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Igreja Nossa Senhora dos Navegantes, Parque das Nações:

Fundações Indiretas por Microestacas Cravadas

Micaela Farias Jardim Caetano

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Orientador:

Professor Alexandre da Luz Pinto

Júri

Presidente: Professor Doutor Jaime Alberto dos Santos

Orientador: Professor Alexandre da Luz Pinto

Vogais: Professora Doutora Laura Maria Mello Saraiva Caldeira

Outubro 2014

Agradecimentos

A realização da presente dissertação foi possível graças à colaboração e acompanhamento de vários

intervenientes, aos quais gostaria de expressar os meus agradecimentos.

Em primeiro lugar ao Professor Alexandre Pinto, orientador desta dissertação, agradeço a

oportunidade concedida para a realização da mesma. Expresso o meu agradecimento pela

orientação e disponibilidade sempre revelados, assim como, os conhecimentos transmitidos ao longo

do curso.

Ao Eng.º António Cristóvão, da JetSJ, pela disponibilidade e pelo apoio prestado no esclarecimento

de aspetos do projeto e de etapas da modelação no Plaxis.

À Alves Ribeiro e à Paroquia do Parque das Nações, por cederem o acompanhamento da evolução

da construção da Igreja Nossa Senhora dos Navegantes, a qual serviu para o desenvolvimento desta

dissertação.

Agradeço também ao Eng.º Dário Quintal e à Arq.ª Patrícia Castilho, ambos da Alves Ribeiro, pela

disponibilidade ao acompanhar-me nas visitas à obra, e por esclarecer todas os aspetos de interesse

da mesma.

O agradecimento mais importante dirijo-o à minha família. Agradeço à minha mãe pelos sacrifícios

que fez, sempre com o intuito de me dar as melhores condições para estudar, nunca exigindo nem

pressionando por resultados em troca. De forma especial, agradeço ao meu pai, que infelizmente não

teve a oportunidade de acompanhar o meu percurso académico, mas que é sem dúvida a maior

influência e motivação na engenharia civil.

Agradeço também aos meus irmãos. Ao Eurico pelo apoio e pela motivação, especialmente, na fase

de escrita da presente dissertação. À Marlene por ser incansável comigo, por nunca deixar de me

ouvir, de me apoiar e, essencialmente, por muitas vezes colocar os seus problemas de parte,

pondo-me como prioridade. Por fim, agradeço ao mais novo, José Maria, por estar sempre presente,

pela sua paciência inesgotável e por todos os momentos de alegria que passamos longe de casa.

Quero agradecer aos meus amigos, em primeiro lugar aos que iniciaram este percurso académico

comigo, pelo convívio, horas de estudo e companheirismo. Em especial, à Beatriz, Renata,

André Castelo, André Santos, André Ribeiro e Albano. Em segundo lugar, mas com um enorme

carinho, quero agradecer à Catarina, Letícia, Cristiano, Diogo, Fábio e Ricardo, pois fizeram com que

o estudo, o trabalho e as saudades de casa fossem mais fáceis. Para mim é um prazer fazer parte

deste grupo de engenheiros, com tanto potencial de sucesso.

Ao André Ferreira quero agradecer o companheirismo e todos os bons momentos que partilhamos,

assim como o apoio demonstrado durante o processo de escrita e revisão desta dissertação.

Por fim, agradeço à Vanessa, à Rita e à Sofia pela amizade, pelo apoio, pela alegria e,

essencialmente, pelos momentos de descompressão.

Resumo

A presente dissertação tem por objetivo estudar a solução construtiva por cravação de microestacas

de ferro fundido dúctil, também denominadas por microestacas tipo TRM. Esta técnica construtiva

tem vindo a ganhar expressividade no campo da engenharia geotécnica, quer a nível económico,

quer pela simplicidade do respetivo processo construtivo.

Através da pesquisa bibliográfica tentou-se elucidar as particularidades da solução em estudo, onde

se denota a capacidade de atingir elevadas taxas de instalação por dia, destacando-se de outras

técnicas de fundações indiretas. Esta particularidade é obtida pela conjugação de três fatores:

processo construtivo, geometria dos componentes (união macho-fêmea), e constituinte.

Para ilustrar a aplicabilidade prática das microestacas tipo TRM foi preconizado o acompanhamento

de um caso real, construção da nova Igreja Nossa Senhora dos Navegantes, situada na margem

Norte do rio Tejo. Por condicionamentos de natureza geotécnica, com influência no processo

construtivo, a solução sofreu, em fase de obra, alterações o que levou à execução de um ensaio de

carga estático, cujos resultados comprovaram o adequado comportamento da solução.

Aquando do acompanhamento do caso de estudo foi realizado uma retroanálise com base nos

resultados do ensaio de carga estático. A retroanálise mostra-se um processo iterativo, que abrangeu

muitos fatores, desde parâmetros geotécnicos, à descrição do processo construtivo. De todo o modo,

a retroanálise permite antecipar o comportamento da solução e antever o comportamento da mesma

face à eventual rotura da camada de lumachélica localizada à cota da base das microestacas.

Por fim, são feitas algumas conclusões gerais sobre a presente dissertação e são apresentadas

sugestões para desenvolvimentos futuros.

Palavras chave:

microestaca tipo TRM, ferro fundido dúctil, cravação, retroanálise

Abstract

The current dissertation aims to study the solution of ductile iron driven microplies, usually named

TRM micropiles. This construction technique has been gaining momentum in the geotechnical

engineering field due to its economic value and the simplicity of the construction process.

With the literature, this study attempted to clarify the characteristics of this solution, which can achieve

high rates of installation per day in comparison to others techniques of indirect foundations. This

feature is achieved by combining three factors: the construction process, the geometry of the

components (socket and spigot joint) and the material used.

To illustrate the practical applicability of TRM micropiles, this dissertation tracked the construction of a

real case, the new church of Nossa Senhora dos Navegantes, located in the North oh Tagus River

bank. Due to the geotechnical constraints, the original solution was changed, in the construction

phase, which led to the execution of a static load test, which results prove the correct behavior of

solution.

While monitoring the real case study, a back analysis was made based on the values observed in the

static load test. The back analysis is an iterative process that comprises many factors, from

geotechnical parameters to the description of the construction process. Nevertheless, the back

analysis allows us to anticipate the behavior of the solution and predict it’s behaviors in a possible

rupture of the Lumachela’s layer, located at micropile’s base level.

Finally, some general conclusions are made on this dissertation and some suggestions for future

developments are presented.

Keywords :

TRM micropiles, ductile iron, driven micropiles, back analysis

i

Índice

1.Introdução ........................................................................................................................................1

1.1. Enquadramento geral ..........................................................................................................1

1.2. Objetivos .............................................................................................................................1

1.3. Estrutura da dissertação ......................................................................................................2

2. Fundações Indiretas ....................................................................................................................5

3. Microestacas cravadas de ferro fundindo dúctil ......................................................................... 15

3.1. Enquadramento ................................................................................................................. 15

3.1.1. Microestacas tipo TRM por via seca ............................................................................... 16

3.1.2. Microestacas tipo TRM por via húmida ........................................................................... 18

3.2. Componentes .................................................................................................................... 21

3.2.1. Sapatas de ponta ........................................................................................................... 21

3.3. Materiais ............................................................................................................................ 26

3.3.1. Ferro fundido dúctil ........................................................................................................ 26

3.3.2. Micromicrobetão ............................................................................................................ 28

3.4. Equipamentos.................................................................................................................... 29

3.4.1. Equipamentos de cravação ............................................................................................ 29

3.4.2. Equipamento de injeção ................................................................................................. 30

3.5. Carregamentos admissíveis ............................................................................................... 31

3.5.1. Carregamento dinâmico de compressão ........................................................................ 31

3.5.2. Esforços de tração ......................................................................................................... 32

3.5.3. Cargas horizontais ......................................................................................................... 33

3.6. Dimensionamento da microestaca tipo TRM ...................................................................... 34

3.6.1. Dimensionamento Geotécnico (Estados Limites) ............................................................ 34

3.6.2. Dimensionamento estrutural .......................................................................................... 38

3.7. Faseamento Construtivo .................................................................................................... 44

3.8. Campos de Aplicação ........................................................................................................ 47

3.9. Principais vantagens e desvantagens ................................................................................ 51

4. Caso de Estudo ........................................................................................................................ 55

4.1. Enquadramento ................................................................................................................. 55

4.2. Condicionamentos Geológicos e Geotécnicos ................................................................... 57

4.3. Solução proposta ............................................................................................................... 66

4.4. Faseamento Construtivo .................................................................................................... 68

4.5. Ensaio de carga estático .................................................................................................... 71

4.5.1. Considerações Geológicas e Geotécnica ....................................................................... 72

4.5.2. Caraterização da microestaca tipo TRM a ensaiar ......................................................... 73

4.5.3. Metodologia do ensaio ................................................................................................... 74

4.5.4. Estrutura de reação ....................................................................................................... 76

ii

4.5.5. Instrumentação .............................................................................................................. 77

4.5.6. Resultados..................................................................................................................... 77

4.6. Plano de Instrumentação e Observação............................................................................. 83

4.6.1. Metodologia ................................................................................................................... 83

4.6.2. Características dos aparelhos ........................................................................................ 84

4.6.3. Frequência de leituras.................................................................................................... 86

4.6.4. Critério de alerta alarme ................................................................................................. 86

4.6.5. Medidas de reforço ........................................................................................................ 86

4.6.6. Análise dos resultados ................................................................................................... 87

5. Modelação numérica por elementos finitos ................................................................................ 95

5.1. Definição da geometria ...................................................................................................... 95

5.2. Características dos materiais e malha de elementos finitos ................................................ 97

5.3. Faseamento construtivo e cálculos .................................................................................. 102

5.4. Retroanálise .................................................................................................................... 103

5.4.1. Análise paramétrica ..................................................................................................... 103

5.4.2. Faseamento Construtivo .............................................................................................. 107

5.4.3. Selagem Exterior ......................................................................................................... 108

5.4.4. Resistência lateral........................................................................................................ 110

5.4.5. Corrosão ...................................................................................................................... 116

5.4.6. Eventual rotura da camada ZG4B ................................................................................ 117

5.4.7. Considerações Finais .................................................................................................. 119

6. Microestaca tipo TRM versus soluções correntes por estacas ................................................. 121

6.1. Análise qualitativa ............................................................................................................ 121

6.2. Estudo económico ........................................................................................................... 122

7. Conclusão ............................................................................................................................... 127

7.1. Desenvolvimentos Futuros ............................................................................................... 129

Referências Bibliográficas ............................................................................................................... 131

Anexos I. - SPT versus resistência de atrito .................................................................................... 135

Anexo II – Dimensões geométrica tubos TRM ................................................................................. 137

Anexo III – Dimensionamento geotécnico ........................................................................................ 139

Anexo IV – DTU 13 -2 ..................................................................................................................... 143

Anexo V – Campanhas de prospeção ............................................................................................. 146

Anexo VI - Mapeamento das campanhas realizadas ....................................................................... 151

Anexo VII – Prospeção geotécnica: sondagem complementar SC1 ....... Erro! Marcador não definido.

Anexo VIII – Evolução NSPT em profundidade ........................................ Erro! Marcador não definido.

Anexo IX – Plantas de localização das soluções de fundação da INSN . Erro! Marcador não definido.

iii

Índice de Figuras

Figura 2.1 - Comportamento das estacas por ação: a) esforços de compressão; b) esforços de

tração; c) cargas horizontais [2]...........................................................................................................5

Figura 2.2 - Representação das resistências mobilizadas numa estaca flutuante [3] ...........................6

Figura 2.3 - Representação das resistências mobilizadas numa estaca com funcionamento ponta [3] 6

Figura 2.4 - Faseamento construtivo de uma estaca por meio de um trado contínuo: a) Furação até à

cota de projeto (profundidade máxima recomendada 12 m); b) subida do trado continuo

acompanhada por injeção; c) injeção completa; d) colocação de armadura; (adaptado [3]). ................7

Figura 2.5 - Faseamento construtivo de uma estaca por meio da ação do trado curto: a)início da

perfuração por ação giratória do trado curto; b) perfuração faseada com comprimento correspondente

ao comprimento da hélice do trado curto; c) colocação da armadura e injeção controlada, desde a

cota mais inferior do furo até à superfície; d) processo construtivo da estaca finalizado. (adaptado [3])

...........................................................................................................................................................8

Figura 2.6 - Esquematização de uma estrutura de reação de um ensaio de carga estático (adaptado

[6]) .................................................................................................................................................... 12

Figura 2.7 - Esquematização do ensaio de carga estático horizontal [8]............................................ 13

Figura 3.1- Esquema da instalação da microestaca tipo TRM, por via seca [9] ................................. 17

Figura 3.2 - Esquema da instalação das microestacas tipo TRM por via húmida [9] .......................... 19

Figura 3.3 - Pressões geradas na sapata de ponta da microestaca tipo TRM por via húmida, geradas

pela saída do microbetão [16] ........................................................................................................... 20

Figura 3.4 -Ponteira via seca, tipo tampão de fundo [9] .................................................................... 22

Figura 3.5 - Ponteira de cravação, utilizada em microestacas TRM por via seca [9] .......................... 22

Figura 3.6 - Ponteira via húmida ou Ponteira de injeção [9] .............................................................. 22

Figura 3.7 - Esquematização da união macho-fêmea (adaptado [9]) ................................................. 23

Figura 3.8 - Esquematização geométrica de uma braçadeira (à esquerda) e respetivas dimensões em

mm (à direita) [13] ............................................................................................................................. 24

Figura 3.9 - Placa de distribuição tipo A [13] ..................................................................................... 25

Figura 3.10 - Placa de distribuição tipo B [13] ................................................................................... 25

Figura 3.11 - Estrutura Interna do ferro fundido cinzento (esquerda) e do ferro fundido dúctil (direita)

[18] ................................................................................................................................................... 27

Figura 3.12 - Gráfico tensão-deformação dos materiais: ferro fundido cinzento (GG); aço de

construção (ST37) e ferro fundido dúctil (GGG) [18] .......................................................................... 28

Figura 3.13 – Martelo hidráulico com adaptador de injeção utilizado para a instalação de

microestacas tipo TRM por via húmida .............................................................................................. 30

Figura 3.14 - Batente de cravação seca para a instalação de microestacas tipo TRM por via seca ... 30

Figura 3.15 - Fatores de imperfeição para as curvas de encurvadura (adaptado [22]) ....................... 43

Figura 3.16 - Curvas de encurvadura: coeficiente de redução , (eixo vertical) - esbelteza

normalizada, , (eixo horizontal) [23] ................................................................................................ 43

iv

Figura 3.17 - Posicionamento do primeiro tubo TRM equipado com a sapata [11] ............................ 46

Figura 3.18 - Cravação do primeiro tubo da microestaca TRM [11] ................................................... 46

Figura 3.19 - Adição de um tubo TRM à microestaca solicitando a união macho-fêmea [11] ............. 46

Figura 3.20 – Cravação de novos tubos TRM à microestaca até atingir a cota pretendida [11].......... 46

Figura 3.21 - Suporte de canalizações/gasodutos por um acoplador próprio (direita), oferecendo o

apoio pontual do tubo (esquerda) [18] ............................................................................................... 48

