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ESCAVAÇÃO PARA SUBSOLOS EM EDIFICAÇÕES URBANAS
Eng. Frederico F.Falconi - Zaclis Falconi e Engenheiros Associados s/s ltda. Eng. Maíra da Silva Santos- Zaclis Falconi e Engenheiros Associados s/s ltda. Eng. Marianna Dias - Zaclis Falconi e Engenheiros Associados s/s ltda. Eng. Renata Tossunian - Zaclis Falconi e Engenheiros Associados s/s ltda.
INTRODUÇÃO
A construção de edifícios de porte em São Paulo inicia-se no final da década de 20, com a construção do Edifício Martinelli, marco e primeiro arranha-céu da cidade. De lá para cá muita coisa mudou, principalmente após a industrialização no final da década de 50, quando o automóvel passou a fazer parte da paisagem da cidade. Os primeiros edifícios sequer garagens tinham, visto como desnecessárias na ocasião. Inicialmente passou-se a construir edifícios com apenas um subsolo e escavações não superiores a 3m. Avançou-se em seguida para dois subsolos, com escavações da ordem de 5m seguindo-se escavações para 3, 4 ou 5 subsolos, mais comuns nos dias de hoje, tendo em vista o papel de importância que o automóvel tem na sociedade atual. Garagens subterrâneas são equipamentos urbanos absolutamente indispensáveis, mas que se restringiram a poucas. Atualmente escavações para até 7 subsolos são projetados e executados com segurança. O objetivo do presente trabalho é mostrar a evolução dos sistemas e técnicas construtivas, o acompanhamento e o cuidado necessário para diminuição de riscos e bom desempenho na execução das escavações.
HISTÓRICO
Começamos esta história por um edifício marcante em São Paulo: o Edifício Martinelli. Encravado entre as Ruas Libero Badaró e São Bento, o desnível foi vencido com a execução de escoramento de madeira, como se vê na foto, para permitir a concretagem das sapatas da fundação do prédio. Este prédio desafio na época pela altura e dificuldade executiva foi construído na década de 20.
Figura 1. Prova de carga – Ed. Martinelli. Figura 2. Detalhe dos escoramentos.
Figura 3. Detalhe da armação da sapata Figura 4. Vista geral da escavação
Evidente que à época o número de carros era muito pequeno e não existia indústria. Mesmo após a industrialização os carros eram bens acessíveis a poucos e na década de 60 existia apenas um veículo por família. Assim, os primeiros edifícios tinham apenas umas poucas garagens no térreo, como é comum, ver-se em São Paulo, no bairro de Higienópolis, por exemplo.
Quando se iniciou a construção de subsolo, a execução era muito simples, como mostrado a seguir:
Figura 5. Detalhe de escavação utilizada para 1 subsolo na década de 60.
Figura 6. Detalhe de abertura em cachimbos
O maior problema desta execução consistia na execução das periferias das edificações. A execução parcializada com abertura de cachimbos eliminava a necessidade de sistemas de escoramento, porém a execução era trabalhosa e complicada.
Figura 9. Exemplo 1 – Planta de escavação
Figura 10. Exemplo 1 - Seqüência executiva.
Figura 11. Exemplo 1 – Corte
Figura 12. Exemplo 1 – Corte
0,
-13,
-10,
-7,
Figura 15. Exemplo 2 – Trecho em planta
Figura 16. Exemplo 2 – Corte.
Figura 17. Exemplo 2- Detalhe executivo Figura 18. Exemplo 2 – Detalhe executivo
A alternativa do método direto com a utilização de tirantes e escavação total da obra não era usual como nos dias de hoje. Entretanto algumas obras, dadas condições peculiares exigiam esta solução. Foi o caso da ampliação do Instituto do Coração, o Incor IV, na Avenida Dr. Enéas Carvalho de Aguiar em São Paulo, talvez a maior escavação urbana para edificações em São Paulo. A partir do Hospital Emílio Ribas na cota +16, o 4º. Subsolo do edifício alcançou a cota -14, ou seja, 30m de escavação, com a particularidade de um trecho em curva. O projeto foi elaborado com uma cortina atirantada e concreto projetado até a cota 0 e, a partir daí uma parede diafragma com 22m de profundidade e tirantes.
Figura 19. Incor – Seqüência executiva.
Figura 22. Incor – Corte da parede diafragma.
Figura 23. Incor – Estudo de interferências de tirantes – vista em planta
Figura 24. Incor – Vista geral em planta
Figura 25. Fase do Incor IV (^) Figura 26. Fase final da escavação com parte da estrutura executada.
Recentemente dois edifícios no Rio de Janeiro tiveram escavações de 40m suportadas por solo grampeado para atingir a cota de implantação. Este artigo está publicado no IV Seminário de Engenharia Geotécnica do Rio Grande do Sul, 2007. Abaixo uma foto da obra para se ter uma idéia da grandeza envolvida. Dado seu porte a obra foi instrumentada e objeto de teses e artigos técnicos.
Figura 27. (Sayão, 2007) Figura 28 (Sayão, 2007).
A mais recente grande escavação em São Paulo é um edifício na zona sul com 6 subsolos (18 m de desnível), como mostrado nas figuras 29 a 32abaixo.
Figura 29. (Cepollina, 2008) Figura 30. (Cepollina, 2008)
DESEMPENHO
“... o acervo que se dispõe sobre desempenho de estruturas de contenção é muito reduzido... A ausência de inovações parece revelar uma tendência mundial de aceitação do presente estado atual da arte. Tal conformismo parece estar ligado a uma tendência geral de menores demandas de infra-estrutura. Qualquer retomada de investimentos no setor deverá motivar desenvolvimento no projeto e construção de estruturas de contenção mais econômicas, em conformidade com economias carentes de recursos públicos. Isto dará novamente ímpeto à instrumentação de controle como elemento essencial a otimizações e desenvolvimentos.” (Ranzini, Negro 1996).
