sintese geotÉcnica - cidade de luanda

Angola

Ireneu Vaz, Eng.º Civil

Maio 2016

SINTESE SOLUÇÕES GEOTÉCNICAS Cidade de luanda

Síntese Geotécnica – Cidade de Luanda Ireneu Vaz, Eng.º Civil

1

Abreviaturas, Siglas e Acrónimos

V – Volume aparente

P – Peso aparente

g – Peso volumico (ou densidade) aparente

g` - Densidade relativa

gw – Densidade de agua

f – Anglo de atrito interno

c – Coesão aparente

n - Newton

KN – Quilonewton

pa – Pascal

Kpa – Quilopascal

Ton - Tonelada

m 2 – Metro quadrado


2

Âmbito

O presente documento insere-se no âmbito de divulgação da disciplina da

Geotecnia e de soluções geotécnicas, aplicadas em obras de Engenharia Civil.

Destina-se ao público em geral, interessado por este tipo de divulgação técnica,

e também aos profissionais e académicos, das áreas de engenharia civil,

arquitetura e urbanismo.

Procurou-se uma abordagem simplificada, de forma a poder ser apreensível por

um público mais vasto e não necessariamente versado neste tema. Por outro

lado, este trabalho é também uma contribuição para o debate técnico com

colegas de profissão, académicos e restantes profissionais de engenharia civil,

no sentido de partilhar experiências e conhecimentos profissionais, através de

um diálogo contínuo sobre a temática da Geotecnia e Soluções Geotécnicas.

Por fim, este documento é um exercício de memória e de síntese, no qual

pretende-se reproduzir um retrato simplificado (não exaustivo), daquilo que são

as características geológicas e geotécnicas dos subsolos da cidade de Luanda,

assim como os processos construtivos mais aplicados/aplicáveis, para as

diferentes situações e condicionalismos do projeto. Os temas abordados

fundamentam-se em várias obras geotécnicas participadas durante a minha

estadia em Luanda, entre 2007 a 20015.

Nota: Devido a limitações de caracteres disponíveis neste editor de texto, a

simbologia usada para descrição de certos parâmetros de solos, podem não

corresponder em rigor a usada cientificamente (símbolos gregos). Em certos

casos, por simplificação, foi usado o seu equivalente no alfabeto português (ex,

d – densidade, f – ângulo de atrito interno e c - coesão).

Toda a crítica às inexatidões, incorreções, ou outras, serão bem-vindos.


3

Parte I – Geotecnia: Conceitos e Noções Elementares

1. Definição

A Geotecnia é o ramo da Engenharia Civil, que se ocupa do estudo e execução

de obras, cuja viabilidade, depende da interação e do comportamento do solo,

com os elementos construtivos do projeto. Nomeadamente, fundações de

edifícios, contenções para escavação, tuneis, barragens, e demais outros

trabalhos interferindo de forma direta ou indireta com elementos geológicos (solo

e agua).

As seguintes disciplinas, constituem fontes científicas-académicas da Geotecnia:

Geologia

Mecânica dos Solos e das Rochas.

Mecânica dos Fluidos

Mecânica dos Meios Contínuos

Cálculo de Estruturas

…

Estas disciplinas, fornecem os instrumentos científicos e empíricos, necessários

aos profissionais desta especialidade (projetistas, engenheiros civis, geólogos,

engenheiros de minas…), para o desenvolvimento das suas atividades, quer no

plano de conceção de projetos (projetistas), como no plano de execução e

monitorização das obras.

Por via de sondagens geológicas (recolha de amostras, testes in situ e testes

laboratoriais), e demais outros dados fornecidos pelos geólogos, é possível aos

engenheiros, conhecer os parâmetros fundamentais que intervém nas

equações do comportamento dos solos e por esta via, proceder aos cálculos de

dimensionamento estrutural e de prever a estabilidade das obras, quer em fase

de execução (provisória) como em fase de utilização (definitiva).

Face aos vários cenários geológicos possíveis e tendo em consideração as

especificações dos projetos (funcionalidade, localização, dimensão, materiais

empregues, entre outros…), são definidas diferentes soluções geotécnicas que

melhor se enquadrem nos condicionalismos gerais de um dado projeto.


4

2. Parâmetros Geotécnicos

As grandezas que permitem caracterizar diferentes tipos de solos, e que são

quantificáveis, quer por métodos laboratoriais como por ensaios diretos, são

denominados de Parâmetros Geotécnicos.

Dentre estes parâmetros, destacam-se três, que pela sua relevância, intervêm

nas principais equações/modelos de cálculo, de estabilidade de estruturas de

fundações, contenções, injeções e demais obras geotécnicas.

São eles: Peso Volúmico - g ; Angulo de Atrito Interno - f ; Coesão Interna - c

2.1 Peso Volúmico ou Densidade – g ou (d)

Este parâmetro, expressa a relação entre o “peso” e o “volume aparente” de um

dado material. É uma grandeza física que caracteriza o estado do “adensamento”

de uma camada de solo ou de um outro tipo de material em diferentes estados

(solido, gasoso ou liquido).

