ESTRUTURA DE CONTENÇÃO EM SOLO GRAMPEADO: …

IV EREECJoão Pessoa - PB

19 a 21 de setembro de 2017

ESTRUTURA DE CONTENÇÃO EM SOLO GRAMPEADO: ESTUDO DE CASO EM JOÃO PESSOA

Bruno Brilhante Medeiros ([email protected])Thiago Batista Medeiros ([email protected])

Wilson Cartaxo Soares ([email protected])

Resumo: O sistema de Solo Grampeado é uma técnica de contenção aplicada em solos coesivos com o intuito de estabilizar o empuxo de terra gerado por um talude existente ou escavado. Entre as vantagens deste método destacam-se a adaptação em terrenos de geometrias variáveis, sua rapidez executiva e a possibilidade de se utilizar máquinas de pequeno porte. Sua estrutura tem um grande aproveitamento de área por apresentar uma parede de contenção com espessura em torno de 10 cm, o que maximiza a economia de materiais e minimiza a agressão ao meio ambiente, tornando-se uma solução sustentável. Sua aplicação tem bons resultados na cidade de João Pessoa em taludes de escavação com profundidade acima de 10 m. Este artigo apresenta um estudo de caso em uma edifi cação comercial, localizada na unidade geológica do grupo de Formação Barreiras. Trata-se de uma das maiores contenções, em termos de profundidade, utilizando o Solo Grampeado na capital paraibana, em que se estabilizou um talude de escavação com até 12,50 m. Foi avaliada sua aplicação, apresentado os métodos construtivos, materiais utilizados, vantagens e desvantagens, modelos de dimensionamento, considerações de projeto e particularidades no entorno da obra.Palavras-chave: Solo grampeado. Contenção. João Pessoa.

Abstract: The Soil Nailing system is a containment technique applied to cohesive soils with the purpose of stabilizing the moviment of land generated by slope existing or excavated. The main advantages of this method include are the adaptation in terrains of variable geometries, its executive speed and the possibility of using small machines. Its structure has a great area utilization because it presents a wall of containment with thickness around 10 cm, which maximizes the saving of materials and minimizes the aggression to the environment, becoming a sustainable solution. Its application has had good results in the city of João Pessoa on slopes excavated with depths over 10 m. This paper presents a study in a commercial building located in the geological unit of the Barreiras Formation group. This is one of the largest containment, in terms of depth, using the Stapled Soil in the capital of Paraíba, which has been stabilized an excavation slope with up to 12.50 m. It was evaluated the application of the thecnique, presenting the construction methods, materials used, advantages and disadvantages, dimensioning models, project considerations and particularities in the building site.Keywords: Soil nailing. Containment. João Pessoa.

INTRODUÇÃO

Devido ao crescimento desordenado dos grandes centros urbanos, causando a redução do espaço físico nas cidades, as obras de contenção estão cada vez mais frequentes na construção civil, pois proporcionam gran-de aproveitamento de área e segurança à vizinhos, sejam contenções relacionadas a taludes já existentes ou de escavação em obras subterrâneas. Porém, a grande variedade de métodos, como, muros de arrimo, estacas em balanço, tirantes ancorados e solo grampeado, geram dúvidas em relação à escolha do processo mais apropria-do a ser utilizado, pois cada um apresenta suas vantagens.

Diante da necessidade de técnicas para combater o empuxo de terra proveniente da escavação de taludes, principalmente em obras que apresentam subsolos e são acompanhadas de edifi cações vizinhas, destaca-se o método de contenção em solo grampeado. Este método vem ganhando mercado no Brasil por ser uma técnica rápida, simples e econômica, apesar de ter algumas restrições. Pode-se ainda aumentar os benefícios da técni-

Revista FENEC - 1(2): 312-322, setembro, 2017 312


Bruno B. M.; Thiago B. M.; Wilson C. S. Estrutura de contenção em solo grampeado: estudo de caso em João Pessoa.

ca quando associada a um revestimento flexível com geomanta reforçada, substituindo o concreto projetado, tornando-se uma solução sustentável[1].