Para se falar em desempenho de estruturas de contenção associadas a construção de subsolos em edificações em áreas urbanas, deve-se começar pelo projeto, porém não é objetivo deste trabalho desenvolver o tema projeto, enfocando mais o tema controle e desempenho com algumas poucas considerações de ordem prática. Um bom projeto deve atender às condições de segurança contra a ruptura da estrutura de contenção e provocar mínimos danos aos vizinhos e áreas lindeiras. Alguns dados são essenciais para a elaboração do projeto, tais como, a investigação geotécnica do terreno a ser escavado, o levantamento plani-altimétrico e cadastral das áreas vizinhas, a investigação sobre as fundações e condições gerais das edificações vizinhas, em especial os de grande porte e, naturalmente os esforços atuantes na contenção. O projeto de escavação deve estabelecer o carregamento, verificar a estabilidade e garantir a segurança da estrutura em todas as fases construtivas da obra, considerando os efeitos nas edificações vizinhas. O acompanhamento da obra pelo projetista é fundamental para o bom desempenho da estrutura de contenção. A observação dos dados da instrumentação, quando houver, ensaios nos elementos de ancoragem, controle de fissuras, etc. pode garantir medidas corretivas com a mudança da seqüência construtiva, da escavação e até adição de elementos de ancoragem, se necessário, para se obter desempenho satisfatório. Além dos dados acima é de extrema importância, o que não é usualmente feito, a instrumentação da obra. Tal instrumentação constituída de medição dos deslocamentos verticais das edificações vizinhas e dos deslocamentos horizontais da parede, da piezometria, da carga nos tirantes, quando for o caso, etc. traz enormes benefícios no desenvolvimento de novos projetos. O controle de recalques de fundação de edificações próximas e julgadas importantes, por exemplo, uma edificação de porte sobre fundação superficial em cota superior a da escavação, deve ser feito através da instalação de pinos de controle em pilares referidos a um marco de referência profundo. Deve-se atentar que o valor absoluto do recalque e sua evolução com o tempo, isoladamente, não é indicativo seguro, como mostrado a seguir:
Tabela 1. Exemplo de leituras de recalque.
Figura 34. Gráfico de recalque x tempo.
Mais importante é a velocidade dos recalques (mm/dia ou μ/dia) que indica a tendência de deslocamentos, como mostrado na figura abaixo. As leituras devem ser periódicas e de acordo com a necessidade da obra ou em etapas importantes dela.
Figura 35. Gráfico de recalque x tempo.
Figura 36. Planilhas e gráficos com leitura periódica de verticalidade realizada com aparelho topográfico de precisão.
O controle de fissuras e sua evolução ou estabilização é usual. A classificação de danos, em função da espessura das fissuras é indicada na tabela a seguir (Burland et al, 1977)
Tabela 3. Classificação dos danos.
CLASSE
DOS
DANOS
DESCRIÇÃO DOS DANOS LARGURA
APROXIMADA
DAS TRINCAS
(MM)
LIMITE DE
DEFORMAÇÃO
POR TRAÇÃO (%)
Desprezíveis Trincas capilares < 0,1 0 – 0,
Muito pequenos
Trincas estreitas de fácil reparo. Trincas na alvenaria externa, visíveis sob inspeção detalhada.
Pequenos Trincas facilmente preenchidas. Várias fraturas pequenas no interior da edificação. Trincas externas visíveis e sujeitas à infiltração. Portas e janelas emperrando um pouco nas esquadrias.
Moderados O fechamento das trincas requer significativo preenchimento. Talvez seja necessária a substituição de pequenas áreas de alvenaria externa. Portas e janelas emperradas. Redes de utilidade podem estar interrompidas.
5 a 15 ou várias trincas com mais de 3 mm
Severos Necessidade de reparos envolvendo remoção de pedaços de parede, especialmente sobre portas e janelas. Esquadrias de portas e janelas bastante fora de esquadro. Paredes fora do prumo, com eventual deslocamento de vigas de suporte. Utilidades interrompidas
15 a 25 e também em função do número de trincas
Muito Severos
Reparos significativos envolvendo reconstrução parcial ou total. Paredes requerem escoramento. Janelas quebradas. Perigo de instabilidade.
Usualmente > 25, mas depende do número de trincas.
A experiência inglesa é indicada na tabela a seguir:
Tabela 4. Classificação de danos – experiência inglesa (apud Thornburn e Hutchinson, 1985)
ABERTURA GRAU DE DANO DE FISSURA (MM)
RESIDENCIAL COMERCIAL
OU PÚBLICO
INDUSTRIAL
EFEITO NA
ESTRUTURA E USO
DA EDIFICAÇÃO
< 0,1 Insignificante Insignificante Insignificante Nenhum
0,1 a 0,3 Muito leve Muito leve Insignificante Nenhum
0,3 a 1 Leve Leve Muito leve Estético apenas
1 a 2 Leve a moderado Leve a moderado
Muito leve Estético. Acelera efeitos da ação climática externa
2 a 5 Moderado Moderado Leve
5 a 15 Moderado a severo
Moderado a severo
Moderado
15 a 25 Severo a muito severo
Severo a muito severo
Severo a muito severo
O uso da edificação será afetado; valores no limite superior podem por em risco a estabilidade.
55255222 Muito^ severo^ a perigoso
Severo a perigoso
Severo a perigoso
Cresce o risco da estrutura tornar-se perigosa