A sua relação (formula) define-se por,

g = p / V

Em que,

p – representa o peso ou massa do material (kg ou N)

V – representa o volume do material (litro ou m3)

Sendo uma relação entre peso e volume de um dado material, é assim expresso

nas respetivas unidades (kg/cm3, KN/m3 ou outros múltiplos e submúltiplos

equivalentes).


5

O caso mais simples é o da água, em que temos:

1000 Kg = 1.000 litros (mil litros de água, pesa mil quilos)

Ou ainda, seu equivalente em força e volume: 10 KN = 1 m3

gw = 10 KN/m3

Esta gradeza aplicada à superfície de 1 m2, traduz-se em:

Pw =10 KN/m3 / 1 m2 = 10 KN / m

Impulso Hidrostático (Pw) – Força por metro linear, de uma massa de água

equivalente a 1000 litros (ou 1 m3).

Esta grandeza pela sua uniformidade, é fundamental nos cálculos das ações e

no dimensionamento de estruturas submetidas a impulsos hidrostáticos

(estruturas submersas ou em meios aquíferos)

Densidade Relativa – g` (d`)

De forma à permitir uma leitura mais intuitiva deste parâmetro (g), optou-se por

definir o peso volúmico de água como sendo o peso volúmico padrão ou

densidade padrão (gw ou dw), uma vez que ela é constante em estado líquido

gw = 10 KN / m3

Assim, os pesos volúmicos relativos ou densidade relativa, dos restantes

materiais, podem ser expressos tendo por base o peso volúmico ou densidade

padrão (da água), pela seguinte expressão

Densidade de um material “x” / sobre a densidade da água

d`x = dx / dw


6

Em que,

d`x – densidade relativa de um dado material (ex. argila, betão…)

dx – peso volúmico de um dado material (ex. argila, betão…)

dw – peso volúmico da água (10 KN / m3)

Desta forma, as densidades dos restantes materiais, podem ser expressas sob

forma decimal, tornando a sua leitura e aplicação, mais intuitiva e direta, em

vários campos da ciência e da técnica. De referir que as densidades relativas

são grandezas adimensionais, na medida em que elas são definidas na

proporção direta da densidade de agua. Portanto, é um processo de equivalência

unitária.

Por exemplo, se consideramos o material betão, temos:

Peso volúmico (gb) = 2.500 KN/m3 (valor corrente)

Densidade relativa (d`) = 2,5

O que equivale a seguinte leitura: 1 m3 de betão é 2.5 vezes mais pesado do

que 1 m3 de água.

Saturação

A saturação é a grandeza que define o estado (grau de saturação) do

preenchimento da água, num dado elemento poroso.

Como exemplo, uma esponja submersa dentro de um recipiente com água,

passado alguns minutos, os seus espaços vazios (poros) tenderão a ser

preenchidos pela água. Quando todos os poros estiverem preenchidos pela

água, podemos falar de um grau de saturação de 100% ou ainda de um índice

de vazio de 0% (A saturação é o preenchimento de todos os espaços vazios).

O mesmo acontece com os solos porosos. Isto é, os que apresentam vazios no

interior da sua massa inerte.


7

Dependendo do tipo de solos e da percentagem dos vazios que existem no seu

interior, a saturação é variável. Quanto maior for a porosidade (volume de

vazio / volume aparente) maior é a quantidade de água (e de ar) que se pode

acumular no interior da matriz de um solo.

Esta possibilidade de introdução de água no interior de um dado solo, pode

influenciar o seu volume aparente e o seu peso inicial, portanto irá ter incidência

nas suas respetivas densidades (ou peso volúmico).

Empolamento

A variação (aumento) ao longo do tempo, do volume aparente de um dado solo

face ao seu volume num dado estado inicial, denomina-se de empolamento.

A título de exemplo, posteriormente a uma escavação, o material retirado, depois

de alguns dias num estaleiro de obra, tende a aumentar significativamente o seu

volume inicial.

Dentre as causas principais desse fenómeno, destacam-se as seguintes:

A redução da humidade (saturação) do solo, devido a evaporação da

água, liberta espaços vazios entre as partículas (espaços intersticiais).

No interior destes espaços, ocorrem processos químicos de

cristalização de minerais e formação de novos compostos químicos

(sais e matérias orgânicas), cuja expansividade, origina um novo

arranjo de partículas e portanto, de aumento de volume.

No estado saturado (agua no solo), as partículas são unidas por forças

internas designadas de "tensão intersticial", que as ligam (areia, por

exemplo). Na ausência da água, esta tensão perde a sua influência e

as partículas desprendem-se, ficando menos ligadas entre si,

ocupando mais espaço e formando maiores volumes.


8

A estes processos químicos, acresce o próprio efeito físico da escavação

mecânica, que desagrega e descomprime a estrutura dos solos. Assim, num

estaleiro de construção, deve-se dar a devida importância a este fenómeno, na

medida em que pode alterar substancialmente, as condições de produtividade e

de custos de uma obra.

A título de exemplo, se considerarmos o volume teórico de uma escavação de

1.000 m3, mas com um empolamento de 30%, devido as condições

pluviométricas, remoção dos materiais e outros fatores diversos, existirá um

impacto direto quer no tempo previsto de escavação como nos custos estimados.