Através da combinação de rapidez, simplicidade de execução e baixo custo, o solo grampeado tornou-se uma tendência nacional, sobretudo na cidade de João Pessoa, onde foi introduzida por volta dos anos 90, e des-de então, apresenta ótimos resultados. Atualmente é um dos métodos mais utilizados na referida cidade para obras do tipo e um dos fatores que contribui para seu crescimento é a capital paraibana apresentar, em grande parte de sua área, um solo de características compatíveis.

Logo, faz-se necessário, através de estudo de caso e pesquisa bibliográfica, a exposição das vantagens, desvantagens, processos executivos, modelos de dimensionamento, parâmetros de projeto e características da execução da contenção em solo grampeado, que até então não existe nenhuma norma específica da ABNT (As-sociação Brasileira de Normas Técnicas).

Este estudo trata-se de uma análise em um caso de contenção em solo grampeado na cidade de João Pes-soa. É um business center, localizado em uma das principais avenidas da capital, com quatro subsolos de esta-cionamento, chegando a um talude com até 12,5 m.

1. SOLO GRAMPEADO

Por volta de 1950, devido a exploração de minérios na França, Alemanha e Áustria, houve um gran-de crescimento na aplicação de ancoragens curtas para estabilização rápida na escavação de túneis, o NATM, “New Austrian Tunneling Method”, técnica desenvolvida pelo professor Ladislau von Rabcewicz que deu ori-gem ao Solo Grampeado. A estabilidade da estrutura era garantida com a aplicação, após a escavação, de um revestimento flexível de concreto projetado, tela metálica e chumbadores curtos radiais na zona plástica, con-trolando as deformações da cavidade[2].

O solo grampeado consiste na estabilização de taludes, podendo estes serem naturais ou de escavações, realizada através da inserção de reforços no maciço de solo, geralmente associada a um revestimento de con-creto armado com tela de aço eletrossoldada ou fibras de aço na face do talude, a estrutura também é caracte-rizada por ser de duração rápida, temporária ou permanente[2].

As etapas de execução do solo grampeado consistem basicamente em escavar, aplicar os chumbadores e revestir a face do talude (Figura 1-A). A primeira etapa, quando não se encontra em talude natural, é a escava-ção, geralmente feita em camadas de 1 a 2 metros de profundidade, em seguida são executados furos com 3” de diâmetro na face do talude. Após a perfuração, aplica-se a injeção da calda de cimento a baixas pressões e são inseridas as barras de aço com comprimentos variáveis e diâmetro entre 10 e 25 mm (Figura 1-B). Por fim, é feito o revestimento de concreto armado, que pode ser projetado ou através de painéis de fôrma, associados a uma armadura de tela eletrossoldada ou fibras metálicas[3].

Figura 1. Etapas executivas do Solo Grampeado (A); detalhes do chumbador (B)

Fonte: Zirlis (1999).



A rapidez executiva e sua adaptação a geometrias e situações variáveis são algumas das vantagens deste método, como também, a possibilidade de se utilizar máquinas de pequeno porte e fácil mobilização, sem de-pender de ensaios e paralisações para aguardar a cura do concreto, tornando-se um serviço contínuo. Por outro lado, a técnica necessita que o talude escavado entre uma camada e outra permaneça estável por algumas horas até que sejam executados os serviços pertinentes e não é aconselhável sua aplicação caso haja forte presença do lençol freático, uma vez que provavelmente ocorrerão frequentes instabilizações localizadas, dificultando a aplicação do revestimento de concreto[2].

2. ESTUDO DE CASO

Este estudo de caso apresenta uma aplicação do Solo Grampeado, no município de João Pessoa, proje-tado para conter o empuxo de terra gerado na escavação de 4 pavimentos no subsolo de um edifício, chegando a uma altura escavada de 12,5 m. A contenção de 2440 m² de parede foi iniciada em março de 2015 e conclu-ída em março de 2016.

