenção da operação.
O segundo método é por meio de poços de bombeamento que utilizam bombas de recalques submersas. Este é mais indicado para escavações profundas e subterrâneas, ou em lençóis confinados permitindo a instalação em qualquer profundidade, sem limitador para o rebaixamento, além da execução que pode ser feita afastada da área escavada com o uso de vazões elevadas. Todavia, o seu custo e operação são elevados e necessita de um sistema auxiliar de geração de energia com impacto em grande área.
2.3 BOMBAS SUBMERSAS
Consiste em bombear a água do poço através de bombas que permanecem sempre submersas no fundo do poço, o qual é semelhante aquele para a colocação de injetores.
As vantagens se destacam em: grande capacidade de vazão; Sobra da capacidade de recalque; Possibilidade de trabalhar combinadamente com vácuo para aumento de retirada de água dos solos estratificados em grandes profundidades. Já as desvantagens seriam: auto investimento; Manutenção sofisticada; 
Para Dobereiner e Vaz (1998), os poços profundos com bombas submersas são utilizados quando é necessário bombeamento com longa duração e para elevadas vazões e profundidades.
Segundo Caputo (1987), este sistema pode recalcar água com mais de 100 metros de profundidade e com vazão maior que 60m³/h.
2.4 DRENAGEM POR ELETROSMOSE
Para Grandis (1998), alguns solos siltosos e solos argilosos possuem granulometria muito fina e não permitem uma drenagem eficiente através de ponteiras filtrantes ou poços profundos. Para aumentar a eficiência do sistema, utiliza-se o método de drenagem por eletrosmose, que consiste na aplicação de uma corrente elétrica continua, criando um gradiente adicional de natureza elétrica que acelera o movimento da água nos vazios do solo.
O fenômeno da eletrosmose, aplicado na Mecânica dos Solos, deu origem ao sistema de drenagem por eletrosmose ou drenagem elétrica, desenvolvido pelo Dr. Leo Casagrande (CAPUTO, 1987).
Segundo Grandis (1998), o sistema é executado, instalando-se ponteiras filtrantes que consistem em cátodos, eletrodo com carga negativa, e hastes que consistem em ânodos, eletrodo com carga positiva (Figura 5.21).
Os eletrodos são instalados aproximadamente 2 metros abaixo do fundo da escavação com espaçamento entre cátodos variando entre 8 e 12 metros, intercalados pelo ânodo.
Figura 2.5: Sistema de rebaixamento com drenagem por eletrosmose 
Fonte: (CAPUTO, 1987)
2.5 INJETORES
No sistema de rebaixamento com o emprego de injetores, são executados poços de diâmetro entre 200 e 400 milímetros e profundidade de até 40 metros nos quais se instalam os injetores. Esses poços são perfurados com distância entre eles variando entre 4 e 8 metros.
Segundo Alonso (1999), esse sistema apresenta duas variantes: a utilização de tubos paralelos, que é utilizado com mais freqüência, e a utilização de tubos concêntricos. 
 
Figura 2.6: Detalhes do injetor 
Fonte: (ALONSO, 1999)
A perfuração dos poços é realizada utilizando uma perfuratriz rotativa que gira um revestimento metálico o qual tem em sua extremidade inferior uma coroa de perfuração que desagrega o solo. Durante a perfuração deve ser injetada água pelo interior do revestimento, sendo que não pode ser utilizada lama bentonítica para estabilizar as paredes do poço pois a lama forma uma camada impermeável que prejudicará a eficiência do sistema.
Após a perfuração, coloca-se no interior do poço um tubo ranhurado de PVC ou aço, com diâmetro entre 100 e 200 milímetros, envolto em tela de nylon com malha de 0,6 milímetros, dotado de centralizadores que garantem a perfeita coincidência entre os eixos do tubo e do poço. Este tubo possui na parte inferior, aproximadamente 1 metro sem ranhuras e fechado na ponta, permitindo a decantação das partículas de solo que porventura passem pela malha de nylon.
2.6 BOMBA DE VÁCUO
Conforme Alonso (1999), as bombas de vácuo são acopladas à câmara de vácuo ou a uma tubulação de descarga disposta ao longo das ponteiras no caso da não existência da câmara. Neste segundo caso é necessária uma boa vedação das conexões.
A bomba retira o ar, reduzindo a pressão atmosférica no interior da tubulação ou da câmara, fazendo a sucção da água do solo por intermédio das ponteiras filtrantes e do coletor.
3 CONCLUSÕES
A constante busca pela melhoria na qualidade e segurança da construção civil faz com que, a cada dia, desenvolva-se tecnologia e métodos que atendam as necessidades com eficiência e de forma menos agressiva para o meio ambiente.
Com o crescimento das populações urbanas, as cidades estão cada vez mais sem espaços. Essa necessidade levou a utilização dos subsolos urbanos com a construção de túneis, subsolos em edifícios e a infra-estrutura subterrânea.
O rebaixamento do lençol freático é uma das tecnologias que foi criada para auxiliar nas escavações sob o nível do lençol, o que facilita e viabiliza, em muitos casos, as construções subterrâneas. Apesar de antigo, os sistemas de rebaixamento vêm sendo aprimorados, alcançando, cada vez mais, maiores profundidades e vazões com menos riscos de impactos negativos às construções adjacentes e ao meio ambiente.
4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Alonso, U. R., Rebaixamento Temporário de Aqüíferos, São Paulo, 1999.
Caputo, H. P., Mecânica dos Solos e suas Aplicações, vol. 2, 6ª Edição, Livros Técnicos e Científicos Editora, Rio de Janeiro, 1987.
Dobereiner, L. e Vaz, L. F., Tratamento de Maciços Naturais In Geologia de
Engenharia, Associação Brasileira de Geologia de Engenharia - ABGE, 1ª edição, São Paulo, 1998.
Francis, F. O. e Rocha, H. C., Obras Subterrâneas Civis, In Geologia de
Engenharia, Associação Brasileira de Geologia de Engenharia - ABGE, 1ª edição, São Paulo, 1998.