Esta variação do volume irá ter implicações na quantidade, tempo e custos

afetos a esta atividade.

2.2 Ângulo de atrito interno – f

Um segundo parâmetro geotécnico importante é o ângulo de atrito interno dos

solos. Este parâmetro traduz o grau de “arrumação” das partículas de um dado

solo. Também conhecido como “ângulo de talude natural”, isto é, o ângulo de

equilíbrio de um dado talude em condições naturais.

Este parâmetro é determinado em ensaios laboratoriais com recurso a

instrumentos próprios. Nos casos de solos mais coesos (estáveis), pode-se por

aproximação estimar este parâmetro, como sendo o ângulo natural que um

talude, forma com a sua base (ver figura 1).


9

Fig. 1 – Angulo de Talude natural

Como o nome indica, este parâmetro mede o "atrito" interno das partículas no

seu estado de equilíbrio natural. Tendo portanto uma relação direta com a

estabilidade dos solos. Assim, quanto maior for esse angulo, maior será o atrito

(contacto) entre as suas partículas, indicando o seu maior grau de

“arranjamento/contacto” interno.

A presença de água no subsolo, altera os valores deste parâmetro, na medida

em que tem influência directa no grau de arranjo das partículas. Com efeito, a

saturação (preenchimento dos espaços vazios do solo), provoca o afastamento

das partículas e portanto reduz o respetivo contacto/atrito.

2.3 Coesão – c

A coesão intrínseca define-se como sendo a tensão interna (força por unidade

de superfície) atuante entre as partículas de um dado tipo de solo, que as

mantém coesas e resistentes aos esforços. Este parâmetro é variável de um solo

para outro. A sua quantificação é determinado pelos processos laboratoriais

(ensaios).

A título comparativo (para fixar as ideias), uma massa de argila (1 kg) possui

uma maior coesão (c), do que uma mesma massa de areia (1 kg). Para o

comprovar, basta tentar separar com as mãos uma massa de argila, para

constatar que é mais coesa, do que a mesma massa de areia, cuja coesão é

praticamente nula, pois a areia (seca) desagrega-se naturalmente.

Também é de referir que esta grandeza (coesão) é influenciável pelo grau de

saturação (presença de agua) dos solos. No caso de solos argilosos ou lodosos,

por exemplo, a presença de água tende a quebrar as ligações entre as respetivas

partículas.

No caso dos solos arenosos, a um certo grau de saturação, a sua coesão tende

a aumentar, devido às forças intersticiais que as partículas de água mobilizam

junto das partículas de areia, formando assim uma espécie de arco de união,

entre as partículas. Assim, é comum verificar que a areia húmida é mais coesa

(ligada) do que a areia seca.


10

(A construção de bonecos de areia nas praias só é possível, graças ao aumento

da coesão da areia, pela presença da agua na sua estrutura de base)

A "coesão" mede-se em Kpa (força por unidade de superfície – KN / m2).

Parte II - Cidade de Luanda – Simplificação Geotécnica – ZG1 / ZG2

A cidade de Luanda, pela sua proximidade ao mar e sua geografia acidentada,

apresenta no plano da Geotecnia dois cenários relativamente bem distintos e

identificáveis.

Estes dois cenários podem ser identificados por Zona Geotécnica 1 (ZG1) e Zona

Geotécnica 2 (ZG2).

Nas figuras que se seguem, ilustram-se a zona baixa da cidade, identificada

como ZG1 (faixa amarela) e a zona alta da cidade, identifcada como ZG2 (sem

mancha).


11

Fig. 2 - Vista Geral da baixa de Luanda – (ZG1)


12

Fig. 3 - Vista da cidade com o perfil topográfico – P 1 Baia / Miramar/São Paulo

Fig. 4 - Perfil topográfico P2 - Baia / Ingombotas / Largo 1º Maio

Conforme se vê pelas figuras, identifica-se um declive acentuado que marca a

transição entre a zona mais baixa da cidade (junto ao mar) e a zona mais alta.

A diferença de cotas atinge sensivelmente, 70 m de altitude entre a zona mais

baixa e a zona mais alta da cidade.

A primeira zona (ZG_1), constitui um arco urbano com um raio médio de 1 km,

indo do limite da baía até às encostas onde começam as elevações.

A segunda zona (ZG_2), representa a zona mais alta da cidade que vai das

encostas até aos limites da periferia da cidade.


13

Em termos de tipologias dos solos encontrados nas diversas obras realizadas

nestas duas zonas, registaram-se de forma genérica as seguintes:

ZG1 – Zona Baixa da Cidade

Principais bairros: Praia do Bispo / Coqueiros / Baia Maianga / Mutamba /

Largo de Ambiente / Ilha de Lunda / Bairro Azul…

Tipologia de Solos:

0 – 3 m: Aterros recentes

3 – 10 m: Solos Arenosos (saturados)

10 – 20 m: Solos Argilo-arenosos e/ou argilo-siltosos (saturados)

20 – 30 m: Arenitos semi-consolidados com veios de areias siltosas

30 – 60 m: Calcarenitos com veios de areias siltosas / siltes arenosos

ZG2 – Zona Alta da Cidade

Principais bairros residenciais: Alta Maianga / Alvalade / Comandante Gika /

Ingombotas / Miramar / Mártires / Maculusso, Talatona, Viana, Cazenga,

Sambizanga….