Figura 3.22 - Solução das microestacas TRM para estruturas singulares, leves, flexíveis e disposta

em linha aberta [18] .......................................................................................................................... 48

Figura 3.23 - Ilustração da solução oferecida pela cravação de microestacas TRM para edifícios

residenciais (esquerda), edifícios industriais (centro) e silos (direita) [18] .......................................... 49

Figura 3.24 - Soluções possíveis no reforço de fundações com a utilização de microestacas TRM [9]

......................................................................................................................................................... 49

Figura 3.25 - Estabilização de taludes TRM (direita) e de estabilização superfícies de deslizamento

(esquerda) por pregagem de microestacas TRM [18] ........................................................................ 50

Figura 3.26 - Estabilização de fundo com microestacas TRM, em escavações com nível freático

elevado [9] ........................................................................................................................................ 50

Figura 3.27 - Microestacas TRM como solução no encontro do tabuleiro de ponte, ou viaduto, com o

solo [9] .............................................................................................................................................. 50

Figura 3.28 - Ábacos da resistência lateral produzida por microestacas, via húmida, em solos

argilosos e solos granulares [15] ....................................................................................................... 53

Figura 4.1 - Vista aérea da área de implantação [26] ........................................................................ 55

Figura 4.2 - Desenho técnico da vista aérea de Sudoeste da Igreja Nossa Senhora dos Navegantes

[27] ................................................................................................................................................... 55

Figura 4.3 - Ortofotomapa da área de implantação da Igreja Nossa Senhora dos Navegantes, onde

se localiza os furos sondagens de prospeção executadas pela "Geocontrole" (S1;S2;S3;S4), e, pela

"Tecnasol" (SC1;SC2;SC3;SC4) e, de forma complementar a localização da microestaca sujeita ao

ensaio de carga prévio (EC) (Adaptado [29]) ..................................................................................... 56

Figura 4.4 - Enquadramento geológico geral da INSN; (sem escala) -Carta Geológica de Portugal,

folha34-B Loures, esc.: 1:50 000 (adaptado [28]) .............................................................................. 57

Figura 4.5 - Enquadramento geológico da INSN; (sem escala) - Carta Geológica de Portugal, folha34-

B Loures, esc.: 1:50 000 (adaptado [29]) ........................................................................................... 57

Figura 4.6 - Zona de intervenção da Expo 98 em 1992 (Adaptado [31]) ............................................ 58

Figura 4.7 - Pormenor do aterro executado durante as obras da Expo 98, onde é visível a manta

geotêxtil como barreira inferior às pequenas partículas do aterro ...................................................... 58

Figura 4.8 - Evolução do NSPT em profundidade, valores deduzido pelos resultados obtidos nas duas

campanhas de prospeção ................................................................................................................. 60

Figura 4.9 - Perfil interpretativo do zonamento geotécnico realizado com base nas campanhas de

prospeção, adaptado [29].................................................................................................................. 61

Figura 4.10 – Cotas de projeto atingidas pelos trabalhos iniciais de escavação [29] ......................... 64

v

Figura 4.11 - Construções vizinhas á construção da nova Igreja Nossa Senhora dos Navegantes -

edifícios residenciais elevados e antiga sede da Igreja Nossa Senhora dos Navegantes [32] ............ 65

Figura 4.12 - Construções vizinhas à construção da nova Igreja Nossa Senhora dos Navegantes -

Colégio Oriente e Ponte Vasco da Gama [33] ................................................................................... 65

Figura 4.13 - Desvio das infraestruturas que cruzam a área de implantação da INSN, realizado antes

do início dos trabalhos de execução das fundações (fotografia captada durante as visitas à obra) .... 65

Figura 4.14 - Mecanismo de suporte de cargas verticais pela solução de fundação indireta por

cravação de microestacas tipo TRM (adaptado [34]) ......................................................................... 66

Figura 4.15 - Trabalho de pré-furação para implantação das microestacas tipo TRM na zona com

maior expressividade dos aterros superficiais ................................................................................... 69

Figura 4.16 Transporte dos tubos de ferro fundido do estaleiro para o ponto de implantação da

microestaca tipo TRM ....................................................................................................................... 69

Figura 4.17 - Verificação da verticalidade da cravação da microestaca tipo TRM .............................. 70

Figura 4.18 - Cabeça de uma microestaca tipo TRM com selagem exterior ...................................... 70

Figura 4.19 - Trabalhos de escavação para as vigas de fundação e maciços de encabeçamento ..... 71

Figura 4.20 - Cabeça da microestaca equipada com varão helicoidal ............................................... 71

Figura 4.21 - Campanha topográfica para cotas de fundação ........................................................... 71

Figura 4.22 - Colocação das armaduras dos maciços de encabeçamento e das vigas de fundação .. 71

Figura 4.23 - Planta de localização do ensaio de carga estático e das microestacas tipo TRM.

(Adaptado [29]) ................................................................................................................................. 72

Figura 4.24- Perfil interpretativo A-A’, elaborado pela prospeção complementar, onde se localiza a

implantação da microestaca TRM Ø118,0 x 9,0 sujeita ao ensaio de carga estático. (Adaptado [29]) 73

Figura 4.25 - Sistema de reação do ensaio de carga estático ........................................................... 76

Figura 4.26 - Macaco hidráulico localizado entre o coroamento da microestaca e a estrutura de

reação .............................................................................................................................................. 76

Figura 4.27 - Gráfico representativo dos deslocamentos verticais medidos no maciço de

encabeçamento durante o 1º ciclo carga-descarga ........................................................................... 78





Figura 4.30 - Curva deslocamento de fluência versus tempo de período de permanecia de carga,

escala logarítmica [35] ...................................................................................................................... 80

Figura 4.31 - Deslocamento de fluência versus tempo, escala logarítmica, do ensaio de carga estático

do caso de estudo (Pi – Periodo de estacionamento na fase de carga- 3º ciclo) .......................... 81

Figura 4.32 - Carga axial aplicada no 3ºciclo de carga-descarga versus coeficiente de fluência ........ 82

Figura 4.33 - Gráfico auxiliar para determinar a carga critica segundo a norma EN 1537 [35] ........... 82

Figura 4.34 - Análise da "nega" estipulada em projeto por comparação do Boletim de cravação

(esquerda) e Perfil interpretativo Geológico e Geotécnico [34] ........................................................... 82

vi

Figura 4.35 – Mapeamento dos alvos topográficos fixos na INSN ..................................................... 83

Figura 4.36 – Mapeamento dos alvos topográficos de referência ...................................................... 84

Figura 4.37 - Alvo topográfico de referência - Base 2 [37] ................................................................. 85

Figura.4.38 - Alvo topográfico de referência - Base 5 [37] ................................................................. 85

Figura.4.39 - Alvo topográfico de referência- Base 1 [37] .................................................................. 85

Figura.4.40 - Alvo topográfico de referência- Base 3 [37] .................................................................. 85

Figura 4.41 - Alvo topográfico de referência- Base 4 [37] .................................................................. 85

Figura 4.42 - Alvo topográfico neutro, localização sinalizada por seta vermelha [37] ......................... 86

Figura 4.43- Mapeamento da monitorização do edifício Poente - Centro Paroquial (adaptado [37]) .. 87

Figura 4.44 – Fotografia da localização do alvo topográfico 1 em obra [37]....................................... 88

Figura 4.45 - Fotografia da localização do alvo topográfico 2 em obra [37] ....................................... 88

Figura 4.46 - Fotografia da localização do alvo topográfico 3 em obra [37] ....................................... 88

Figura 4.47 - Fotografia da localização do alvo topográfico 15 em obra [37] ..................................... 88

Figura 4.48 - Evolução dos assentamentos observados durante a campanha de observação dos

alvos topográficos localizados no edifício Poente .............................................................................. 88

Figura 4.49 - Fotografia aérea da obra em estudo, onde se destaca a conclusão dos principais

trabalhos do edifício Poente (adaptado [38]) ..................................................................................... 89

Figura 4.50 - Fotografia aérea da zona de intervenção, capturada a 9 de Abril de 2013 (Adaptado

[38]) .................................................................................................................................................. 89

Figura 4.51 - Fotografia aérea da zona de intervenção, capturada no mês de Junho de 2013 [33] .... 90

Figura 4.52 - Mapeamento dos alvos topográficos no edifício central - Igreja (adaptado [37]) ........... 90

Figura 4.53 - Alvo topográfico 9 fixado na parede do edifício central [37] .......................................... 91

Figura 4.54 - Alvo topográfico 10 fixado na parede do edifício central [37] ........................................ 91

Figura 4.55 - Alvo topográfico 11 fixado na parede do edifício central - Igreja [37] ............................ 91

Figura 4.56 - Alvo topográfico 12 fixado na parede do edifício central - Igreja [37] ............................ 91


alvos topográficos localizados no edifício central- Igreja .................................................................... 91

Figura 4.58 - Ligação da torre sineira com o edifício central - Igreja .................................................. 92

Figura 4.59 - Mapeamento dos alvos topográficos no edifício Nascente – Auditório (adaptado [37]) . 92

Figura 4.60 - Alvo topográfico 7 fixado no edifício Nascente - Auditório [37]...................................... 93

Figura 4.61 - Alvo topográfico 8 fixado no edificio Nascente - Auditório [37] ...................................... 93


alvos topográficos localizados no edifício Nascente – Auditório ......................................................... 93

Figura 4.63 - Fotografia aérea da zona de intervenção captura no dia 30 de Setembro de 2013, onde

é visível o edifício nascente - Auditório inacabado [38] ...................................................................... 94

Figura 5.1 - Modelo axissimétrico estabelecido pelo Plaxis [39] ........................................................ 95

Figura 5.2 - Ilustração da posição da interface no modelo geotécnico ............................................... 96

Figura 5.3 - Maciço de encabeçamento M1: fotografia capturada no decorrer do ensaio, onde é visível

M1 enterrado (esquerda) e geometria de M1 no modelo de cálculo ................................................... 97

vii

Figura 5.4 - Mesh gerada para realização da retroanálise do caso de estudo ................................. 101

Figura 5.5 - Diagrama das condições iniciais do modelo geotécnico definido .................................. 102

Figura 5.6 - Faseamento construtivo inserido no programa Plaxis 2D ............................................. 102

Figura 5.7 - Curvas carga - assentamento do ensaio de carga e das modelações por evolução

incremental de E. ............................................................................................................................ 104

Figura 5.8 - Curvas carga-assentamento do ensaio de carga estático e das modelações por evolução

incremental de c’, para E=3000 MPa ............................................................................................... 105

Figura 5.9 - Curvas carga-assentamento do ensaio de carga estático e das modelações por evolução

incremental de c’, para E=5000 MPa ............................................................................................... 105

Figura 5.10 - Curvas carga-assentamento do ensaio de carga estático e das modelações por

evolução incremental de Ø, para E=3000 MPa e c’=2000 kPa. ........................................................ 106

Figura 5.11 - Curvas carga-assentamento do ensaio de carga estático e da análise paramétricas da

camada ZG4A, para camada ZG4B com E=3000 MPa e c’=2000 kPa ............................................. 107

Figura 5.12 - Processo construtivo inserido na fase de cálculos no programa Plaxis ....................... 108

Figura 5.13 - Curvas carga-assentamento do ensaio de carga estático e do refinamento do processo

construtivo no Plaxis ....................................................................................................................... 108

Figura 5.14 – Caracterização da microestacas Ø118,0 x 9,0 no Plaxis incorporando a selagem

exterior ........................................................................................................................................... 109

Figura 5.15 - Curvas carga-assentamento para a retroanálise pela contabilização da selagem exterior

na resistência à compressão ........................................................................................................... 110

Figura 5.16 - Resistência lateral em profundidade, obtida pelas análises de diferentes tipos de

materialização da interface e por meio do ábaco elaborado pela DSI. ............................................. 112

Figura 5.17 - Curvas de carga-assentamento para a análise paramétrica da camada de suporte, para

a interface materializada pelas características da selagem exterior ................................................. 113

Figura 5.18 - Mobilização da carga aplicada à cabeça da microestaca por resistência lateral, por

métodos empíricos e numéricos ...................................................................................................... 114

Figura 5.19 - Curva da evolução em profundidade da tensão axial de compressão instalada na

microestaca por aplicação de 550 kN à cabeça da mesma. ............................................................. 115

Figura 5.20 - Curvas carga-assentamento para a análise numérica da simulação da rotura da camada

de suporte. ...................................................................................................................................... 118

Figura 5.21 - Resistência lateral numérica versus resistência lateral empírica, para a situação limite

onde se dá a rotura da camada de suporte ..................................................................................... 118

Figura 6.1 - Assentamento máximo da estaca moldada para uma carga de 855 kN ........................ 123

Figura 6.2 - Análise comparativa de custos das estacas moldadas versus microestacas TRM. ....... 125

Figura I.1 - Ábaco da resistência lateral, nas microestacas TRM, em função das taxas de cravação e

valor NSPT [15] .............................................................................................................................. 136

Figura II.1 - Tubos de ferro fundido dúctil, Ø118 e Ø170 (adaptado [10]) ........................................ 137

Figura II.2 - Tubos de ferro fundido dúctil, Ø118 e Ø170, equipados com as sapatas de ponta

(adaptado [10]) ............................................................................................................................... 138

viii

Figura IV.1 - Evolução da capacidade resistente das microestacas tipo TRM, instaladas no solo de

categoria 3 (mais agressivo segundo [11]) - (adaptado [11]) ............................................................ 144

Figura V.1 - Sequencia da execução do ensaio de penetração dinâmica, tipo SPT, segundo a norma

EN ISO 22476-3-2005 [19] .............................................................................................................. 146

Índice de tabelas

Tabela.2.1 - Comparação de estacas cravadas versus estacas moldadas [3] .....................................9

Tabela 3.1 - Diâmetros os três tipo de sapata das microestacas tipo TRM [9] ................................... 22

Tabela 3.2 - Características físicas e mecânicas do ferro fundido dúctil [18] ...................................... 28

Tabela 3.3 - Valores de referência para equipamentos de cravação, para os dois diâmetros de

microestacas tipo TRM [9] ................................................................................................................. 30

Tabela 3.4 – Carga dinâmica admissível para cada microestaca tipo TRM [11] ................................. 32

Tabela 3.5 - Máximo momento fletor admissivel para cada microestaca, com a aplicação de carga

horizontal de 213 N/mm2 na cabeça da microestaca [11]................................................................... 33

Tabela 3.6 - Valores estabelecidos pela norma Z-34.25-202 de cargas máxima aplicada à

microestaca tipo TRM durante o teste de carga estático [10] ............................................................. 36

Tabela 3.7 – Valores intrínsecos do microbetão e do ferro fundido dúctil........................................... 39

Tabela 3.8 - Valores da capacidade resistente à compressão de cada tipologia da microestaca tipo

TRM, contabilizando a selagem interior com microbetão de classe C25/30 ....................................... 39

Tabela 3.9 - Espessura sacrificada [mm] por ação da corrosão de uma microestaca tipo TRM instala

num tipo de solo [4] ........................................................................................................................... 40

Tabela 3.10 - Espessura sacrificada por ano [mm/ano] de exposição à corrosão, DTU 13-2 [11] ...... 41