O empreendimento trata-se de um empresarial de alto padrão com sete pavimentos de estacionamento, sendo 4 subsolos (Figura 2-A) e 3 elevados, 318 vagas de garagem e 31 lajes com aproximadamente 160 sa-las. Entre as oito paredes de contenção que ocupam a periferia do terreno, uma apresenta berma de apoio (Fi-gura 2-B).

Figura 2. Esquema estrutural (A); planta baixa do terreno (B)

Fonte: Acervo da obra (2015).

2.1 Geologia local

O município de João Pessoa está contido no contexto geológico da Bacia Sedimentar Pernambuco-Pa-raíba, no qual apresenta mais de 70% de seu território ocupado pelo grupo de Formação Barreiras[4]. Essa uni-dade tem como característica um solo coeso com presença de argila, sendo adequada para a aplicação do Solo Grampeado.

O Standard Penetration Test (SPT), capaz de determinar os tipos de solo por camada, localizar o nível d’água e estabelecer os índices de resistência a penetração (NSPT) a cada metro de profundidade[5], foi o tipo de investigação geotécnica utilizada na obra (Figura 3).



Figura 3. Perfil Geotécnico do terreno


2.2 Projeto da contenção

De acordo com[6], para o dimensionamento de uma contenção em Solo Grampeado, existem alguns cri-térios que devem ser considerados:

y Os comprimentos resistentes dos chumbadores devem se estender além da superfície potencial de ruptura com fator de segurança FS=1, e até, no mínimo, a superfície que apresente fator de segurança à ruptura FS=1,5, pois é atrás da região ativa que se inicia o trabalho dos mesmos (Figura 4);

y Os grampos são instalados sub-horizontalmente e cada um cobre de 1 m² a 2,5 m² de área na face do talude;

y A armadura do chumbador será calculada admitindo-se que a mesma poderá sofrer corrosão, visto que haverá fissuração da argamassa quando o chumbador trabalhar. Para levar em conta este efeito a área de cálculo resistente será aquela resultante após se descontar 1,5 mm de toda a superfície do chumbador em con-tato com o solo.



Figura 4. Fator de segurança para comprimento dos chumbadores

Fonte: Falconi e Alonso (1996).

Segundo[7], os softwares utilizados no dimensionamento de contenções estão gradualmente ganhando espaço em escritórios de projeto e instituições de pesquisa em geotecnia. O GeoStudio 2007, trata-se de um software muito utilizado no Brasil para o dimensionamento de estruturas em Solo Grampeado, entre seus mó-dulos destacam-se o Sigma e o Slope, que permitem, respectivamente, fazer o estudo da estabilidade por equilí-brio limite e o estudo da tensão deformação em condições de estado plano e axissimétrico, possibilitando ainda o acoplamento dos dois módulos.

A armadura longitudinal da contenção em solo grampeado deste estudo de caso é composta por barras de aço CA 50 com diâmetro de 16 mm e comprimento variável de 4 a 12 m, pintadas com tinta anticorrosiva, posicionadas com centralizadores do tipo carambola dentro de um furo com 3” de diâmetro, sendo este preen-chido por uma calda de cimento (fator de água/cimento ≥0 ,5) e inclinado a 10º negativos. Devido a presença de um solo arenoso na primeira camada (visto na Figura 3), aplicou-se a reinjeção da calda de cimento através de uma mangueira nos chumbadores desta região, aumentando a pressão no furo (Figura 5).

A parede de contenção tem 10 cm de espessura, feita de concreto armado com tela de aço eletrossolda-da e resistência a compressão de 20Mpa, equipada com drenos horizontais, do tipo barbacã e drenos verticais de paramento fibroquímicos.