14

Tipologia de Solos:

0 - 3 m: Aterros recentes

3 – 15 m: Solos arenosos - argilosos ou argiloarenoso, não saturados

15 – 30 m: Arenitos consolidados não saturados

Considerando a vasta área em análise, há variações e ocorrências diversas que

podem aparecer em vários pontos da cidade, quer sob forma de veios de águas

subterrâneas, como sob forma de bolsas de materiais consolidados de outras

litologias e em horizontes e profundidades diferentes dos aqui considerados.

Nas zonas de transições de cotas, existem tendencialmente uma maior presença

de aterros recentes (não consolidados), visto constituírem zonas de contínuas

erosões e deslocações de massas de solos, pelos efeitos combinados de chuvas

e de ação humana.

Em resumo, podemos concluir que temos:

Zona ZG1 – Baixa da cidade

Solos sob influência do mar e das marés, portanto com elevada percentagem de

saturação (agua) e constituídos de uma matriz de base arenosa.

A zona ZG_2 – Alta da cidade

Solos mais coerentes e consolidados, cuja presença de água é pouco expressiva

(exceções às ocorrências de veios subterrâneos, caso de Largo de Kinaxixi,

algumas obras pontuais no Maculusso / Ingombotas / Maianga). Solos de matriz

argilosa e siltosa.


15

Parte III – Tipo de Intervenções – Soluções Geotécnicas

Por especificidades e exigências técnicas, de projetos em zonas de influências

do mar e em solos permeáveis (arenosos), no presente capítulo iremos abordar

e apresentar algumas soluções geotécnicas, mais compatíveis com este tipo de

condicionalismos.

Dentre estas soluções, destacam-se as mais aplicadas nas obras de contenção

periféricas, fundações profundas, injeções, impermeabilizações e monitorização.

Fig. 5 – Vista Geral Estaleiro Geotécnico – Ilha de Luanda – Equipamento Estacas Prancha


16

Fig. 6 - Vista Geral de Estaleiro - Equipamentos de Estacas de Fundação

3.1 Soluções de Contenções Periféricas

Refere-se ao conjunto de soluções, que permite a viabilização da escavação e

trabalhos de infraestruturas subterrâneas, num dado edifício ou obra de arte.

Estas soluções/intervenções, têm campo de aplicação transversal a toda a

engenharia civil. Dentre as mais usuais destacam-se:

Caves de pisos enterrados (Prédios, centros comerciais, hospitais, hotéis)

Estações de Metros

Estações ferroviárias

Túneis rodoviários e ferroviários

Terminais aeroportuário e marítimos


17

As principais tecnologias/processos construtivos, que são empregues para estes

trabalhos, em função do tipo de solos, presença de água, custos de construção

e outras variáveis, são:

Paredes Moldadas in situ, em betão armado

Cortina de Estacas em betão armado

Cortina de Jet Grouting armados com perfis metálicos

Cortina em estacas pranchas (painéis metálicos)

Muros em betão (muro de “munique”)

Muros em madeira (muros de “berlim”)

Nos processos construtivos acima descritos, são em regra, utilizados num

sistema de ancoragens provisórias ou definitivas, para garantir a estabilidade

geral do conjunto.

As ancoragens são sistemas de esforços (cabos de aços ou tubos metálicos),

que garantem a transição das tensões de estrutura da contenção, para os

diferentes níveis do solo (e vice-versa), através da selagem dos cabos nos

substratos competentes (zona livre e zona do bolbo de selagem).

Fig. 7 – Esquema de funcionamento de um sistema de ancoragem numa contenção


18

Consideram-se provisórias quando a sua utilidade é somente durante a fase de

construção. Consideram-se definitivas, quando a sua utilidade é permanente

(exemplo, obras de contenção de taludes de autoestradas, encostas

montanhosas).

Fig.8 – Contenção periférica com sistema de ancoragens provisórias

No caso das obras realizadas na zona ZG1, devido à proximidade do mar e das

formações arenosas (permeáveis à circulação das águas), os trabalhos de

contenção periférica são necessários, para garantir as escavações dos níveis

inferiores dos edifícios, quer para execução das fundações como das estruturas

da cave.

Dentre as soluções/processos executivos mais aplicados/aplicáveis, destaca-se

a Parede Moldada em betão armado, como sendo uma das mais fiáveis, neste

tipo de cenário geológico (e também das mais onerosas).


19

Paredes Moldadas – Processo Construtivo

Fig.9 – Faseamento construtivo – Parede Moldadas in situ

Escavação / Estabilização dos Solos

Escavação de painéis contínuos de geometria variável (largura, espessura e

profundidade), com recurso a equipamentos próprios - gruas hidráulicas ou

mecânicas, nas quais se acoplam equipamentos de escavação – “grabs”.

Durante a escavação são introduzidos fluidos estabilizadores das paredes de

escavação (lamas bentoniticas/polímeros…) cuja ação hidráulica e química

(efeito de densidade/peso “g”, e de coesão / viscosidade - c), garantem a

estabilidade da parede dos furos, durante e após a escavação dos referidos

painéis.