Tabela 3.11 - Espessura sacrificada por período de exposição à corrosão, DTU 13-2 [11] ................ 41

Tabela 3.12 - Cargas de compressão admissível avaliadas por normas técnicas [10] [12]................. 42

Tabela 4.1 - esquematização das zonas geotécnicas nas campanhas de prospeção executadas, quer

pela "Geocontrole", quer pela "Tecnasol" (adaptado [29]) .................................................................. 62

Tabela 4.2 - Parâmetros estimados pelo plano de prospeção inicial, executado pela "Geocontrole"

[28] ................................................................................................................................................... 63

Tabela 4.3 - Dados obtidos pelas medições ao nível de água nos furos de sondagem [28] [29] ........ 63

Tabela 4.4 - Características do martelo hidráulico utilizado na cravação das microestacas tipo TRM

[34] ................................................................................................................................................... 68

Tabela 4.5 - Martelo hidráulico tipo para cravação de microestacas TRM [15]. .................................. 73

Tabela 4.6 - Características da microestaca do ensaio de carga estático .......................................... 74

Tabela 4.7 - 1º Ciclo carga-descarga [15] ......................................................................................... 74

Tabela 4.8 - 2º Ciclo de carga-descarga [15]..................................................................................... 75

Tabela 4.9 – 3º Ciclo de carga-descarga [15] .................................................................................... 75

Tabela 4.10 - Dados observados pelo gráfico do 3º ciclo de carga-descarga .................................... 80

Tabela 4.11 - Coeficientes de fluência correspondente a cada patamar de carga aplicada ................ 81

ix

Tabela 4.12 - Critério de alerta e alarme para a solução de fundações indiretas por cravação de

microestacas tipo TRM [15] ............................................................................................................... 86

Tabela 5.1 – Valores input dos parâmetros geotécnicos, para caracterização da envolvente

geotécnica pelo modelo Hardening soil ............................................................................................. 98

Tabela 5.2 - Parâmetros de rigidez e resistência ao corte de rochas [40] .......................................... 99

Tabela 5.3 - Caracterização da microestaca pela Opção 1 .............................................................. 100

Tabela 5.4 - Parâmetros do maciço de encabeçamento M1 ............................................................ 101

Tabela 5.5 - Parâmetros iniciais para a camada "lumachélica" superficial ....................................... 103

Tabela 5.6 - Parâmetros da análise paramétrica da camada “lumachélica” superficial. .................... 107

Tabela 5.7 - Parâmetros da selagem exterior .................................................................................. 109

Tabela 5.8 - Valores estimados das tensões de atrito pela consulta dos abacos elaborados pela DSI

....................................................................................................................................................... 111

Tabela 5.9 – Resultados numéricos e experimentais para avaliação da interface materializada pela

selagem exterior, carga aplicada de 1100 kN .................................................................................. 113

Tabela 5.10 - Parâmetro para a verificação da resistência lateral .................................................... 116

Tabela 5.11 - Grandezas geométricas e físicas das estacas moldadas ........................................... 122

Tabela 5.12 - Análise do custo dos trabalhos construtivos das estacas moldadas ........................... 124

Tabela 5.13 - Análise do custo dos trabalhos construtivos das microestacas TRM .......................... 124

Tabela I.1 - Correlação empírica de valores SPT com taxas de cravação e faces de atrito, para solos

argilosos e granulares [9] ................................................................................................................ 135

Tabela II.1 - Espessuras nominais dos tubos de ferro fundido [10] .................................................. 137

Tabela IV.1 - Propriedades dos materiais a integrar no cálculo da capacidade de carga da

microestaca tipo TRM em contacto com solos corrosivos [11] ......................................................... 143

Tabela V.1 - Classificação das areias quanto à compacidade por correlação ao NSPT [9] ................. 147

Tabela V.2 - Consistência de argilas para valores NSPT[9] ............................................................... 148

Tabela V.3 - Classificação de um maciço rochoso segundo o seu grau de fracturação (espaçamento

de fracturas), classificação ISRM (* classificação simplificada) [9] ................................................... 148

x

Símbolos

α – Fator de imperfeição; coeficiente de fluência;

ϒi - Coeficiente parcial para capacidade resistente;

ϒ – Peso volúmico;

ϒs – Peso volúmico seco do solo;

ϒsat – Peso volúmico saturado do solo;

ϒM,v – Fator parcial de segurança

ξi - coeficiente de correlação para fundação por estacas

ν- Coeficiente de poisson

Ø – Diâmetro;

– Coeficiente de redução de encurvadura relevante;

- Esbelteza normalizada

Ʈ – Tensão tangencial;

– Tensão de cálculo tangencial da selagem exterior

– Tensão característica tangencial do ferro fundido dúctil

ф - Angulo de atrito;

Ψ - Angulo de dilatância;

- Coeficiente de fricção entre micromicrobetão e o ferro fundido dúctil

σh –Tensão horizontal do solo na microestaca

a - Aluviões e/ou aterros

As – Secção transversal do tubo de ferro fundido dúctil

Ab – Secção transversal da selagem interior.

At – Secção transversal total da microestaca tipo TRM, incluindo selagem exterior.

c’ - Resistência ao corte efetiva;

E- Modulo de deformabilidade

E’ - Módulo de deformabilidade equivalente da microestaca tipo TRM;

Eb - Módulo de deformabilidade do micromicrobetão;

Ed – Tensão de cálculo numa microestaca

xi

Ev.d – Tensão de cálculo transmitada por atrito lateral

Es – Módulo de deformabilidade do solo; módulo de deformabilidade do ferro fundido dúctil;

E50 - Rigidez de carga triaxial

Eoed - Rigidez edométrica

Eur - Descarga-recarga em estado triaxial

ft0,2k – Rigidez a 0,2% de deformação do ferro fundido dúctil (320 N/mm2);

fck – Tensão característica de compressão da selagem interior

fcd – Tensão de calculo da compressão do microbetão

fyd – Tensão de calculo do ferro fundido dúctil à cedência

fuk – Tensão ultima característica do ferro fundido dúctil

fyk - Tensão característica do ferro fundido dúctil à cedência

Fi – Grau de fracturação de rochas

GG – Ferro fundido cinzento

GGG – Ferro fundido dúctil

l0 - Comprimento de encurvadura

Leff – Comprimento efetivo da microestaca, subtraindo a zona de união entre tubos

MT - Substrato Miocénico

MBP - Areolas do Braço de Prata

MCR - Areolas de Cabo Ruivo

MMv - Calcário de Marvila

N – Capacidade resistente de compressão

N’ – Resistência à encurvadura;

NSPT – Número de pancadas SPT

Pmax – Carga máxima aplicada durante o ensaio de carga estático

Pcr – Carga critica responsável pela encurvadura da microestaca

qb,k - Resistência característica de ponta por unidade de área

qs,k - Resistência característica lateral por unidade de área

Rs – Resistência lateral

Rb – Resistência de ponta

xii

ST 37 –Aço de construção

Rc,d - Resistência de cálculo de compressão

Rc,k - Resistência característica de compressão

Rb,k - Resistência característica de ponta

Rs,k - Resistência característica lateral

Rd – Resistência de cálculo da microestaca proveniente da capacidade de carga exterior

Rs,d – Percentagem da Rd mobilizada por resistência lateral

Rv,d – Resistência lateral de cálculo, entre o ferro fundido dúctil e o micromicrobetão

RQD – Índice de qualidade

Lista de Abreviações

CSM – “Cutter Soil Mixer”

EC4 – Eurocódigo 4 – Projeto de estruturas mistas aço - microbetão

EC7 – Eurocódigo 7 –Projeto geotécnico

INSN – Igreja Nossa Senhora dos Navegantes

M1 - Maciço de encabeçamento

SPT – Standard Penetration Test

Si – Furo de sondagem i da campanha de prospeção inicial

SCi – Furo de sondagem i da campanha de prospeção complementar

TRM - Tiroler R hren- und Metallwerke

ZGi – Zonamento geotécnico i

1

1. Introdução

1.1. Enquadramento geral

Esta dissertação segue no âmbito das tipologias de fundações indiretas praticadas, atualmente, em

Portugal. Lisboa é uma cidade que preconizou a primeira técnica de fundações indiretas, cravação de

estacas de madeira, na restauração da cidade após o terramoto de 1755. A solução apresenta

elevada eficácia, pois devido à natureza dos solos o nível freático não mudava drasticamente,

impedindo a apodrecimento do material da estaca.

Com a evolução tecnológica e recurso disponíveis, as soluções de fundações indiretas evoluíram no

sentido da utilização de materiais mais resistentes, possibilitando a construção de edifícios em

terrenos fracos e a construção em altura. Esta evolução vem responder à evolução populacional, bem

como a necessidade da área mínima por habitante em áreas densamente povoadas.

As microestacas desenvolvidas no início da década de 1950 pelo engenheiro Fernando Lizzi, para

recalçamento de edifícios antigos, aparecem como solução em Portugal no final da década de 70,

início da década de 80. A utilização desta técnica foi alvo de muitas incertezas, mas na década de 90

regista-se uma elevada utilização para suporte de cargas leves, chegando aos dias de hoje com uma

elevada versatilidade para reforço de edifícios antigos e como fundação para edifícios novos [1].

Esta solução pode ser executada por furação ou por cravação. A primeira técnica é a mais corrente,

consiste na furação prévia, inserção de elemento resistente e injeção. O método de injeção é um

sistema que abrange um vasto leque tecnológico, que procura satisfazer o suporte de carga por uma

injeção controlada.

A cravação de microestacas é um processo pouco corrente, tanto pelos materiais disponíveis, como

pelas consequências intrínsecas ao processo de cravação, tais como a vibração, o ruido e a

necessidade de solo isento de materiais pedregosos.

A presente dissertação estuda a solução por cravação de microestacas de ferro fundido dúctil, onde

se denota uma elevada afinidade entre o processo cravação e o ferro fundido dúctil, o que torna a

solução competitiva face a outros sistemas de fundações indiretas.

1.2. Objetivos

O objetivo principal da presente dissertação é a análise do comportamento de fundações indiretas por

cravação de microestacas de ferro fundido dúctil, por meio do acompanhamento da construção da

nova Igreja Nossa Senhora dos Navegantes (INSN).

Lisboa é uma cidade com uma densidade populacional elevada nas margens do rio Tejo, com

especial evidência na freguesia Parque das Nações, zona ribeirinha “conquistada” pela Expo 98 para

habitações e serviços públicos/privados. A urbanização da zona de intervenção da Expo 98 é

fortemente marcada por soluções de fundações indiretas por estacas moldadas, existindo outras

tipologias instaladas em estruturas mais leves, ou implantadas em envolventes geotécnicas mais

“rijas”.

2

A cravação de microestacas de ferro fundido dúctil vem quebrar o uso sistemático de estacas

moldadas, apresentando vantagens económicas e no prazo de execução.

Face às visitas preconizadas no decorrer dos trabalhos das fundações da INSN, foram detetados

condicionamentos que levaram à modificação do comprimento de microestaca cravada. Assim, um

dos objetivos da presente dissertação passa por analisar a modificação do projeto tendo por base o

ensaio de carga estático executado em obra.

O ensaio de carga estático permite uma retroanálise da solução in situ, por modificação dos

parâmetros do solo num programa de elementos finitos, Plaxis 2D.

Por ultimo, o objetivo passa por demonstrar que a solução por cravação de microestacas de ferro

fundido é uma solução segura como fundação da INSN e que, mesmo com os entraves geotécnicos,

é a solução mais adequada e económica.

1.3. Estrutura da dissertação

O primeiro capítulo é a introdução, onde se realiza o enquadramento geral da dissertação, a

descrição dos objetivos e a estrutura da mesma.

O segundo capítulo explica ao leitor os tipos de fundações indiretas, caracterizando as por: modo de

funcionamento, processo construtivo, perturbação do solo e secção transversal. No mesmo capítulo

expõe-se os fatores que condicionam a escolha da solução como fundação indireta.

O terceiro capítulo apresenta a solução por cravação de microestacas de ferro fundido dúctil,

explicando a sua origem e modo de funcionamento. Segue-se a descrição dos componentes da

microestaca, assim como dos materiais e os equipamentos. É também feita a referência sobre o

comportamento da microestaca quando carregada por esforços de compressão, tração e momentos

fletores, sendo o carregamento de compressão o mais indicado para esta solução. Em complemento

ao estudo do comportamento das capacidades resistentes da microestacas, segue-se com a análise

do dimensionamento geotécnico e estrutural da solução. O faseamento construtivo da solução é um

dos aspetos importantes deste capítulo, tal como os critérios limites na execução de ensaio de carga

estático. Por ultimo, o capítulo termina com a análise das vantagens e desvantagens da solução.

O quarto capítulo abrange o caso de estudo que consiste no projeto de fundações da INSN. É

realizado o enquadramento geral da obra e apresenta-se a solução proposta para fundação indireta

dos edifícios. Face ao histórico dos trabalhos em obra foi estabelecido um ensaio de carga estático,

para avaliar o comportamento da microestaca em serviço, rotura e fluência. O presente capítulo

descreve tanto o ensaio de carga prévio, como faz a análise dos resultados. Para avaliar o

comportamento da solução durante os trabalhos da superestrutura foi definido um plano de

instrumentação, que é descrito e analisado no capítulo quatro.

Seguidamente, no quinto capítulo é apresentada a retroanálise da solução de fundação indireta por

cravação de microestacas, com recurso ao programa de elementos finitos Plaxis 2D. Esta começa

por valores estimados, na campanha de prospeção, e prossegue até se obter uma curva carga-

deslocamento próxima da resultante do ensaio de carga prévio. Conhecendo os parâmetros da

3

envolvente geotécnica estuda-se o comportamento da microestaca ao longo da vida útil da igreja,

assim como, a análise limite da solução da eventual rotura da camada de suporte.

O caso de estudo, também, viabiliza uma análise económica das microestacas cravadas (capítulo 6),

face à técnica mais dominante na Expo 98, estacas moldadas. Este estudo económico irá

contabilizar, não só trabalhos construtivo, como custos dos equipamentos em estaleiro e prazos de

execução.

Por fim, o sétimo capítulo apresenta as conclusões gerais obtidas pelo estudo realizado, e propõe

possíveis desenvolvimentos futuros no âmbito da análise elaborada.

5

2. Fundações Indiretas

As fundações de uma estrutura requerem muita atenção, pois o incorreto dimensionamento pode

levar à rotura da superestrutura ou impor deformação, que não são compatíveis com as condições de

serviço.

O tipo de fundação está intimamente ligado com a envolvente geológica e geotécnica da área de

implantação da estrutura a edificar. As características mecânicas dos solos superficiais indicam a que

profundidade é possível transmitir as cargas, provenientes das estruturas, em segurança. Este critério

divide as fundações em dois grupos:

- Fundações diretas, também conhecidas por superficiais, são usualmente usadas quando o solo

superficial tem competência para suportar as cargas atuantes e denominam-se por “sapatas”;

- Fundações indiretas, ou profundas, utilizadas para transmitir as cargas a um substrato competente

que se encontra a uma determinada profundidade e não à superfície. Esta solução é denominada,

usualmente, por estacas.