Figura 5. Seção típica do projeto




2.3 Execução da contenção

O terreno foi totalmente limpo e planeado, retirou-se todos os muros sobre o local da contenção, apro-veitando ao máximo os limites de periferia. Realizou-se vistorias nos imóveis vizinhos e nas concessionárias de energia, água, esgoto, gás e telefone, sobre possíveis instalações subterrâneas, visando desviar os chumba-dores destas. A escavadeira hidráulica efetuou um primeiro corte no terreno (“corte grosso”), deixando uma berma de apoio, sacando no mínimo 50 cm do terreno vizinho, para garantir a estabilidade do mesmo.

Executaram-se os furos mediante o emprego de uma perfuratriz hidráulica (Figura 6-A), variando a lo-cação e o comprimento de acordo com o projeto. Após a realização dos furos, efetuou-se o enchimento destes com a nata de cimento (A/C ≥ 0,5). As pontas das barras foram dobradas, distribuíram-se espaçadores na mes-ma e foram pintadas com tinta epóxi (Figura 6-B). Após confeccionadas, as barras foram aplicadas e foi fei-to um segundo enchimento com a nata, garantindo o preenchimento de todos os vazios no furo (Figura 6-C).

Figura 6. Execução dos furos (A); confecção das barras (B); calda de cimento aplicada nos chumbadores (C)


Depois da execução dos chumbadores, iniciou-se o corte fino das bermas por meio de um martelete com ponteiro tipo talhadeira ou picareta (Figura 7-A). Posteriormente, realizou-se o corte final com chibanca, ga-rantindo planeamento e prumo, assegurando a espessura da parede (Figura 7-B). Após o corte fino, fez-se a co-locação dos drenos verticais e das telas eletrosoldadas com espaçadores, fixando-as nas viradas das barras de aço que foram inseridas, garantindo a ancoragem no centro da parede (Figura 7-C).

Figura 7. Corte com martelete (A); planeamento da face com chibanca (B); aplicação dos drenos e da tela (C)




Os painéis de fôrmas foram posicionados e escorados de maneira a combater o deslocamento gerado na concretagem, garantindo o prumo e a espessura da parede. A aplicação do concreto no interior das fôrmas foi feita a partir da abertura de “janelas” (Figura 8-A), utilizando o martelete, para permitir a entrada do mangote e do vibrador. O concreto apresentava um slump que permitia fluidez no interior das fôrmas, evitando “bichei-ras”. A desforma era realizada no dia posterior a concretagem, para que pudesse retomar o ciclo (Figura 8-B). O acabamento na junção das camadas era feito com massa forte (traço 1:3), colocando-se os barbacãs, quando solicitado em projeto (Figura 8-C).

Figura 8. Aplicação das fôrmas (A); Desforma (B); Acabamento (C)


2.4 Detalhes executivos

A escavação foi feita através de uma escavadeira hidráulica de esteiras, por se adaptar as diversas situ-ações de terreno. Se providenciava a disponibilidade de caminhões caçamba para retirar o material escavado, imediatamente após a realização do corte, evitando acúmulo (Figura 9-A). O canteiro de obras foi modificado várias vezes, uma vez que eram executados painéis em camadas de níveis diferentes de modo que não faltasse frente de serviço para a perfuratriz (Figura 9-B). Eram deixados trechos próximos a parede de contenção, com espaço suficiente para se executar os serviços necessários, enquanto retirava-se o material escavado no centro da obra, evitando qualquer frente ociosa (Figura 9-B).

Figura 9. Retirada do material (A); serviços em camadas diferentes (B); logística da escavação (C)




Devido a presença de uma edificação vizinha, gerando uma sobrecarga no trecho da parede oeste, fez--se necessária a criação de uma berma para apoiar a estrutura (Figura 10-A), diminuindo assim a altura linear de corte e suportando o esforço existente. A berma foi aproveitada para estocagem de material, maximizando o espaço no canteiro (Figura 10-B), e sua execução foi feita de modo a não ultrapassar a cota de arrasamento de projeto, evitando um possível reaterro, pois para dimensionamento da fundação existente, o projetista adotou o solo em seu estado natural (Figura 10-C).