Limpeza do fundo de furo

Devido a litologia dos solos atravessados (matriz arenosa), haverá tendência

para a acumulação excessiva de grânulos de areias, no fluido de estabilização

(bentonite).


20

As areias, por diferença de densidade face fluido estabilizador, tenderão a formar

depósitos no fundo do painel.

O processo de limpeza e sucção das areias do fundo do painel, mediante o uso

de bombas hidráulicas e equipamentos de filtragem e separação destas areias

(desareadores), denomina-se de “Desarenação” ou “reciclagem dos fluidos”.

Este processo garante que após vários ciclos de sucção/retorno da bentonite, do

painel ao desareador, a percentagem das areias tenderá a reduzir para níveis

recomendáveis do projeto ( < 2% / litro). Durante este processo também deve-

se controlar alguns parâmetros do fluido, de forma a garantir uma adequada

prestação durante o processo de reciclagem e de betonagem.

Dependendo do tipo de solos e da especificidade do projetos, deve-se dar

particular atenção a monitorização (processo de qualidade), dos seguintes

parâmetros: densidade do fluido (d), Potencial Hidrogénico (PH), viscosidade (v)

e percentagem de areia (%)

Armação / Betonagem

Após a limpeza do fundo, procede-se a colocação de tubos de juntas

recuperáveis, que garantem a geometria final do painel escavado (serve de

molde lateral). Estes tubos garantem a verticalidade lateral do painel 1, em

relação ao próximo painel a escavar (painel 2) e assim sucessivamente.

Após a colocação do tubo de junta, procede-se a colocação das armaduras, pré-

fabricadas no estaleiro da obra ou num estaleiro exterior, cuja colocação e

posicionamento faz-se com recurso a uma grua de apoio de capacidade

correspondente ao peso da armadura (e do tubo-junta).

De forma a garantir o espaçamento entre as armaduras e a parede lateral do

furo, coloca-se “calços/separadores” quer no fundo da armadura, como nas

laterais, garantindo assim o normal recobrimento do betão para toda a superfície

da armadura.

Terminado a colocação de armaduras, inicia-se a betonagem do painel com

recurso a tubos de descarga (trémies), cuja funcionalidade é de permitir que o

painel seja betonado de baixo para cima. Isto é, o betão começa a ocupar os


21

espaços inferiores do painel escavado e progressivamente vai subindo para

ocupar os espaços superiores, até atingir a superfície ou cota do projeto.

Durante este processo, pela diferença de densidade relativa do betão (2.0), face

à densidade relativa do fluido de estabilização bentonite (1.1), o betão “expulsa”

a bentonite, pela diferença de peso volúmico (betão, mais denso fica em baixo e

o fluido bentonítico, menos denso, tende a subir).

Esta quantidade de fluido de estabilização que é “empurrada” pela massa do

betão, é recuperada pelas bombas hidráulicas e armazenadas num

depósito/reserva, para futura reutilização na escavação do próximo painel.

Findo a betonagem, depois do betão ganhar alguma consistência (+- 30

minutos), inicia-se o processo de retirada dos tubos de junta.

Fig.10 – Equipamentos de escavação – Paredes Moldadas (Grabs Hidráulicos)


22

Fig.11 – Vista interior de uma obra de contenção em paredes moldadas ancorada

Vantagem Comparativa – Paredes Moldadas vs Outras Soluções

A particularidade da contenção em Paredes Moldadas, face às outras soluções

(cortinas de estacas ou de jet grouting, com betão projetado) é o facto de cumprir

de forma mais rigorosa com os seguintes requisitos essenciais numa zona

arenosa e aquífera:

Maior Estanqueidade das juntas (quando forem bem executadas)

Resistência estrutural elevada (compressão, tração, flexão, corte, torção…)

Fundações para os elementos estruturais (pilares periféricos).

As restantes soluções são competitivas, mas apresentam limitações em meios

saturados, devido à menor estanqueidade que oferecem (cortina de estacas, jet

grouting ou painéis Berlim/Munique). São mais recomendáveis em zonas de


23

solos pouco saturados ou permeáveis, por exemplo, em terrenos argilosos

(ZG2).

3.2 Obras de Fundações Especiais

Referem-se ao conjunto de processos executivos que permitam a execução de

elementos de fundações profundas, para garantir a estabilidade das

construções.

Estes elementos são realizados quando as condições de solos à superfície, não

apresentam características de resistência e deformabilidade (segurança

necessária), para construção de edifícios ou infraestruturas de grandes

dimensões ou de impactos consideráveis nos substratos do solo.

Dentre os principais processos construtivos desta especialidade, destacam-se:

Estacas de fundação em betão armado moldados in situ

Estacas de fundação em betão armado pré-fabricado

Microestacas em elementos metálicos selados in situ

Jet-Grouting (com ou sem armação interior com microestacas)

Em cada um destes processos executivos, pretende-se transferir as cargas

provenientes das estruturas superiores de um dado edifício/obras de artes, para

as camadas mais resistentes dos solos (maiores profundidades).