A presente dissertação dará mais ênfase às fundações indiretas por inclusão de elementos

estruturais, estacas.

As estacas são capazes de suportar esforços de compressão, tração, forças laterais e momentos

fletores. Esta versatilidade de comportamento deve-se à interação entre o solo e a própria estacas,

onde se pode mobilizar (Figura 2.1):

- Resistência lateral (Rs), traduzida pela face de atrito entre o solo e o fuste da estaca. A sua

expressividade é dependente do tipo de solos atravessados e do método construtivo da própria

estaca;

- Resistência de ponta (Rb), onde só se contabiliza a capacidade de carga da camada onde a estaca

“assenta”.

Figura 2.1 - Comportamento das estacas por ação: a) esforços de compressão; b) esforços de tração; c) cargas horizontais [2]

As fundações indiretas por estacas abrangem um grupo de soluções que podem ser classificadas

por: comportamento/modo de funcionamento; processo construtivo; perturbação do solo e secção

transversal.

6

Comportamento/modo de funcionamento

O comportamento da estaca é condicionado pela natureza das camadas de solos atravessados, pode

ser de carácter flutuante, funcionar por ponta ou ter um comportamento misto.

As estacas flutuantes mobilizam predominantemente resistência lateral, é um comportamento típico

para situações onde o substrato rígido está a uma profundidade inalcançável pela estaca, ou seja, a

estaca tem um comprimento onde a resistência de ponta é desprezável em comparação com a

resistência lateral mobilizada (Figura 2.2). Os assentamentos são objeto de atenção neste tipo de

soluções, pois não podem ser desprezados [3].

Figura 2.2 - Representação das resistências mobilizadas numa estaca flutuante [3]

O funcionamento por ponta de uma estaca traduz-se pela penetração de um pequeno comprimento

da estaca numa camada de solo rijo, muito compacto, ou numa rocha branda/muito alterada, sendo

que os solos atravessados têm características geotécnicas desprezáveis (Figura 2.3) ou o

comprimento da estaca impede que haja mobilização de resistência lateral significante, frente à carga

aplicada.

Figura 2.3 - Representação das resistências mobilizadas numa estaca com funcionamento ponta [3]

O dimensionamento de uma estaca com comportamento misto prevê que o suporte das cargas

atuantes é conseguido pela mobilização de resistência lateral e de ponta.

7

Processo de construção

Os processos de construção das estacas baseiam-se em duas tipologias: Cravação e Furação

O processo de construção por furação dá origem a estacas moldadas, este processo caracteriza-se

pela execução da betonagem da estaca no terreno, onde o próprio terreno serve de cofragem, ou em

situações desfavoráveis à integridade do microbetão, como nível freático elevado, recorre-se a um

tubo moldador ou lamas bentoníticas.

O tubo moldador pode ser de carácter perdido ou recuperável, sendo que a escolha incide na

capacidade que o solo tem em agredir o microbetão, pela existência de agentes químicos. Por outro

lado, as lamas bentoníticas atuam apenas como cofragem, pois estabilizam as paredes do furo prévio

da estaca para se proceder a uma betonagem controlada, sem mistura de solo-microbetão. O

comportamento das lamas bentoníticas deve-se à sua constituição, água e bentoníte, pois são mais

densas do que a água, impedindo o fluxo de água e migração de solo para o interior do furo, sendo,

por oposição, menos densa do que o microbetão, subindo pela boca do furo durante a betonagem [3].

Este comportamento é possível devido ao caracter tixotrópico das lamas bentoníticas, ou seja, em

repouso são gelatinosas e, quando agitadas, fluidificam.

As estacas moldadas são executadas por meio de uma perfuração seguida da betonagem executada

da cota inferior do furo até à superfície. A perfuração é executada por meio de um trado contínuo ou

trado curto. A Figura 2.4 ilustra as fases construtivas de uma estaca executada por meio de um trado

contínuo, enquanto a Figura 2.5 esquematiza o faseamento construtivo com a utilização do trado

curto [3].

a)

b)

c)

d)

Figura 2.4 - Faseamento construtivo de uma estaca por meio de um trado contínuo: a) Furação até à cota de projeto

(profundidade máxima recomendada 12 m); b) subida do trado continuo acompanhada por injeção; c) injeção completa; d)

colocação de armadura; (adaptado [3]).

8

a)

b)

c)

d)

Figura 2.5 - Faseamento construtivo de uma estaca por meio da ação do trado curto: a)início da perfuração por ação giratória

do trado curto; b) perfuração faseada com comprimento correspondente ao comprimento da hélice do trado curto; c) colocação

da armadura e injeção controlada, desde a cota mais inferior do furo até à superfície; d) processo construtivo da estaca

finalizado. (adaptado [3])

É de notar que existem outros equipamentos para a execução das estacas moldadas como:

equipamento de grande porte para perfuração giratória, trépano, limpadeira, tubo guia e acessório

para alargador da cabeça.

O processo construtivo por cravação é menos utilizado em Portugal, pois é conhecido por ser muito

ruidoso e por gerar muita vibração no meio envolvente. As estacas cravadas são pré-fabricadas, logo

em obra apenas é executada a sua cravação no solo. A cravação pode ser executada por vibração ou

percussão.

A cravação por vibração é, atualmente, uma técnica restrita, pois o solo e os edifícios vizinhos são

sujeito a vibrações que não são compatíveis com critérios mínimos de segurança e/ou utilização. A

ação de vibração é produzida por um martelo vibratório e é executada em estacas metálicas, como

perfis em I ou tubos moldadores. A presença de solos arenosos na envolvente geotécnica pode exigir

o recurso de injeção de água na ponta da estaca, enquanto na presença de argila recorre-se a uma

escavação inicial para minimizar as vibrações e evitar o levantamento superficial [3].

As estacas cravadas por percussão são alvos de impacto mecânicos, quer da queda livre de um pilão

(bate-estacas), quer da ação de um martelo automático. Neste processo dever-se-á prestas especial

atenção em proteger a cabeça das estacas, principalmente estaca pré-fabricadas em microbetão

armado, para garantir que não há danos irreversíveis.

Em Portugal, a solução mais utilizada como fundação indireta é a solução por estacas moldadas,

contudo a Tabela 2.1 faz a comparação das duas técnicas, expondo as vantagens e desvantagens

que cada uma apresenta quando comparadas.

9

Tabela.2.1 - Comparação de estacas cravadas versus estacas moldadas [3]

Estacas cravadas Estacas moldadas

Economia (1)

Oneroso Moderadamente oneroso

Rapidez de

execução

Rápida execução e, por vezes, com

possibilidade de carregamento imediato.

Execução "lenta", o carregamento é

dependente do tempo de presa do microbetão.

Inspeção da

estaca

Estacas pré-fabricadas são sujeitas a uma

inspeção em fábrica, assim como podem

ser alvo de inspeção visual em estaleiro.

Não é possível inspecionar a estaca no final do

processo construtivo. O recobrimento de

armadura e dimensões finais da secção são

variáveis, difíceis de certificar.

Técnica versus

perfil geotécnico

O boletim de cravação em conjunto com

campanhas de prospeção pode indicar um

perfil geotécnico.

A extração do solo permite a recolha do solo,

permitindo a análise visual do mesmo.

Solos

impróprios

A presença de solo muito duros e/ou

blocos de rocha danificam a estaca.

Solos arenosos impossibilitam o alargamento

de base e podem ser sujeitos a

descompressão.

Nível freático Não afeta o processo construtivo Utilização de tubo moldador ou lamas

bentoníticas

Comprimentos

de instalação

Grandes comprimentos de instalação, com

capacidade de atingir cotas superiores ao

terreno.

Grandes comprimentos de instalação.

Diâmetro de

secção Restrição a grandes diâmetros de secção. Grande variedade de diâmetros disponíveis

Ruido e

Vibração Elevados Desprezáveis

Interação com

envolvente

Desenvolvimento de atrito negativo.

Levantamento do solo pode induzir danos

nas estruturas vizinhas.

Subida de estacas anteriormente cravadas

Equipamentos de grande porte

Necessidade de grande estaleiro,

principalmente no recurso a lamas bentoníticas

(1) Este fator de comparação é flexível, depende de caso para caso, sendo a presente comparação a mais usual

Perturbação do solo

A perturbação do solo traduz a alteração provocada pela penetração da estaca no terreno, sendo

classificada em três tipologias: grande perturbação, pequena perturbação e perturbação nula.

O fenómeno físico mais evidente é o movimento das partículas do solo, estando intimamente ligado

ao processo por cravação e dependente da secção transversal da estaca, onde [2][3]:

10

- Grandes perturbações advêm da cravação de elementos longitudinais maciços ou obturados na

ponta, quanto maiores forem as dimensões geométricas da secção transversal maior é o

deslocamento produzido no solo.

- Pequenas perturbações são induzidas pela cravação de elementos longitudinais mais “finos”, como

perfis em I ou tubo metálico abertos.

- Perturbações nulas são perturbações mínimas que não têm muito impacto para o estado de tensões

do solo. As estacas moldadas são conhecidas pela reposição do material por remoção do solo, em

que o trado provoca perturbações muito reduzidas, podendo ser desprezadas. É de notar que estacas

moldadas com tubo moldador provocam perturbação no solo, saindo do âmbito desta tipologia.

Secção transversal

As dimensões geométricas da secção transversal dividem as fundações indiretas em: estacas e

microestacas.

As microestacas são estacas de diâmetro menor do que 300 mm, por processo de perfuração, e

menor do que 150 mm, por processo de cravação [4].

As estacas são elementos estruturais com diâmetros até 3 m, podendo existir distinção entre estacas

de pequeno diâmetro, 0,3 m a 0,6 m, e estacas de grande diâmetro, 0,6 m a 3 m.

Em suma, as fundações indiretas por estacas abrangem um variado leque de soluções para

problemas de ocupação territorial.

O projeto deste tipo de solução estrutural segue a norma europeia Eurocódigo 7 – Projeto geotécnico

(EC7), documento que estabelece regras para o cálculo estrutural de estruturas geotécnica e dos

seus componentes, que remete o projeto de cada tipo de estacas para as seguintes normas [5]:

-estacas com extração de solo (estacas moldadas): EN 1536:1999

-estacas com deslocamento do solo (estacas cravadas): EN 12063:2000

-microestacas: EN 14199:2005

A seleção do tipo de estaca como solução ideal para um edifício passa pela ponderação de muitos

fatores, tanto por parte da estrutura a suportar, como pela envolvente geotécnica, sendo os mais

relevantes [3][5]:

- Tipo de estrutura e tipo de carregamento transferido às fundações;

- Zona de implantação (urbana ou rural);

- Estado de preservação das estruturas adjacentes;

- Efeito do processo construtivo e da sequência de instalação nas estacas já instaladas e nas

estruturas de vizinhança;

- Cenário geotécnico;

11

- Posição do nível freático e análise de agentes químicos;

- Profundidade do estrato resistente;

- Equipamento versus disponibilidade e área de estaleiro;

- Número de estacas;

- Custo.

O dimensionamento geotécnico previsto pelo EC7 recai nos seguintes procedimentos:

- Ensaio de carga estática cuja coerência com outras evidências experimentais haja sido

comprovada;

- Métodos empíricos, válidos por ensaios de carga estáticos em situações semelhantes;

- Ensaio de carga dinâmicos, aprovados por ensaio de carga estático em situações comparáveis; ou

- Observação de soluções comparáveis com comportamento adequado, recurso a resultados de

prospeção geotécnica e de ensaios de campo.

Nem sempre existe uma ligação fidedigna entre a solução a executar e uma experiência comparável,

ou ensaio de carga estático executados, em solos e carregamento semelhantes. Existe também a

possibilidade de se observar indícios de um mau comportamento da estaca durante a sua instalação,

ou a impossibilidade de atingir comprimentos, ou resistências definidas em projeto. Todas estas

situações apelam a uma avaliação da fundação em obra, por ensaios de carga [5].

O ensaio de carga pode ser executado em apenas uma estaca, situada na zona mais desfavorável à

solução no cenário geotécnico, ou em duas ou mais estacas, com localização que viabilize a análise

da solução nas condições geotécnicas mais adversas. Estes podem ser de carácter estático ou

dinâmico, sendo que o ensaio de carga estático é o mais corrente.

O dimensionamento geotécnico, previsto pelo EC7, é otimizado em função do número de ensaios,

cuja confiança na extrapolação dos resultados para outras estacas é maior, quanto maior for o

número de ensaios. Visto que, este tipo de ensaio são onerosos, a prática comum tem demonstrado a

execução de, apenas, um ensaio de carga, razão pela qual o EC7 propõe que se situe na zona

geotécnica mais desfavorável.

Ensaio de carga estático

Este ensaio consiste em carregar gradualmente a estaca, sendo o carregamento de compressão ou

de tração, medindo os deslocamentos correspondentes. Cada ensaio é constituído por ciclos de

carga e descarga, com descarga gradual, por forma a analisar as deformações plásticas da estaca.

Os ciclos de carga e descarga e os patamares de estacionamento de carga devem ser estabelecidos

com o intuito de promover a observação do comportamento da estaca em serviço, fluência e rotura.

Para carregamento de tração, o EC7, propõe que o ensaio seja realizado até à rotura, inviabilizando a

extrapolação do gráfico carga – deslocamento para análise do comportamento da estaca ao longo

tempo [5].

12

A construção de um ensaio de carga pode constituir diferentes equipamentos, mas todos devem

prever (Figura 2.6):

- Estrutura de reação responsável por gerar a carga aplicada por peso ou puxe, estando munida com

um macaco hidráulico responsável por transmitir a carga em segurança à cabeça da estaca, tendo o

cuidado de coincidir o centro de gravidade com o eixo da microestaca, para evitar excentricidades;

- Suporte à estrutura de reação, pois a estrutura deverá ser espaçada da estaca, pelo menos, à

distância de 3 ou 4 diâmetros, para evitar uma indesejável iteração entre a estaca e o solo, assim

como, na transferência da carga à estaca. Deste modo, deverá haver uma estrutura provisória de

suporte à superfície e, devido à dimensão da estrutura de reação, deve-se prever estacas, ou

ancoragem, de reação, por forma a suportar a estrutura de reação, viabilizando a segurança em obra

e do carregamento desejado;

- Instrumentação que deve ser pensada por forma a obter leituras que vão ao encontro da análise

desejada, ou seja, uma célula de carga instalada na cabeça da estaca (leitura de carga aplicada) e

equipamentos para leitura de deslocamentos (extensómetros e/ou extensómetros de vara).

Figura 2.6 - Esquematização de uma estrutura de reação de um ensaio de carga estático (adaptado [6])

A aplicação da carga deve ser colinear com o eixo da estaca e os equipamentos instalados devem

ser todos previamente calibrados [5].

O ensaio de carga estático descrito ate então é conhecido pela técnica por patamares crescentes de

carga (ML – maintained load), por ser a mais requisitada, mas é importante referir que na norma

ASTM D1143 são mencionadas sete técnicas para a realização do ensaio de carga axial [7].