Figura 10. Berma de apoio (A); estocagem do material (B); sapatas da berma (C)


Quando se concluiu as demais paredes de contenção, foi necessário o deslocamento do material que constituía a rampa de acesso principal da obra (Figura 11-A), para abrir frente de serviço, logo, contou-se com uma escada e mini grua para o acesso provisório de pessoas e materiais (Figura 11-B). Devido ao tráfego in-tenso de máquinas e caminhões no local da rampa, retirando o material escavado, o solo foi excessivamente compactado, alterando o empolamento e gerando uma quantidade inesperada de material (Figura 11-C).

Figura 11. Deslocamento da rampa (A); escada e mini grua (B); material da rampa (C)


Para retirada final do material escavado, fez-se necessário o uso de 2 escavadeiras, devido a máquina com o maior braço disponível na região, não atingir a cota final de escavação, chegando ao ponto da escava-deira que ficava na parte inferior do talude, colocar o material na concha da que ficava na parte superior (Fi-gura 12-A). Após concluída a limpeza e o planeamento geral do terreno (Figura 12-B), a escavadeira que ficou dentro da obra teve que ser retirada através de um guindaste (Figura 12-C).



Figura 12. Retirada final do material (A); contenção concluída (B); retirada da escavadeira (C)


Verificou-se o prumo da parede de contenção nos locais onde havia pilares de periferia para que não houvesse nenhuma interferência durante a execução da estrutura. Também foram verificados os prumos, com arame, nas situações que apresentavam uma variação visualmente notável (Figura 13-A-B). Devido ao solo ser mais solto nas primeiras camadas, como visto anteriormente na sondagem (Figura 3), a fôrma se deslocava fa-cilmente durante a concretagem, além disso, a aderência do concreto entre as diferentes camadas era irregular, a ponto de criar uma saliência na junção desses painéis.

A fim de garantir o máximo de espaço possível para os estacionamentos nos subsolos, os pilares foram desalinhados uns com os outros, acompanhando a distância de 5 cm da pior situação encontrada no prumo, e as vigas foram ligadas de pilar para pilar, travando simultaneamente com a contenção (Figura 13-C).

Figura 13. Conferência do prumo (A, B); travamento da contenção na laje (C)


A parede de solo grampeado tratava-se de uma estrutura provisória, sendo necessária apenas para que pudessem ser executados os 4 pavimentos de estacionamento no subsolo e o térreo. Após a conclusão dessas lajes, sua função se tornou irrelevante, pois o travamento das vigas de periferia com a contenção passou a ga-rantir a estabilidade do pórtico.

O cronograma inicial para concluir totalmente a contenção, com a retirada do material escavado, foi de 12 meses, e o mesmo foi atingido.

A equipe operária responsável pela execução dos chumbadores era composta por 2 homens, que reali-zavam em média 1300 m de furo por mês. Para se executar os demais serviços da contenção, contava-se com uma equipe composta por 2 carpinteiros, 1 armador, 15 serventes, 1 betoneiro e 1 pedreiro, sendo estes coorde-



nados por 1 engenheiro civil e 1 técnico em edificações. Concluía-se em média 220 metros lineares em painéis de contenção, com cerca de 1,5 m de altura, por mês. Eram retirados 3700 m³ de material escavado a cada 30 dias utilizando uma escavadeira hidráulica.

3. METODOLOGIA

A realização deste estudo foi efetuada no município de João Pessoa, capital do estado da Paraíba. Ocor-reu em abril de 2015 a maio de 2017. O estudo foi cometido em um Business Center, com 4 pavimentos de subsolo, localizada na Av. Presidente Epitácio Pessoa em um bairro na Zona Norte da cidade. Elaborou-se um “checklist” responsável por questionar e descrever os procedimentos da execução.

Foram coletados dados por meio de diálogos com a equipe técnica da obra, através de anotações e ob-servações no local. Utilizou-se registros fotográficos, visitas técnicas, consulta de documentos, sondagens do solo e principalmente o projeto de contenção, arquitetura e estrutura. Para a elaboração da Fundamentação Te-órica deste trabalho foram consultados livros, artigos, revistas, trabalhos acadêmicos, manuais técnicos e teses de doutorado e dissertações de mestrado.