Por exemplo, no dimensionamento das estruturas portantes de uma ponte, os

seus alicerces devem ser fundados nos solos cujas resistências (parâmetros

geo-mecanicos), sejam competentes, para acomodar os esforços provenientes

do tabuleiro, das vigas e dos respetivos pilares.

Para que todos estes fatores sejam verificados, há que garantir uma transmissão

eficaz destes esforços até ao substrato rochoso, onde devem ser

distribuídos/acomodados em condições de segurança (construção e utilização).


24

Assim, para o dimensionamento dos elementos de fundações (estacas,

microestacas) devem ser tidos em conta, as ações a transmitir aos substratos

dos solos; assim como também, os parâmetros dos solos identificados nas

sondagens geotécnicas (g, f, c) que irão definir a capacidade portante dos

mesmos (resistência e deformabilidade).

A titulo de exemplo, na zona baixa da cidade de Luanda (ZG_1), considerando

a fraca coesão das areias, o elevado grau de saturação das mesmas e a pouca

coesão das camadas mais superficiais, os elementos de fundações devem

atingir grandes profundidades para poderem encastrar em substratos de solos

cujas características são mais competentes, do que aqueles que estão à

superfície.

Deste modo, são necessários elementos de fundações (estacas, colunas de jet

grouting), com profundidades normalmente superiores a 20 metros ou mais.

Em termos de soluções técnicas, função dos esforços (quantidade e direção),

dos equipamentos disponíveis e dos custos, as soluções Estacas de Fundação

e Colunas de Jet Grouting, apresentam-se como como soluções elegíveis para

a a zona ZG1:

Estacas de Fundação em Betão Armado, betonado em situ

Fig.12 – Processo Executivo – Fundações em Estacas de Betão Armado


25

A solução de estacas de fundação, é mais tradicional e mais conhecida dos

projetistas e empreiteiros. Requer equipamentos específicos (maquinas de

estacas) e respetivos acessórios de furação e limpeza do fundo de furo. O

pessoal deve ser qualificado quer na parte de enquadramento técnico, como na

parte de operacionalidade do estaleiro (encarregado, manobradores, chefes de

equipas)

Colunas de Jet Grouting Armadas

A solução (Jet Grouitng), é mais recente e introduz inovações tecnológicas, com

vantagens relevantes para os projetos em zonas arenosas e na proximidade do

mar.

Fig.12 – Processo Executivo – Colunas de Jet Grouting

Esta solução, consiste na execução de um elemento vertical resultante de uma

mistura de solo com cimento, cujas características reológicas finais, conferem a

este elemento, parâmetros de resistência, deformabilidade e durabilidade

competentes e próximos (em alguns casos superiores) de uma estaca de betão

tradicional. Este elemento vertical é denominado “coluna” e tem uma forma

“batatoidal” (diferente da forma tradicional de uma estaca entubada, por

exemplo, que é circular).


26

Esquema de Principio – Get grouting

Fig.13 – Processo Executivo – Colunas de Jet Grouting

Fig.14 – Esquema tipo – equipamentos jet grouting


27

1. Furação com recurso a equipamentos e acessórios de pequeno diâmetro

(150mm/200 mm), acoplados a um sistema de varas (tubos metálicos de 1, 2,

3 metros), que são sobrepostos progressivamente à medida do avanço dos

furos em profundidade.

2. O interior das varas é vazado e permite a circulação de ar, água e calda de

cimento, em dois ou três canais contíguos. Estes canais terminam na parte

final da ferramenta de corte (ex. trialete) cujos orifícios (bicos), servem de

ponto de saída dos referidos elementos (ar, agua e calda de cimento).

3. No topo do mastro é acoplado um equipamento que serve de guia e garante

a verticalidade do furo durante o processo de perfuração dos solos, dentro de

um intervalo angular limitado (ex. 2,5% a 5%).

4. Um segundo conjunto de equipamento é constituído por:

Silos de cimento a granel (40, 60, 90 toneladas)

Central de produção/parametrização de calda de cimento (agua, cimento e aditivo)

Bombas de injeção de alta pressão (120 a 700 bars);

5. Os dois conjuntos de equipamentos (o da furação e o da produção de calda

de cimento), trabalham em sincronia, durante o processo de jacteamento da

calda de cimento no interior dos solos. Este processo de jacteamento é feito

com base numa programação prévia de parâmetros, que são introduzidos no

computador da central de injeção. Estes parâmetros são definitos em testes

iniciais de aferição no início da obra, de acordo com as especificações do

projeto. São:

passo da vara (cm/minuto)

velocidade de rotação (rot/min)

tempo de injeção (sec)

pressão de injecção (bar)

kg de cimento (kg)

volume (em litros) de água (litros)

6. O jacteamento (injeção da calda de cimento, em alta pressão e alta rotação),

começa assim que se atinge a cota (profundidade) definida no projeto. Faz-se

de baixo para cima, de acordo com os parâmetros atrás referidos.

7. O efeito de jacteamento da calda de cimento, à alta pressão (150 bar <p <700

bar) combinada com a rotação das varas, durante um certo tempo (segundos),


28

gera no interior dos solos uma reorganização das partículas, de areia em

particular (e/ou lodos), criando assim uma massa misturada de solo com

cimento com um elevado grau de consistência (o solo-cimento).