Destaca-se, dos diversos métodos de instrumentação, o método bidirecional, que consiste em células

de Osterberg que expandem hidraulicamente quando comprimidas. As células são instaladas no

interior da estaca, na base ou ao longo do seu fuste, durante os trabalhos de colocação de armadura,

13

e são usadas para obter a reação das secções, superior e inferior, da estaca [6]. Neste método, a

carga aplicada é obtida pela medição da pressão hidráulica, exercida pelas células na estaca, e a

medição dos deslocamentos pode ser realizada pela instalação de extensómetros nas armaduras [7].

A análise da capacidade resistente da estaca a cargas horizontais é possível por meio de um ensaio

de carga horizontal, que consiste em induzir uma força horizontal na cabeça da estaca controlada por

um macaco hidráulico. A constituição deste tipo de ensaio é semelhante à explicada para o ensaio de

carga axial, apenas a estrutura de reação e instrumentação são reposicionadas por forma a aplicar

cargas horizontais à estaca e obter leituras de deslocamentos horizontais (Figura 2.7) [7].

Figura 2.7 - Esquematização do ensaio de carga estático horizontal [8]

Ensaio de carga dinâmico

Os ensaios de carga dinâmicos são executados por meio de uma carga dinâmica aplicada na cabeça

da estaca por percussão. Estes, além de possibilitarem a análise da capacidade resistente da estaca,

permitem a avaliação a sua integridade.

O EC7 alerta que a execução de ensaio de carga dinâmico é aceite, desde que haja ensaios de carga

estático realizados em estaca com geometria semelhante em envolvente geotécnica comparável [5].

Este tipo de ensaio reside na teoria de propagação da onda, pois a carga dinâmica gera uma onda

que se propaga a uma velocidade constante, dependente do material. Assim, neste ensaio

registam-se a intensidade da carga aplicada e a velocidade de propagação da onda gerada, logo a

instrumentação consiste na instalação de acelerómetros e extensómetros, ambos no fuste da estaca.

A utilização deste tipo de ensaio apresenta mais vantagens nos processos de cravação de estacas,

pois permite, além das análises anteriores, determinar as trações e compressões resultantes da

cravação e avaliar o rendimento do sistema de cravação. O inconveniente, dos ensaios de carga

dinâmico, é a dificuldade de estudar o comportamento de fluência da fundação.

15

3. Microestacas cravadas de ferro fundindo dúctil

3.1. Enquadramento

Os projetos de engenharia civil têm que ter em consideração constrangimentos financeiros

associados à rapidez de execução.

iroler hren- und Metallwerke, empresa austríaca que explora a indústria de tubagens para fins de

canalizações, tanto de água como de gás, começou por usar o ferro fundido dúctil nos seus

elementos tubulares, explorando as excelentes características do material associadas à ductilidade,

dando início a um sistema de fundações indiretas, conhecido como microestacas de ferro fundido

dúctil executadas por cravação, ou, mais comum, microestacas tipo TRM (Tiroler R hren- und

Metallwerke).

O método construtivo das microestacas tipo TRM tem semelhanças com um processo de montagem

de canalizações/gasodutos, levando a crer que todo o conceito baseou-se na linha de montagem das

canalizações, transpondo-o na vertical e em profundidade. As semelhanças residem num sistema em

“linha de montagem” de tubos de ferro fundido dúctil de comprimento standard, que nas microestacas

são de 5 m e, conectados por uma união macho - fêmea. A discrepância entre os dois sistemas

reside no processo construtivo, pois os tubos das canalizações são encaixados por um sistema de

fecho e os das microestacas são cravados e a conexão macho-fêmea é desenhada para haver

otimização da união, sendo mais tarde, ou durante, o seu interior preenchido por argamassa

As microestacas TRM trazem à engenharia geotécnica um sistema construtivo de fundações indiretas

com elevadas velocidades/taxas de instalação, com alcance possível de 200 a 400 m por dia,

destacando-se em comparação com outros sistemas de fundações indiretas. A velocidade do

processo construtivo, das microestacas tipo TRM, é o reflexo da combinação de três componentes: o

método construtivo por cravação; a união macho – fêmea; e os tubos de ferro fundido dúctil.

O processo construtivo por cravação é o método mais antigo na execução de fundações indiretas,

iniciado com a cravação de estacas de madeira. Este quando se mostra eficiente é um dos métodos

mais rápido na execução de fundações indiretas.

A união macho – fêmea, entre tubos de microestacas TRM, agiliza a método construtivo porque

possibilita a rápida adição de novas secções de tubo durante a cravação da microestaca, permitindo

a progressão em profundidade. A conexão macho-fêmea é concretizada pelos impulsos de cravação,

onde se obtém uma ligação rígida por meio da elevada rigidez das extremidades, que possibilitam

este processo de penetração na junção macho-fêmea.

Os tubos de ferro fundido dúctil são o elemento chave de todo este sistema, pois a resistência ao

impacto do ferro fundido dúctil faz com que a cravação seja um processo viável e eficaz,

principalmente na cravação em solo duros, e a ductilidade, do mesmo material, permite que o tubo

quando cravado consiga suportar deformações plásticas, sem apresentar uma rotura frágil, ou seja,

rotura rápida sem deformações plásticas.

16

A rapidez de execução, apesar de ser uma mais-valia na engenharia civil, por si só não faz de um

sistema construtivo o ideal, pois é fundamental que a rapidez de execução seja aliada à economia do

sistema construtivo, aos fatores geotécnicos envolventes e às cargas de serviço.

O presente sistema de fundações indiretas por cravação de microestacas TRM procura explorar estas

ligações fundamentais com a rapidez de execução, tirando partido da geometria dos próprios

elementos, dos materiais adicionais e, até mesmo, dos equipamentos em obra.

A geometria do tubo de ferro fundido dúctil define a categoria da fundação indireta, uma vez que os

diâmetros reduzidos conferem ao elemento estrutural uma elevada esbelteza, sendo esta uma

característica das microestacas. Por outro lado a norma europeia EN 14199:2001 [4], referente à

execução de microestacas, classifica as microestacas quando são elementos estruturais com:

- Diâmetros inferiores a 300 mm, quando os trabalhos de execução preveem a remoção de solo, ou

seja, por perfuração;

- Diâmetros inferiores a 150 mm, se o processo construtivo é por cravação do elementos.

Atendendo aos princípios anteriores, as microestacas tipo TRM podem ser denominadas por

microestacas e/ou por estacas, sendo esta designação dependente do diâmetro final, pois os tubos

tipo TRM contemplam diâmetros de 118,0 mm e 170,0 mm, podendo atingir diâmetros superiores

quando são executadas por via húmida. De facto, há artigos que abordam esta solução como estaca,

mas a presente dissertação toma esta solução como microestaca, por ser a nomenclatura conhecida

em Portugal.

O presente capítulo tem o objetivo principal expor, da forma mais clara e concisa, as características e

particularidades deste tipo de solução, estudadas até aos dias de hoje, tendo por base normas, artigo

e boletins informativos [4] [9]-[15].

3.1.1. Microestacas tipo TRM por via seca

As fundações indiretas procuram resolver situações onde o solo com capacidade de suporte de

carga, não está à superfície, mas sim no subsolo. A cravação de microestacas TRM por via seca é

uma solução de fundação indireta que mobiliza apenas resistência de ponta.

A mobilização da resistência de ponta das microestacas TRM, por via seca, é concretizada pela

envolvente geotécnica à instalação da microestaca, uma vez que estas atravessam camadas de solo

que não permitem que a própria microestaca crie mobilização por atrito lateral, ou por ponta, e

assentam ou penetram, com curtos comprimentos, numa camada muito rígida, como uma rocha e/ou

areia densa/muito densa ou cascalho.

Esta solução de microestaca TRM por via seca, como a própria designação remete, é realizada sem

injeção de argamassa, ou quaisquer outros fluidos de estabilização, durante o processo de cravação,

como exemplifica a Figura 3.1.

17

Figura 3.1- Esquema da instalação da microestaca tipo TRM, por via seca [9]

A cravação a seco dos tubos de ferro fundido dúctil não induz movimentos significativos no solo

envolvente às microestacas, pois o tubo da microestaca tem uma pequena secção transversal onde,

a maior parte do seu comprimento, é cravada em camadas de solos soltos finos/muito finos e/ou com

elevado índice de liquidez. Para facilitar a penetração da microestaca no solo, a sapata de ponta tem

dimensões geométricas transversais semelhantes aos dos tubos de ferro fundido dúctil. No caso de, a

camada de suporte de carga apresentar uma elevada rigidez, por exemplo rocha, a primeira secção

do tubo é equipada com uma sapata de ponteira, pois elementos pontiagudos aumentam a eficiência

da cravação em superfícies duras.

As microestacas TRM, ao funcionarem por resistência de ponta, suportam esforços de compressão,

podendo estar sujeitas a problemas de encurvadura, quando instaladas em camadas de solos com

características geotécnicas muito pobres.

A injeção de micromicrobetão, com resistência mínima de 25 MPa, no interior da microestaca, depois

de concluída a cravação e correção do tubo excedente à superfície, vai incrementar a resistência à

compressão da microestacas e, ao preencher o espaço vazio no tubo de ferro fundido, vai aumentar a

inércia da secção, diminuindo a sensibilidade da microestaca à encurvadura.

O cálculo de dimensionamento das microestacas TRM, por via seca, tem a particularidade de

contabilizar o efeito da corrosão. A corrosão acontece na face exterior do tubo de ferro fundido dúctil,

pois o processo por via seca não prevê medidas de proteção exterior ao tubo, expondo diretamente o

tubo ao solo. Para efeitos de cálculo, a instalação da microestaca em solos corrosivos admite uma

corrosão máxima de 3 mm do tubo de ferro fundido, traduzindo-se em 1,5 mm em cada parede do

tubo [10].

18

O processo de cravação das microestacas TRM, por via seca, como é realizado num cenário

geotécnico de elevado contraste de rigidez, permite ao operador percecionar, durante a cravação, o

momento em que a microestaca encontra a camada rígida de suporte de carga, pois a taxa de

cravação decresce substancialmente. Esta interação do processo construtivo com a envolvente

geotécnica permite ao operador definir o momento em que deve parar o processo de cravação, ou

seja, pela taxa de penetração das microestacas é possível estabelecer um critério de paragem.

O critério de paragem pretende demonstrar que este, ao ser atingido durante o processo de cravação,

a microestaca tem capacidade de suportar as cargas de serviço. Embora este seja muito útil, é

necessário ter a noção que, o valor do critério de paragem é determinado de forma empírica, onde se

correlaciona diversos testes de penetração realizados ao longo dos anos, para diferentes cenários

geotécnicos. Também, não é possível estimar um valor exato do critério de paragem a cada tipo de

solo, pois este valor vai depender de muitos outros valores, tanto do processo de cravação (martelo

hidráulico), como da própria microestaca (diâmetro). O anexo I contém valores exemplificativos que

correlacionam os solos com tempos de cravação, por meio da observação de inúmeros ensaios de

penetração.

Na eventualidade da camada de suporte de carga ser uma rocha, ou um solo muito denso, o

processo de cravação pode sofrer uma paralisação total. A paralisação total do processo de cravação

traduz que ao nível de cota de cravação, o solo é resistente ao impulso provocado pelo martelo

hidráulico, então a capacidade de carga da microestaca tipo TRM passa a ser, pelo menos, tão

elevada quanto a força máxima do martelo hidráulico.

O solo de suporte de carga, não sendo uma rocha, mas um solo denso granular poderá não permitir a

paralisação total do processo de cravação. Para esta situação é necessário definir um critério de

paragem. O mais comum é observar a penetração executada durante o processo de cravação, e,

quando é penetrado em valores muito reduzidos é contabilizado o tempo. Esta metodologia permite

avaliar se a taxa de penetração se mantém abaixo de um valor estipulado, sendo um valor de

referência, mas não obrigatório, de 3 a 5 cm por minuto.

Em suma, as microestacas TRM por via seca podem ser instaladas num cenário geotécnico com

elevado contraste de rigidezes, sendo a carga transmitida por resistência de ponta da microestaca. É

um sistema que pode utilizar imediatamente toda a capacidade de suporte de carga da microestaca,

uma vez que o processo de cravação induz à microestaca cargas muito superiores às que,

possivelmente, serão suportadas pela microestacas em serviço, pois o martelo hidráulico tem forças

de cravação superiores a 2000 kN, com 300 a 400 pancadas por minuto.

3.1.2. Microestacas tipo TRM por via húmida

A área de implantação de uma estrutura quando apresenta um perfil geotécnico/geológico com solos

granulares com média densidade, ou mistos com elevada percentagem de cascalhos e areias, não

admite fundações diretas, pois o solo provoca assentamentos indesejáveis à estrutura a longo prazo.

As fundações indiretas, como, as microestacas TRM por via húmida dão resposta a este tipo de

19

cenário, pois criam uma interface rugosa com estes tipos de solos para mobilizar atrito lateral, não

sendo obrigatório estender a microestaca até uma camada de suporte de carga.

O sistema das microestacas TRM, por via húmida, combina a rapidez do processo de cravação, com

a versatilidade dos sistemas de injeção. Esta combinação resulta na ação simultânea da cravação e

da injeção durante todo o processo da instalação das microestacas no terreno. Esta medida permite

que, durante a cravação, haja uma injeção continua no interior do tubo, que flui para o exterior

circundante.

O objetivo físico deste sistema é criar uma superfície rugosa que mobilize as solicitações por atrito.

Para permitir que o microbetão envolva o tubo da microestaca e crie uma superfície rugosa ao

encontro do solo, equipa-se a primeira seção de tubo com uma sapata que possua pequenas

aberturas, que permitem a saída do microbetão injetado, e um diâmetro superior ao do tubo TRM,

para impedir que o microbetão escoe e fique retido, obrigando-o a acompanhar os avanços da

cravação (Figura 3.2).

Figura 3.2 - Esquema da instalação das microestacas tipo TRM por via húmida [9]

A sapata de ponta para microestacas TRM por via húmida, exposta anteriormente, apesar de

proporcionar condições à formação da selagem exterior do tubo, também incrementa a pressão da

injeção na ponta da microestacas (Figura 3.3). O processo de cravação da microestaca provoca

deslocamento do solo circundante, e este deslocamento será incrementado pelas pressões da

injeção. Desta forma, o microbetão dá forma ao anel tubular, dando origem a uma superfície tão

rugosa quanto o solo permitir.

20

Figura 3.3 - Pressões geradas na sapata de ponta da microestaca tipo TRM por via húmida, geradas pela saída do microbetão

[16]

O diâmetro final da microestaca TRM por via húmida, fisicamente em obra, é o diâmetro do anel

envolvente de micromicrobetão, mas no modelo de cálculo admite-se apenas o diâmetro do tubo de

ferro fundido, incluindo o micromicrobetão interior. Não se contabiliza o anel envolvente, pois não há

fiabilidade na dimensão radial ao longo do fuste, nem nas características finais do próprio

micromicrobetão, bem como na própria continuidade do anel em profundidade. Esta é uma medida de

carácter conservativo uma vez que na realidade a selagem exterior dará um incremento de

resistência à compressão.

A selagem exterior da microestaca oferece ao sistema duas vantagens: proteção à corrosão e

resistência lateral.