CONCLUSÕES

Este trabalho abordou um estudo de caso que avaliou uma das maiores contenções em solo grampeado, em termos de altura, já executada na cidade de João Pessoa. Tratou-se de uma estrutura provisória para con-ter o empuxo do talude escavado de quatro subsolos de estacionamento, até a construção da estrutura destes.

Entre os tipos de contenções disponíveis e mais aplicadas na capital paraibana, o solo grampeado mos-trou-se ser mais viável devido a geologia do local e as exigências arquitetônicas de projeto, sendo uma solu-ção que garantiu perda mínima, de apenas 10 cm de espessura nas periferias do terreno, para construção de sua estrutura. Este tipo de contenção apresentou vantagens tanto no custo, quanto na geometria, comparado com a parede atirantada, método que mais se assemelha com o solo grampeado.

A equipe de arquitetos e engenheiros responsáveis, realizaram debates sobre o tipo de solução escolhi-da, visando que o processo executivo fosse cumprido minunciosamente de acordo com o projeto, analisando as possíveis dificuldades na execução da estrutura de contenção.

A solução atendeu aos requisitos solicitados no projeto arquitetônico, obedecendo às espessuras das pa-redes e assegurando o espaço necessário para vagas de garagem. A estabilidade da estrutura foi absolutamen-te atingida, garantindo a segurança dos vizinhos e dos serviços de escavação e retirada do material escavado, mesmo com a utilização de máquinas pesadas trabalhando próximo a periferia, no topo do talude.

O cronograma inicial foi obedecido, e após a conclusão da contenção, o canteiro de obra ofereceu con-dições para execução das etapas de fundação e estrutura, assim como apresentou eficiência para descarga e es-tocagem de material.

Atualmente a obra está na fase de execução das estruturas, já tendo concluído todo o plano de laje até o térreo, ou seja, a estabilidade provisória da parede de contenção que era garantida por grampos localizados no terreno de vizinhos, agora conta com o travamento das vigas do plano de laje estrutural do edifício.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] SOBRAL, M. L.; SILVA, L. F. M.; FERRETI, P. C. B.; LIMA, L. L.; JUNIOR, P. Revestimento Flexível com Geomanta Reforçada para Solo Grampeado em taludes de Angra dos Reis. CCO - Concurso IGS Br de Casos de Obras, 2012.

[2] ABRAMENTO, Maurício; KOSHIMA, Akira; ZIRLIS, Alberto Casati. Reforço do Terreno. In: HACHI-CH, W. et al. Fundações: teoria e prática. 2. ed. São Paulo: Pini, 1998. cap. 13, p. 641-692.

[3] ZIRLIS, Alberto Casati. Solo Grampeado – Execução. Artigo cientifico - ABMS, São Paulo, 1999.



[4] SOARES, Wilson Cartaxo. Radier Estaqueado com estacas hollow auger em solo arenoso. 302 f. Tese (Doutorado em Geotecnia) – UFPE (Universidade Federal do Pernambuco), 2011, Recife.

[5] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6484: Solo – Sondagens de sim-ples reconhecimento com SPT - Método de ensaio. Rio de Janeiro, 2001.

[6] FALCONI, F. F.; ALONSO, U. R. Considerações sobre o dimensionamento de uma estrutura de contenção em solo grampeado. SEFE III, 1996. São Paulo, p. 301-308.

[7] FRANCO, B. O. M. Uso de sistema computacional em projeto de solo grampeado. 191f. Dissertação (Mes-trado) – Universidade Federal de Ouro Preto, 2010, Ouro Preto.

[8] FRANÇA, F. A. N. Ensaios de arranchamento em solo grampeado executados em laboratório. 123p. Tra-balho de Conclusão de Curso – Dissertação (Mestrado em Geotecnia) – Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, São Carlos, 2007.

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