8. Em termos reológicos este processo, gera de forma mecânica e

hidráulica, a substituição do solo existente, por uma nova matriz (solo-cimento),

cujos parâmetros (densidade relativa -d, angulo de atrito interno – f, e a coesão

-c), são de valores muito mais elevados do que os valores iniciais. Deste modo,

as características de uma coluna de jet grouting pode atingir valores de

resistência à compressão simples, similares às de uma estaca em betão (C25/30

– 25/30 Mpa…).

9. A forma batatoidal das colunas do jet, deriva da variação da

deformabilidade (modulo elástico E) dos solos, atravessados e submetidos ao

processo de jacteamento. Não sendo uniforme esta deformabilidade, resulta

uma variação da geometria final da coluna. No entanto, é de referir que se por

um lado esta variação torna a secção útil de cálculo mais difuso, por outro lado,

é um fator de aumento de resistência lateral da coluna (atrito de contacto

coluna/solo). Os ensaios realizados em solos lodosos e arenosos determinaram

que grande parte das tensões aplicadas às colunas de jet grouting são

transmitidas via fuste/resistência lateral, e não via ponta/resistência de ponta.

(Portugal / Projeto Alverca Park / Quinta da Verdelha - 2003 – Tecnasol FGE / Engº

Alexandre Pinto, Engº João Falcão, Engº Duilio Cebola, Prof. Engº Maranha da Neves e

Engº Ireneu Vaz).

1. Por fim, no sentido de melhorar a resistência a flexão, corte e a torsão deste

elemento natural, pode-se introduzir logo a seguir à execução da coluna (ainda

com a massa semilíquida), um elemento perfilado vertical, de tipo HEB, IPE,

cujas características mecânicas (modulo de elasticidade, secção e inércia)

cumprem com os requisitos do projeto


29

Fig.15 – Vista de um equipamento de Jet Grouting durante o processo de execução

Fig.16 – Vista de uma coluna de jet – solo-cimento


30

Fig.17 – Vista de uma coluna de jet – solo-cimento em solução de realçamento de um edifício

Por fim é de frisar que esta solução geotécnica, alem de ser uma variante às

estacas de fundação, também tem a vantagem de poder ser utilizada como

soluções de impermeabilização, injeção, tampões de fundo e outras aplicações

em casos de obras cujas intervenções geotécnicas se revelam muito exigentes.


31

3.3. Obras de Injeções a baixa pressão - impermeabilizações de Solos

Referem-se ao conjunto de intervenções que são feitas em vários cenários

geológicos cujos principais objetivos são:

Reforço da capacidade resistente dos solos, através do incremento dos seus

parâmetros geo-mecanicos (g, f, c), via injeção de caldas de cimento (cimento

+ agua + aditivo), que terão influência no aumento destes mesmos parâmetros.

A título de exemplo, um solo arenoso não consolidado e não saturado (ex. areia

seca), ao receber uma injeção de alta pressão (> 20 Mpa) de uma mistura de

cimento e água, depois de se solidificar passará a ser um solo cuja resistência

será superior à do seu estado inicial. O efeito da calda de cimento na massa do

solo, induzirá um aumento substancial da sua coesão interna e do seu ângulo

de atrito.

Este efeito resultará num solo-cimento cuja resistência será próxima à de uma

massa de cimento ou até superior, devido ao efeito da mistura de areia com o

cimento e agua, em alta pressão.

Estas intervenções são muito úteis em solos cujas características iniciais, não

permitem a execução de obras em condições de estabilidade. Dentre os casos

mais correntes, destacam-se:

Tratamento de taludes nas encostas não consolidadas (autoestradas,

linhas de ferro…)

Tratamento de entradas/saídas de túneis (zonas descomprimidas);

Tratamento de maciços rochosos de matriz fragmentada e/ou fraturada.

("selagem" das rochas);

Tratamento das barragens (impermeabilização da base…);

Tratamento de estruturas antigas em estado de degradação

(monumentos, obras de artes…).


32

Fig.18 – Trabalhos de Injeção - Barragem

3.4 Monitorização e Georreferenciação Geotécnica

Durante e depois da construção de obras de grandes impactos geotécnicos,

nomeadamente estações de metro, estações de comboio, aeroportos, portos

marítimos, prédios urbanos, entre outros, é sempre recomendável que se

elabore um Plano de Monitorização e Acompanhamento, a fim de poder seguir

o seu comportamento no tempo da sua vida útil.

É necessário que os projetistas e engenheiros de produção, tenham respostas

contínuas sobre o comportamento de vários parâmetros da estrutura e também

dos solos, sobre os quais a estrutura exerce e recebe ações.

Dentre os vários parâmetros que devem ser monitorizados, destacam-se os mais

correntes:


33

Deslocamentos (x, y) e Assentamentos (z)

Evolução dos deslocamentos (assentamentos totais e diferenciais), no plano e

no espaço, do conjunto dos pontos referenciados e identificados na estrutura do

edifício / infraestrutura (fundações).

Para tal faz-se uso dos instrumentos topográficos alvos, prismas,

extensómetros, instrumentos geotécnicos (inclinómetros), que permitem a

medição ao longo do tempo, dos deslocamentos e assentamentos das

estruturas.