A proteção à corrosão é obtida pela barreira física que a selagem desempenha entre o tubo de ferro

fundido dúctil e o solo. O certificado normativo número Z-34.25-202 [10] propõe como valor máximo

de corrosão aceitável de 3 mm, pois não é possível provar a absoluta integridade da selagem, em

todo o comprimento.

As microestacas TRM por via húmida, por terem a capacidade de criar faces de atrito, têm a

particularidade de o seu comprimento ser ajustado às características geotécnicas dos solos. Por

outras palavras, o comprimento da microestaca é dependente da profundidade a que encontra a

superfície de suporte de carga e do próprio comprimento penetrado na mesma. Estas variáveis dão

ao sistema de microestacas por via húmida inúmeras opções de suporte de cargas. Em situações

extremas, se a profundidade da camada de suporte de carga for elevada, e se os solos intermédios

forem de carácter granular, ou mistos com elevada percentagem de cascalhos e areias, é possível

dimensionar uma solução de fundações com comportamento flutuante. Num cenário de contraste,

onde a profundidade da camada de suporte de carga é “reduzida” é fundamental introduzir na

camada de suporte de carga um comprimento que traduza resistência de atrito que acomode as

cargas, e alguma resistência de ponta.

O dimensionamento do comprimento da microestacas deverá ser acompanhado com um critério de

paragem de cravação.

O processo de cravação, tal como sucede nas microestacas TRM por via seca, permite ao operador

percecionar o encontro da ponta da microestaca com as diferentes camadas. A interpretação da

21

evolução da taxa de cravação em profundidade, permite validar os pressupostos admitidos no perfil

geotécnico, assim como, identificar se a cravação atinge o critério de paragem.

Nos casos onde processo de cravação for quase impedido, e permaneça com baixas taxas de

cravação, como por exemplo de 3 a 5 cm por minuto, pode-se dar por completa o processo de

cravação, pois existe uma resistência de ponta garantida pela própria microestaca, induzida pelas

elevadas forças de cravação. Este é um caso possível, mas a experiência prática mostra que as

microestacas não são cravadas até ser impedidas, mas sim até uma camada resistente com um

comprimento que acomode as cargas de serviço por resistência de atrito lateral.

A estimativa da velocidade de cravação para mobilizar uma determinada carga é possível, através de

correlações existentes entre testes de penetração, tempos de cravação e resistências de atritos

laterais. Os testes de penetração são tidos como comparação, pois o comportamento

físico/mecânico, durante a sua execução é semelhante ao da microestaca, trata-se da penetração por

força mecânica de um elemento longitudinal no terreno. Estes valores estão presentes no Anexo I,

com a devida explicação.

Em suma, as microestacas TRM por via húmida ao serem instaladas, por ação simultânea de

cravação e injeção, conseguem tirar partido dos solos granulares e argilosos, sem características

para fundações diretas, pela resistência de atrito lateral criada pela selagem exterior. Tal como a

norma 14199 [4] faz ressalva, este tipo de microestaca vai mobilizar a maior parte da carga por

resistência de atrito lateral e não por resistência de ponta. Este comportamento em serviço e o

processo construtivo dão ao sistema a oportunidade de acomodar os comprimentos de cada

microestaca às características geotécnicas dos solos.

3.2. Componentes

A microestaca TRM é composta por elementos individuais com 5 m de tubo de ferro fundido, ou seja,

exige que haja componentes que vão ao encontro das exigências primárias do sistema, como a

rapidez de execução e aplicabilidade do sistema a um variado leque de perfis geotécnicos.

Este subcapítulo tem o objetivo de expor todos estes componentes constituintes da microestaca

TRM, por ordem do método construtivo, que por sua vez será descrito no subcapítulo 3.7.

3.2.1. Sapatas de ponta

As sapatas de ponta são instaladas na frente do tubo para iniciar a cravação da microestaca no

terreno. A sua posição física na microestaca exige à sapata rigidez e ductilidade, pois têm que

suportar os impulsos provocados por força mecânica, durante a cravação, sem sofrerem

deformações, nem rotura frágil, caso contrário comprometeriam a integridade da microestaca.

A composição das sapatas de ponta é ferro fundido dúctil, semelhante aos tubos TRM, para oferecer

ao sistema rigidez e a ductilidade desejada.

A forma final desejada da microestaca TRM é a forma sandwich, pois deseja-se a disposição

axissimétrica de ferro fundido dúctil e microbetão. A sapata de ponta é desenhada para concretizar o

22

preenchimento interior do tubo com microbetão, sem o modificar com a possível mistura deste como

a entrada de partículas de solo, o que provocaria o decremento da resistência do microbetão.

No subcapítulo 3.1 foram apresentados dois grupos de microestacas TRM, via seca e via húmida,

que remetem a três tipos de sapatas de ponta, ilustradas na Figura 3.4, Figura 3.5 e Figura 3.6.

Figura 3.4 -Ponteira via seca, tipo

tampão de fundo [9]

Figura 3.5 - Ponteira de cravação,

utilizada em microestacas TRM por via

seca [9]

Figura 3.6 - Ponteira via húmida ou

Ponteira de injeção [9]

A sapata de ponta tipo tampão de fundo (Figura 3.4), utilizada na via seca, dá à frente da microestaca

menor área de ponta para facilitar a cravação. A ideia reside na perceção física de elementos com

menos área ativa de corte serem mais fáceis de penetrarem em superfícies duras, e diâmetros

menores provocam menores perturbações no solo

A ponteira de cravação, Figura 3.5, segue a mesma linha de raciocínio, uma vez que é utlizada

quando a microestaca prevê ser cravada em solos muito duros/rijos, ou em situações onde se espera

que existam pressões intersticiais, geradas pela cravação em solos com elevado índice de liquidez.

A microestaca TRM por via húmida, como já foi explicado, difere das microestacas executadas por via

seca, pois existe a selagem exterior. A selagem exterior só é possível se a sapata de ponta for de

diâmetro superior ao do tubo e possuindo pequenas aberturas que permitam o fluxo de

micromicrobetão, do interior do tubo para o exterior (Figura 3.6).

A Tabela 3.1 expõe os diâmetros de cada sapata (Anexo II):

Tabela 3.1 - Diâmetros os três tipo de sapata das microestacas tipo TRM [9]

Microestaca Tampão de fundo

[mm]

Ponteira de cravação

[mm]

Sapata de injeção

[mm]

Ø118 120 120 200

Ø170 175 175 250

3.2.2. Tubos tipo TRM

Os tubos de ferro fundido dúctil, tipo TRM, são fabricados pelo processo de fundição por

centrifugação, para se obter um cilindro oco de secção constante e tirar partido da máxima resistência

que o ferro fundido dúctil tem para oferecer.

O processo de fundição por centrifugação, como o próprio nome sugere, consiste em introduzir uma

força centrífuga a um molde dotado de rotação, onde vaza-se o metal líquido, superior à ação

gravítica. A força centrífuga irá pressionar o metal líquido contra as paredes do molde cilíndrico, que

23

por sua vez é arrefecido exteriormente por uma “camisa” de água em regime estacionário. O

contraste de temperatura, no encontro do metal liquido com a parede do molde fria, provoca a

têmpera (endurecimento superficial) súbita do material, ocorrendo a solidificação numa única frente

do tubo tipo TRM, o que torna a micro estrutura refinada e densa.

O fabrico dos tubos tipo TRM, com o devido controlo de qualidade é, extremamente, um processo

importante para que as microestacas instaladas no solo consigam desempenhar as suas funções na

transmissão de cargas para um substrato competente, sem comprometer a integridade das

estruturas. Deste modo, é muito importante que haja um controlo de qualidade dos tubos durante o

próprio fabrico, no seu armazenamento e no transporte, tal como propões a norma técnica europeia

ETA-07/0169 [12].

Os tubos no final do processo de fabrico e no ato de entrega em obra deverão apresentar as

dimensões apresentadas no Anexo II.

3.2.3. União tipo macho-fêmea

A união macho-fêmea possibilita a rápida conexão entre tubos de microestaca TRM em obra. O seu

design é pensado não só para facilitar a colocação em obra, mas também para responder

corretamente ao impulso imposto pelo martelo hidráulico.

A geometria da união consiste numa ponteira cónica (macho) e num funil (fêmea), cada um situado

em extremidades opostas em todos os tubos TRM, como ilustra a Figura 3.7.

Figura 3.7 - Esquematização da união macho-fêmea (adaptado [9])

A extremidade fêmea será a extremidade mais solicitada na operação de conexão dos tubos, pois irá

receber a ponteira e suportá-la durante todo o processo de cravação, por meio de forças mecânicas

elevadas. O Anexo II apresenta as dimensões tanto do recetor, como da ponteira, onde é possível

identificar pormenores que existem para promover ao sistema a eficiência esperada.

Um pormenor da extremidade “fêmea” é a dupla espessura para resistir aos impactos da ponteira

durante a cravação, promover ao elo de ligação uma melhor rigidez e à microestaca uma melhor

24

continuidade possível; embora a selagem, também, irá auxiliar a conexão ao preencher o interior de

toda a microestaca.

Os tubos tipo TRM por serem segmentados em secções tubulares de 5 m, dão à microestaca mais do

que uma conexão. Se considerarmos a primeira conexão da microestaca, a mais solicitada, as

elevadas forças mecânicas poderiam originar penetração contínua da ponteira para dentro do tubo

TRM, podendo condicionar a integridade da microestaca, por perca de resistência por estricção, e até

mesmo, a rotura local da microestaca. Para solucionar este possível problema, a extremidade fêmea

contem um ombro, identificado na Figura 3.7, que proporciona a paragem do macho na extensão

máxima destinada à conexão

3.2.4. Acopladores tipo braçadeiras

As braçadeiras são utilizadas para fazer a junção de tubos quando a união macho-fêmea não está

presente, ou seja, entre secção intermédias dos tubos tipo TRM.

A Figura 3.8 apresenta o design e as dimensões standard das braçadeiras, donde se nota que o seu

comprimento é o dobro do seu diâmetro, uma relação que assegura que a peça está menos sujeita à

rotação. Este comportamento, também, é beneficiado pelo comprimento do tubo acoplado ser

superior ao diâmetro do mesmo tubo, pois um comprimento acoplado muito curto podia traduzir a

rápida rotação da braçadeira, provocada pelas elevadas forças mecânicas.

Figura 3.8 - Esquematização geométrica de uma braçadeira (à esquerda) e respetivas dimensões em mm (à direita) [13]

No meio da braçadeira há uma folga, que impede que os tubos se toquem, evitando que as

extremidades de tubo sejam muito solicitadas o que oferece à braçadeira melhores características

como elo de ligação.

Este componente TRM possibilita a cravação de microestacas em zonas com pé-direito incompatível

com o comprimento standard dos tubos TRM, assim como, no reaproveitamento do excedente dos

mesmos.

25

3.2.5. Placas de distribuição

As placas de distribuição são “chapas” ou “pratos” quadrados, colocados na cabeça da microestaca

com a função de transmitirem à microestaca as cargas da estrutura, e, esta por sua vez transmitir a

um substrato competente.

A microestaca tipo TRM é constituída por dois materiais, onde há uma interface entre os dois ao

longo de toda a microestaca. A placa de distribuição na cabeça da microestaca permite que, tanto o

tubo de ferro fundido, como a área de micromicrobetão da selagem interior, sejam solicitados de uma

forma homogénea. Numa perspetiva física, as placas transformam as cargas provenientes dos

edifícios em cargas pontuais, que analisadas pelo lado das microestacas são uma carga distribuída

por área da face da microestaca.

Atualmente, no mercado existem dois tipos de placas de distribuição. Na presente dissertação são

denominadas como placa de distribuição tipo A (Figura 3.9) e placa de distribuição tipo B (Figura

3.10).

Figura 3.9 - Placa de distribuição tipo A [13]

Figura 3.10 - Placa de distribuição tipo B [13]

26

Ambas as placas de distribuição têm que apresentar uma ligação perfeita, realizada pelo excesso de

micromicrobetão que deverá fluir quando são colocadas as placas. Na eventualidade de não

acontecer, é recomendado que se repita o processo de colocação das placas de distribuição.

O desvio da posição teórica não deverá exceder ± 5 mm, para ambos tipos de placas de distribuição,

uma vez que é importante que os centros geométricos coincidam para haver uma maior uniformidade

da transmissão de cargas.

Os tipos de placas distinguem-se pelo elemento de posicionamento:

- Placa A: o posicionamento é realizado pela bordadura cilíndrica interior, que fica emergida no

interior da microestaca e que facilita a centralização da placa. Esta placa apresenta bons resultados

quando a placa é colocada em secções intermédias do tubo, pois a bordadura fica justa com o tubo,

mas quando é colocada na extremidade “fêmea” do tubo o correto posicionamento fica sujeito à

técnica utilizada em obra, devido à folga existente entre a bordadura e o tubo tipo TRM.

- Placa B: o elemento de posicionamento é um elemento longitudinal que é inserido na abertura

existente na própria placa. Este tipo de placa de distribuição necessita da atenção do técnico em obra

para posicionar corretamente a placa, mas apresenta as mesmas dificuldades e vantagens, quer

colocada em secções intermédias do tubo tipo M, quer na extremidade “fêmea” do tubo tipo M.

Para ambos tipos de placas é o micromicrobetão que tem um papel preponderante, pois este permite

a fixação da placa à microestaca.

3.3. Materiais

A microestaca tipo TRM é composta por dois materiais, ferro fundido dúctil e microbetão, que em

conjunto permitem que a solução transfira em segurança as cargas das estruturas para uma camada

de suporte de carga, que se encontra em profundidade.

Uma forma de conhecer e, de certa forma, ter segurança no elemento de fundação indireta é

conhecer a sua constituição. Este subcapítulo 3.3 tem o objetivo de abordar os materiais

separadamente, apresentando ao leitor as particularidades que cada material oferece e como, em

projeto, é possível tirar partido deles, nomeadamente o microbetão.

3.3.1. Ferro fundido dúctil

O ferro fundido dúctil é a evolução metalúrgica do ferro fundido cinzento, deste modo para entender

melhor as características do ferro fundido dúctil será, primeiramente, explicado porque o ferro fundido

cinzento não é utilizado para fabrico dos tubos TRM.

Os ferros fundidos são ligas de carbono com mais de 2% de carbono, não sendo suscetíveis a serem

soldados e são pouco dúcteis. A vantagem dos ferros fundidos está na elevada resistência à

corrosão. São conhecidos quatro vertentes de ferro fundido: ferro fundido dúctil, ferro fundido

cinzento, ferro fundido branco e ferro fundido maleável [17].

O processo de fundição do ferro fundido cinzento dissolve uma parte de carbono com o ferro líquido,

resultado da queda ponto de fusão, de cerca de, 1540ºC para um valor de 1150ºC. O carbono

27

dissolvido no ferro líquido é benéfico para efeitos de volume, pois durante a solidificação há a

contração do volume, que neutraliza qualquer aumento do volume de carbono dissolvido, originando

uma microestrutura densa e livre de cavidades [18].

O teor de carbono diminui as características resistentes do ferro, pois durante a solidificação, este

cristaliza sob lamelas de grafite. As lamelas de grafite têm a forma irregular e pontiaguda, que a

Figura 3.11 mostra como formas fechadas a cheio, e não têm resistência por si só, nem conferem

resistência ao ferro [18].