Estas medições devem ser representadas num sistema de coordenadas (x, y,

z), que permite a leitura tridimensional do movimento. Para uma melhor

compreensão dos fenómenos de assentamento, pode-se recorrer a programas

de reconstituição dinâmica destes movimentos, ajudando assim a determinar a

sua tendência a curto e médio prazo (estabilização ou continuação).

Estas informações permitem aferir as condições de estabilidade local e do

conjunto, das edificações. E sobretudo, permitem antecipar eventuais

comportamentos não desejáveis da estrutura, assim como definir planos de

intervenção.


34

Alvo Prisma

Inclinómetros

Fig.19 – Teodolito – Alvo e Mira

Nível Freático

Para estudo da evolução do nível freático, face a um referencial de base,

instalam-se pontos de medição denominados Piezómetros. Estes pontos

(micro-poços) consistem em furos entubados de diâmetros normalizados, que

permitem a medição do nível de água, através de um medidor padrão próprio

(sonda).

Em obras próximas do mar ou sob influência de um aquífero, a medição do nível

freático é uma necessidade primordial. Os efeitos da variação do nível do mar,

sobre uma dada estrutura, podem ser adversos a sua estabilidade, na medida

em que interfere quer com a resistência dos elementos estruturais (efeito de

pressão hidrostática, Pw), como também com a variação dos parâmetros dos

solos (coesão, angulo de atrito e peso volúmico), que constituem os principais

parâmetros de calculo que serviram para o dimensionamento da estrutura.


35

Estes efeitos, podem gerar tensões cíclicas (pressão / descompressão), que ao

longo do tempo, poderão vir a ser causas de instabilidade e ou anomalias.

Fig.20 – Piezómetro

Tensões nas ancoragens – células de carga

Medida da evolução das tensões (ou força) dos elementos de pré-esforços

instalados na estrutura da contenção – células de carga.

Estes instrumentos permitem aferir as cargas a que as contenções estão a ser

submetidas num dado ponto. Por regra, as células de carga, são aparelhos

eletromagnéticos (ou células elétricas), que convertem as pressões instaladas

nas ancoragens em leituras diretas num manómetro (bar ou Kpa).

A importância das leituras das células, é de aferir se os pressupostos

de deformações e alongamentos dos elementos de ancoragens (cabos de pré-

esforço) estão conforme o previsto em fase de projeto. Esta informação permite

ao projetista/direção de obra, tomar a decisão mais adequada a fim de ajustar


36

as tensões instaladas nestes elementos, de forma a melhorar o comportamento

global do sistema de contenção.

Em resumo, o controlo dos parâmetros acima descritos (deslocamentos – nível

freático – tensões), permite aos intervenientes da obra estimar com elevado

grau de precisão, o comportamento global de uma estrutura geotécnica e prever

as ações preventivas ou corretivas, mais adequadas para cada situação.

É de referir que as obras geotécnicas por estarem em permanente contacto com

os solos, portanto submetidas a variações de estados, devem ser sempre

monitoradas durante e após estarem concluídas.

Nas obras com sistemas provisórios (escavações, contenções provisórias),

recomenda-se leituras durante pelo menos 24 meses (sistemas provisórios). Nas

obras definitivas, como o caso de tuneis, estações de metro, barragens, caves

enterradas, viadutos entre outros (sistemas definitivos) o monitoramento deve

ser continua e durante toda a vida útil da obra.

Fig.20 – Célula de carga


37

Conclusão

Conforme anunciado em introdução, o presente documento é um exercício de

memória e de contribuição para o permanente debate sobre o desenvolvimento

do conhecimento da geotecnia e das soluções geotécnicas mais usuais,

empregues em obras desta especialidade, na cidade de Luanda.

As imprecisões e eventuais omissões devem ser alvo de críticas, a fim de

melhorar a qualidade deste documento e das próximas publicações.

Luanda, Maio 2016

Ireneu Vaz, Eng.º Civil


38

Obras Geotécnicas Participadas – Luanda - Angola (Tecnasol 2007 - 2011)

Empreendimento Comandante Gika – Luanda zona ZG2

Edifício A.A.A – Praia do Bispo – ZG1

Edifício Baia – Largo Ambiente – ZG1

Edifício Largo de Ambiente – ZG1

Edifício Mutamba – ZG1

Edifício Besa – ZG1 / ZG2

Edifício Luanda Plaza – ZG2

Edifício KN 10 – ZG2

Edifício Teta Lando – ZG2

Edifício Luanda Medical Center – ZG1 / ZG2

…

Referência a Sites de consulta

http://www.elevogroup.com/pt/empresa/tecnasol/

http://jsj.pt/

http://www.fi.ubiobio.cl/civil/?q=AreaGeotecnia

http://www.deepfoundations.ca/

http://www.planete-tp.com/fondations-sur-pieux-r241.html

http://www.elevogroup.com/pt/empresa/tecnasol/

http://jsj.pt/

http://www.fi.ubiobio.cl/civil/?q=AreaGeotecnia

http://www.deepfoundations.ca/

http://www.planete-tp.com/fondations-sur-pieux-r241.html

sintese geotÉcnica - cidade de luanda

Engineering