Figura 3.11 - Estrutura Interna do ferro fundido cinzento (esquerda) e do ferro fundido dúctil (direita) [18]

Na Figura 3.11 é evidente que a grafite interrompe a matriz interna do ferro fundido dúctil, razão que

confere ao ferro resistência, relativamente, baixa. As formas pontiagudas das lamelas de grafite

provocam um efeito de punçoamento na estrutura interna do ferro fundido cinzento. Há a

concentração de linhas de tensão nas extremidades das lamelas, traduzindo-se um comportamento

de rotura frágil do material, baixando ductilidade do ferro fundido cinzento.

A evolução metalúrgica, que deu origem ao ferro fundido dúctil, vem melhorar a forma como as

lamelas de grafite cristalizam com a inserção de metais com elevada afinidade com o oxigénio, como

o cério e o magnésio. A adição de uma pequena quantidade, cerca 0,04 %, destes metais permite

que a grafite se cristalize com a forma esferoidal, e não lamelar, como está na Figura 3.11 [18].

A forma esferoidal da grafite reduz a concentração de tensões internas, em comparação com a grafite

lamelar, conferindo melhor resistência, tenacidade e ductilidade ao ferro fundido dúctil, aproximando-

o do aço. A ductilidade é traduzida pelas linhas de tensões internas não tão apertadas, como na

grafite lamelar, dando ao ferro a capacidade de sofrer deformações elásticas e plásticas antes de

realmente haver rotura. O gráfico tensão-deformação, presente na Figura 3.12, ilustra a distinção

física entre o ferro fundido cinzento (GG), aço de construção (ST 37) e o ferro fundido dúctil (GGG).

28

Figura 3.12 - Gráfico tensão-deformação dos materiais: ferro fundido cinzento (GG); aço de construção (ST37) e ferro fundido

dúctil (GGG) [18]

As propriedades mecânicas e físicas dos tubos TRM são demonstradas, na presente dissertação, na

Tabela 3.2.

Tabela 3.2 - Características físicas e mecânicas do ferro fundido dúctil [18]

EN1563 EN545 ONR 22567

Valor médio TRM

Resistência à compressão [N/mm2] -- -- ≥ 900 900

Resistência à tração [N/mm2] ≥ 400 ≥ 270 ≥ 420 490

Tensão limite de elasticidade [N/mm2] ≥ 250 ≥ 270 ≥ 300 320

Módulo de elasticidade [N/mm2] -- --

≥140 000

≤170 000 160 000

Em suma, o ferro fundido dúctil é um material com a elevada resistência que proporciona ao tubo

TRM a redução da fragilidade, promovendo um melhoramento no comportamento do material quando

sujeito a esforços de fadiga.

A estrutura interna do ferro fundido dúctil, também, permite que haja um amortecimento da vibração

do material, um excelente comportamento à corrosão e uma melhor relação resistência/peso [18].

3.3.2. Microbetão

Nos trabalhos de execução das microestacas TRM, o microbetão poderá ser injetado durante a

cravação, via húmida, ou após a cravação, via seca. Para ambos os casos, o microbetão tem que

preencher uniformemente todo o tubo tipo TRM para incrementar a resistência à compressão da

microestaca.

A composição do microbetão deverá ser muito fluido, pois o mesmo necessita atingir as

profundidades de projeto, por um reduzido diâmetro, bem como de fluir para o exterior do tubo, e

permitir a selagem exterior.

29

A fluidez do microbetão envolve tanto os agregados, como a adição de adjuvantes, pois os agregados

deverão ser finos, com 4 mm no máximo, e os adjuvantes poderão facilitar a sua trabalhabilidade em

obra, como retardadores de presa.

As relações adjuvantes-microbetão são dependentes dos respetivos fornecedores, enquanto a

dimensão dos agregados foram estabelecidas pelos primeiros cálculos de microestacas

concretizados pela DIN 1045 (versão antiga). O mesmo documento fixa a resistência mínima a

25 MPa, que minorada pelo fator de segurança de 2,1 estima a tensão máxima, em serviço, de

8,3 MPa, sendo este último valor dependente das normas nacionais de cada país [11].

De forma elucidativa, as características do microbetão deverão contemplar:

Granulometria: 0 – 4 mm

Retardante à presa: 6 a 8 horas

Fluidez: fluido a muito fluido (classe S4 ou S5, pela norma NF EN 206-1)

Em suma, será necessário em projeto conjugar os constituintes do microbetão para que haja a

trabalhabilidade e as resistências finais desejadas.

3.4. Equipamentos

Os equipamentos necessários na execução das microestacas TRM são comuns no mundo da

engenharia civil, pois não há equipamentos de grande porte exclusivos para este tipo de sistema de

fundação indireta. Ao contrário de muitos sistemas de fundação indireta, as microestacas TRM

necessitam, apenas, de uma espécie de escavadora, ou até mesmo um bate-estacas, onde seja

possível acoplar um martelo hidráulico.

A ação primordial, ou fundamental, do sistema é a cravação de elementos longitudinais dúcteis em

profundidade, pelo que a atenção recai sobretudo no martelo hidráulico, pois este tem que ter

características intrínsecas para se atingir a eficiência esperada.

O presente subcapítulo 3.4 irá expor as características dos equipamentos, tanto os responsáveis pela

cravação, como os pela injeção.

3.4.1. Equipamentos de cravação

O material de cravação reside na ação de um martelo hidráulico, que terá diferentes características

consoante o diâmetro e o tipo, via seca ou via húmida, da microestaca tipo TRM.

O diâmetro da microestaca condiciona o martelo hidráulico e o equipamento de grande porte, pois

dependendo da área transversal a cravar vai haver a necessidade de impor maiores, ou menores,

forças mecânicas na cabeça de cada secção tubular da microestaca.

A Tabela 3.3 apresenta valores de referência para as características dos equipamentos de cravação,

incluindo um tipo de escavadora, e valores que deverão ser superiores em projeto, pois estes foram

correlacionados com os critérios definidos pela microestaca, não tendo em conta o cenário

geotécnico. Contudo, há que ter presente que ao optar por escavadoras e martelos diferentes é

possível que não se alcance os desempenhos desejados.

30

Tabela 3.3 - Valores de referência para equipamentos de cravação, para os dois diâmetros de microestacas TRM [9]

Escavadora Martelo hidráulico

[ton]

Krupp/ Atlas Copco

Energia [j]

golpes / minuto

Comprimento [m]/ Peso [ton]

Ø118 25 HM1000/ MB1700

4020 320-600 2,0 / 1,7

Ø170 30 HM1500/ MB2200

4950 280-550 2,2 / 2,2

O género de microestaca TRM, via seca ou via húmida, condiciona apenas na escolha do tipo de

martelo hidráulico. A microestaca TRM por via húmida preconiza a injeção em simultâneo com a

cravação, deste modo, o martelo hidráulico será acoplado a um dispositivo que permita a injeção

simultânea com a cravação (Figura 3.13).

Figura 3.13 – Martelo hidráulico com adaptador de injeção

utilizado para a instalação de microestacas tipo TRM por via

húmida

Figura 3.14 - Batente de cravação seca para a instalação

de microestacas tipo TRM por via seca

Nas microestacas TRM por via seca executa-se a cravação primeiro do que a injeção, assim o

dispositivo de cravação poderá ser apenas um batente de cravação seca (Figura 3.14).

3.4.2. Equipamento de injeção

Os equipamentos necessários à injeção são: bomba de injeção e equipamentos de reserva de

micromicrobetão em obra.

A bomba de injeção deverá seguir requisitos que permitem a selagem e que não danifiquem a

integridade da microestaca e os requisitos técnicos são:

Potência de saída: 20 a 40 kW

Pressão de injeção: aproximadamente 75 bar

Capacidade da bomba: aproximadamente 20 m3/h

31

3.5. Carregamentos admissíveis

O sistema de fundações indiretas por cravação de microestacas TRM é indicado para resistir a

esforços de compressão, pois a ação de cravação impõe forças mecânicas de compressão muito

elevadas e a união macho-fêmea é uma ligação que apresenta um elevado desempenho neste tipo

de carregamento, pois os esforços de compressão coincidem com as forças de encaixe.

O presente subcapítulo reserva-se ao comportamento das microestacas tipo TRM, quando não estão

sujeitas a esforços de compressão, mas sim a outros tipos de esforços. A análise dos carregamentos

admissíveis é importante, pois prevê o comportamento do próprio sistema e permite melhorá-lo, com

a adição de novos materiais ou pela sua disposição em obra.

3.5.1. Carregamento dinâmico de compressão

O carregamento dinâmico de compressão é uma ação rápida isolada, ou uma solicitação com uma

natureza cíclica, de uma carga elevada. Este tipo de carregamento distingue-se do carregamento

standard admissível, carregamento estático de compressão, pois pode provocar problemas de fadiga

na junção entre tubos TRM.

A união macho-fêmea, preconizada pelas microestacas TRM, é uma mais-valia para o processo

construtivo, mas é o elo “fraco” da microestaca. Esta união é um “encaixe”, que não permite definir a

microestaca como um único elemento tubular longitudinal. Por outro lado, a união macho-fêmea é

projetada para ser uma união rígida, que consiga suportar o processo de cravação sem perda de

integridade estrutural. Denotar que o processo de cravação é semelhante a um carregamento

dinâmico de compressão

Estima-se que na montagem dos tubos tipo TRM, a união é solicitada, em aproximadamente,

2 000 000 ciclos de carregamento ciclico durante a cravação, o que indica que a microestaca terá que

ter a capacidade de resistir a esforços de fadiga de compressão [11].

Para validar a conclusão do parágrafo anterior, o laboratório de materiais “Landesgewerbeanstalt

Bayern” realizou testes de carregamento dinâmico às microestacas TRM, com especial atenção ao

sistema de união macho-fêmea. Os testes foram realizados em microestacas TRM com diâmetro de

118 mm e espessura de 9 mm (Ø118 x 9,0). Cada teste consiste na aplicação de um carregamento

dinâmico de compressão com carga máxima de 543 kN, amplitude de 500 kN, e 2 000 000 ciclos de

carregamento. Os resultados dos testes foram positivos, concluindo que tanto a microestaca como a

união macho-fêmea são capazes de suportar esforços de fadiga a que estão sujeitos. [11].

O mesmo estudo finaliza e aprova a análise do comportamento das microestacas TRM, ao

estabelecer um carregamento dinâmico admissível de 2σa = 100 N/mm2, para limitar a faixa de fadiga

das microestacas. O valor de σa corresponde à amplitude de variação de tensão no ensaio de fadiga.

Os valores absolutos das cargas dinâmicas admissíveis em tubos de ferro fundido dúctil apresentam-

se na Tabela 3.4.

32

Tabela 3.4 – Carga dinâmica admissível para cada microestaca TRM [11]

Microestaca (Ø x e)

[mm x mm]

Carga dinâmica de compressão admissível

[kN]

118 x 7,5 206

118 x 9,0 253

170 x 9,0 376

170 x 10,6 451

3.5.2. Esforços de tração

O processo de cravação das microestacas TRM, além de permitir a penetração da microestaca até à

cota pretendida, é a ação responsável pela junção na união macho-fêmea. A junção é estabelecida

pelo contacto das faces dos acopladores, onde há uma ação mecânica que aproxima as faces com a

capacidade de formar uma solda a frio. Este é um fenómeno muito aliciante na análise da capacidade

de esforços de tração, mas devido aos óxidos presentes na união, não tem um comportamento

previsível o que invalida o uso das microestacas TRM para resistir a esforços de tração [11].

A solução para permitir que as microestacas TRM resistam a esforços de tração, passa por adicionar

um elemento único, que por si só seja resistente a esforços de tração. Esta é uma solução que vai ao

encontro direto às “deficiências” do sistema face a esforços de tração e que não inviabiliza a rapidez

da execução do sistema.

O elemento adicional para resistir aos esforços de tração será introduzido no interior da microestacas,

após o processo de cravação e injeção serem dados como finalizados. Esta metodologia de

execução implica que o elemento terá de possuir área transversal menor que o tubo TRM e é

necessário contabilizar o comprimento de microestaca cravada no terreno, para introduzir o mesmo

comprimento de elemento de tração.

O material que tem as melhores características resistentes a esforços de tração é o aço, deste modo

o elemento poderá passar por um conjunto de cordões de armadura, ou num melhor cenário, uma

barra tipo GEWI®.

Ambas as soluções quando bem executadas têm resultados semelhantes, o problema reside na

facilidade de execução, onde o conjunto de cordões, por ser uma solução mais flexível, exige mais

atenção, pois requer a fixação na cabeça da microestaca até haver presa do microbetão que garanta

a verticalidade dos cordões.

As barras tipo GEWI® são escolhidas de acordo com a microestaca TRM; por exemplo, para a

microestaca Ø118 mm é inserido uma GEWI®-bar Ø50 mm, mas para a microestaca Ø170 mm é

adicionado uma GEWI®-bar Ø63,5 mm. Para ambos os exemplos, a carga admissível e o método de

montagem da GEWI®-bar são prescritos pelas normas das estacas GEWI

®, sendo que a única

33

condição do sistema de microestaca TRM é a utilização de acopladores de união nas barras, pois há

que ter atenção à relação de diâmetros interiores e exteriores do tubo da microestaca [11].

O dimensionamento da microestaca TRM à tração contabiliza, apenas, a armadura do elemento para

resistir ao esforço de tração, razão pela qual poderá não ser a melhor solução frente a outros tipos de

solução

3.5.3. Cargas horizontais

As cargas horizontais são aplicadas na cabeça da microestaca, pelo que, o comprimento da

microestaca instalada no terreno irá suportar essas cargas pela geração de momentos fletores. Este

fenómeno deve-se ao solo envolvente à microestaca, pois vai impedir a microestaca transladar, mas

permite, ou não, que a mesma sofra de flexão.

A flexão da microestaca é a resposta física da microestaca à imposição do solo. Esta poderá ser

flexível ou rígida, dependendo da natureza do solo e do tipo de microestaca, via húmida ou seca.

Uma resposta flexível poderá corresponder a microestacas TRM por via seca, que mobilizam

resistência de ponta, ou seja, a camada de suporte de carga, onde há um curto comprimento de

microestaca, é mais rígida do que as camadas superiores. Quando é aplicada a carga horizontal, e se

os solos das camadas superficiais forem muito fracos, a microestaca poderá ter um comportamento

flexível, com deformada semelhante a uma consola com carga aplicada na extremidade livre. Por

outro lado, a microestaca TRM por via húmida terá um comportamento mais rígido, pois a selagem

exterior aumenta a seção de inércia e o solo envolvente terá características semelhantes, ou seja,

não há uma elevado contraste de rigidezes, como nas microestacas TRM por via seca.

O cálculo dos momentos fletores, gerados pela carga horizontal, corresponde a uma armadura que

pretende aumentar a rigidez da microestaca para controlar a flexão, logo diminuir os deslocamentos

horizontais à cabeça da microestaca. As cargas horizontais podem gerar momento fletores, onde a

armadura de flexão é compatível com o tubo TRM. A Tabela 3.5 apresenta os valores de momentos

fletores admissível para cada microestaca TRM, para tensão de compressão igual a 213 N/mm2

instalada no ferro fundido dúctil [11].

Tabela 3.5 - Máximo momento fletor admissivel para cada microestaca, para a tensão de compressão instalada de 213 N/mm2

na secção da microestaca [11]

Tipo microestaca

[mm x mm]

Módulo de flexão

[cm3]

Máximo momento fletor

[kNm]

118 x 7,5 68 14,5

118 x 9,0 78 16,6

170 x 9,0 174 37,1

170 x 10,6 199 42,4

34

A aplicação de cargas horizontais elevadas pode impor deslocamentos horizontais na cabeça da

microestaca, que para estrutura, ou até mesmo a própria microestaca, não são admissíveis. Deste

modo, a solução passa pela inserção, no interior da microestaca, de uma barra com área

correspondente à armadura que resiste ao momento máximo gerado, situação semelhante à utilizada

nas microestacas à tração. A mesma situação pode ser resolvida pela implementação de duas

microestacas inclinada, onde os momentos fletores não serão expressivos, mas uma das

microestacas estará sujeita a esforços de tração.

3.6. Dimensionamento da microestaca tipo TRM

O dimensionamento das microestacas tipo TRM pressupõe o cálculo de duas capacidades

resistentes, interna e externa, sendo a de menor valor a mais condicionante.

A capacidade resistente interna da microestaca diz respeito à resistência intrínseca da fundação, ou

seja, explora as propriedades resistentes dos materiais, mas não há interação com o solo envolvente.

O seu cálculo pode ser denominado por dimensionamento estrutural e é limitado pela rotura da

microestaca.

A capacidade de carga exterior do sistema de fundações indiretas, por microestacas tipo TRM, traduz

as condições físicas e intrínsecas aos solos de fundação. Esta análise é intitulada por

dimensionamento geotécnico e é limitada pela rotura do solo.

O presente subcapítulo estuda os métodos de cálculo para o dimensionamento geotécnico e

estrutural das microestacas cravadas tipo TRM, quando solicitadas por esforços axiais de

compressão.

É de notar que, esforços que extrapolem a solicitação axial de compressão, como tração, esforço

transverso e momento fletor, não são objeto de estudo da presente dissertação, uma vez que se

pretende estudar o sistema de microestaca cravada TRM standard, sem adição de elementos de

reforço.

3.6.1. Dimensionamento Geotécnico (Estados Limites)

As microestacas cravadas tipo TRM mobilizam as cargas por resistência de ponta e/ou por

resistência lateral. Estas parcelas, que compõem a capacidade resistente última das microestacas,

dependem tanto da natureza dos solos envolventes, como do método construtivo da própria

fundação, tal como foi referido:

-microestacas por via seca: mobilização por resistência de ponta;

-microestacas por via húmida: mobilização, predominantemente, por resistência lateral e alguma

contribuição da resistência de ponta;

O dimensionamento geotécnico pressupõe demonstrar, que a fundação indireta tem capacidade de

carga superior às ações atuantes, sem comprometer a segurança á rotura nos seguintes Estados

Limites [19]:

35

-estados limites últimos de rotura da microestaca, por resistência à compressão deficiente (mínimo

valores entre a capacidade resistente do solo e a capacidade resistente intrínseca da microestaca);

-estados limites últimos de colapso/danos na estrutura suportada, por assentamento da microestaca;

-estados limites de utilização da estrutura suportada, por assentamento da microestaca;

O EC7 [5] estabelece que o dimensionamento das microestacas sob ações axiais deve prever o

cálculo da resistência de cálculo à compressão, Rc,d, da fundação pela expressão 3.1.

c,d= c,k

t= b,k

b s,k

s (3.1)

onde: Rc,d: resistência de cálculo de compressão

Rc,k: resistência característica de compressão

Rb,k: resistência característica de ponta

Rs,k: resistência característica lateral

ϒt: coeficiente parcial para capacidade resistente total de compressão

ϒb: coeficiente parcial para capacidade resistente de ponta

ϒs: coeficiente parcial para capacidade resistente lateral

Os coeficientes parciais diferem, tanto pela abordagem de cálculo, como pelos estados limites. Para

estados limite de serviço, os coeficientes parciais de resistência tomam o valor de 1.0. Por outro lado,

em estado limites últimos, é aconselhado para estacas em compressão os valores apresentados no

Anexo III.

O cálculo da capacidade resistente característica, Rc,k, Rb,k ou Rs,k, deve ser executado por base em

ensaios de carga ou métodos analítico, empíricos ou semi-empíricos, onde é aplicável a expressão

3.2, ou expressão 3.3, afetadas pelos coeficientes correspondentes (consultar Anexo III).

c,k=Min c médio

i; c min

ii (3.2)

c,k=min b s médio

i; b s min

ii (3.3)

onde: Rc: capacidade resistente total de compressão resultante do método de cálculo (ensaio de

carga ou métodos analíticos, empíricos ou semi – empíricos);

Rb: capacidade resistente de ponta resultante do método de cálculo (ensaio de carga ou

métodos analíticos, empíricos ou semi – empíricos);

Rs: capacidade resistente lateral resultante do método de cálculo (ensaio de carga ou métodos

analíticos, empíricos ou semi – empíricos)

i: coeficiente de correlação para fundação por estacas (Anexo III)

Segue-se uma breve explicação dos métodos de cálculo aconselhados por [5] e [10].

36

-Ensaios de carga estática;

O ensaio de carga estático numa microestaca, devidamente instrumentado, é capaz de fornecer o

valor mínimo, (Rc,)min, e médio, (Rc,)médio, da capacidade resistente última à compressão. Estes valores

permitem estimar o valor característico da capacidade resistente última à compressão, Rc,k, pela

equação 3.2.

O ensaio estático, também, permite estimar o valor característico da capacidade resistente de ponta,

Rb,k, e capacidade resistente lateral, Rs,k, de forma semelhante à equação 3.3, por meio de uma

instrumentação mais pormenorizada.

A norma [10] estabelece limite de carga aplicada à microestaca durante o ensaio de carga estático,

por aplicação da expressão 3.4.

Pmax=0,9 ft0,2k As (3.4)

onde: Pmax – carga máxima aplicada durante o ensaio de carga estático;

ft0,2k – tensão a 0,2% de deformação do ferro fundido dúctil (320 N/mm2);

As – Secção transversal do tubo de ferro fundido dúctil.

A expressão 3.4 limita as deformações plásticas à microestaca, fazendo com que o domínio de

suporte de carga não exceda 90% do limite elástico do ferro fundido dúctil, antes que esta entre em

serviço.

A mesma norma faz referência às cargas máximas aplicáveis a cada tipo de microestaca, durante a

realização do teste de carga estático, sem ultrapassar 90% do limite elástico do ferro fundido dúctil. O

uso de maciços de microbetão, na estrutura de reação, prevê que o carregamento axial seja superior

a 20% do definido em projeto do ensaio estático [20]. A Tabela 3.6 apresenta os valores de carga

máxima aplicável no ensaio de carga estático, calculados pela expressão 3.4.

Tabela 3.6 - Valores estabelecidos pela norma Z-34.25-202 de cargas máxima aplicada à microestaca TRM durante o teste de

carga estático [10]

Tipo de microestaca TRM Carga de compressão máxima

[kN]

Ø118,0 x 7,5 750

Ø118,0 x 9,0 890

Ø118,0 x 10,6 1030

Ø170,0 x 9,0 1310

Ø170,0 x 10,6 1520

37

As microestacas por via húmida podem contabilizar a selagem interior, incrementando a carga

máxima aplicada durante o ensaio de carga e calcula pela expressão 3.5:

Pmax=0,9 ft0,2k As 0,9 fck Ab (3.5)

onde: Pmax – carga máxima aplicada durante o ensaio de carga estático;

ft0,2k – tensão característica a 0,2% de deformação do ferro fundido dúctil (320 N/mm2);

fck – tensão característica de compressão da selagem interior

As – Secção transversal do tubo de ferro fundido dúctil;

Ab – Secção transversal da selagem interior.

A via húmida mobiliza resistência lateral, podendo esta ser contabilizada para a carga máxima (ver

secção 3.6.2.3). Porém, em situação de instabilidade por encurvadura da microestaca, quer por via

húmida ou via seca, a carga máxima deve ser calculada tendo em conta este mesmo efeito.

-Métodos analíticos, empíricos e semi-empíricos

O EC7 oferece uma alternativa ao cálculo do valor característico da capacidade resistente última da

microestaca, estabelecida na expressão 3.2, através de métodos deduzidos pela Teoria da

Plasticidade (expressão 3.6).

(3.6)

onde: qb,k : resistência característica de ponta por unidade de área

qs,k : resistência característica lateral por unidade de área

A resistência de ponta unitária e a resistência lateral unitária estimam-se por métodos aproximados

como: empírico (proposta de Terzaghi,1943); empírico-experimental (proposta de Berezantzev et al,

1961), correlações (ensaio SPT- método Aoki e Velloso,1975; ensaio CPT – método Aoki e

Velloso,1975; e método de Bustamante e Gianeselli,1983; ensaio pressiométrico: Fascicule 62-V).

É de ressalvar que, todos os métodos apresentados são válidos, quando comprovados por ensaios

estáticos em situações semelhantes.

- Ensaios dinâmicos e fórmulas dinâmicas;

Os ensaios dinâmicos efetuados em microestacas, para determinar a capacidade resistente última,

são sujeitos à validação por ensaios estáticos executados em envolventes geotécnicas semelhantes

e com fundações com características transversais semelhantes.

Caso, o ensaio seja preconizado com energias de cravação crescentes é possível analisar as curvas

representativas de tensões, logo, é possível avaliar, de semelhante forma, os valores característicos

da capacidade resistente de ponta e lateral.

As fórmulas dinâmicas, fórmulas com base em princípios energéticos, são restritas às estacas

cravadas, sendo teoricamente aplicadas a todos os tipo de estacas, e só podem ser aplicadas após

ser definida a estratificação geotécnica.

38

A aplicação destas fórmulas pressupõe muitas condicionantes, onde se destaca a falta de informação

sobre as perdas de energia do sistema por amortecimento do solo. É de notar que, o uso destas

fórmulas só é válido perante a comparação face ao ensaio estático executado em condições

semelhantes.

O EC7 permite o cálculo da capacidade resistente última da microestacas pela expressão 3.2,

apenas, quando a microestaca é cravada em solos sem coesão.

Entre os dois métodos é preferível recorrer aos ensaios dinâmicos, uma vez que estes eliminam a

incerteza das fórmulas dinâmicas perante a perda de energia do sistema de cravação e do

amortecimento do solo.

3.6.2. Dimensionamento estrutural

O dimensionamento estrutural de uma microestaca TRM estuda a capacidade máxima de suporte de

carga dos materiais constituintes, cuja rotura é traduzida pela incapacidade dos materiais de

suportarem os esforços gerados. Este cálculo aborda o estudo da:

Capacidade de carga da secção da microestaca (secção 3.6.2.1)

Estabilidade por encurvadura da microestaca (secção 3.6.2.2)

Capacidade de carga na selagem exterior, em microestaca por via húmida (secção 3.6.2.3)

3.6.2.1. Carregamento axial de compressão

A seção transversal da microestaca TRM, na fase final do processo construtivo, dispõe dos materiais

axissimetricamente, ferro no exterior e micromicrobetão no interior. É de notar que, para o presente

subcapítulo é realizada uma avaliação conservativa, ou seja, não se contabiliza a selagem exterior

enquanto resistência de compressão, mas sim na mobilização de resistência lateral.

O documento normativo EN14199 remete o cálculo estrutural das microestacas TRM para a norma

europeia Eurocódigo 4 – Projecto de estruturas mistas aço – microbetão (EC4), devido à sua

composição.

O cálculo da capacidade resistente de compressão, N, da microestaca TRM pelo EC4 segue a

metodologia utilizada no cálculo da resistência plástica à compressão de pilares mistos e elementos

comprimidos mistos. A mesma norma recomenda a utilização da expressão 3.7 para o referido

cálculo, onde se considera a secção oca cheia de microbetão e despreza-se a contabilização de

armadura ordinária [21].

d = .A .fcd .As.fyd (3.7)

onde:

Nd – carga de compressão de cálculo

Ab – área transversal de selagem interior, microbetão

As – área transversal do tubo de ferro fundido dúctil

39

fcd – tensão de cálculo da compressão do microbetão

fyd – tensão de cálculo cedência do ferro fundido dúctil à cedência

A tensão de cedência característica, fyk, do ferro fundido dúctil corresponde ao valor de tensão a 0,2%

de deformação plástica, valor que limita do comportamento elástico do ferro fundido dúctil. Assim, a

Tabela 3.7 apresenta os valores admitido para o presente cálculo, outras de classe de betão podem

ser admitidas, desde que a sua resistência de compressão característica seja superior a 25 MPa.

Tabela 3.7 – Valores intrínsecos do microbetão e do ferro fundido dúctil

Selagem C25/30 Ferro fundido dúctil

fck

[MPa]

fyk

[MPa]

25 320

A capacidade resistente de compressão da microestaca, quando inseridos os valores considerados

anteriormente, toma a forma apresentada pela expressão 3.8, onde o fator de segurança do

micromicrobetão e do ferro fundido dúctil é de 1,5 e 1,1, respetivamente.

d= , Ab 29 A (3.8)

A vantagem desta análise reside na previsão nos valores admissíveis à microestaca TRM, pois a

expressão 3.8 indica que a máxima tensão de compressão instalada no ferro fundido dúctil é de 291

N/mm2. [10]

A Tabela 3.8 apresenta valores da capacidade resistente de cálculo à compressão para microestacas

TRM.

Tabela 3.8 - Valores da capacidade resistente à compressão de cada tipologia da microestaca TRM, contabilizando a selagem

interior com microbetão de classe C25/30

Microestaca As

[mm2]

Ab

[mm2]

N

[kN]

118 x 7,5 mm 2604 8332 897

118 x 9,0 mm 3082 7854 1028

170 x 9,0 mm 4552 18146 1628

170 x 10,6 mm 5308 19557 1835

Carregamento axial de compressão versus corrosão

O ferro fundido dúctil pode apresentar um bom comportamento á corrosão, mas sendo um metal

continua a ser sujeito à corrosão, principalmente, se estiver em contato direto com agente corrosivos.

Tal como, foi referido, anteriormente, na presente dissertação, para as microestacas TRM é admitido

um máximo de corrosão de 3 mm, 1,5 mm em cada parede do tubo de ferro fundido dúctil, quer seja

microestaca por via húmida, quer seja por via seca.

40

As microestacas por via húmida têm a selagem exterior que faz barreira entre o tubo e o terreno

envolvente, sendo esta barreira íntegra e sem fendas, é possível admitir que a microestaca é

envolvida por uma capa alcalina e que a corrosão é improvável que ocorra. Para este caso, é

possível admitir a área transversal total da microestaca TRM, incluindo a selagem exterior, para

resistir às cargas.

Por outro lado, as microestacas TRM por via seca são mais suscetíveis à corrosão, pois estão em

contato direto com o terreno. A única situação onde as microestacas TRM por via seca não

considerarem a corrosão máxima de 3 mm, é quando estas são instaladas com carácter temporário,

ou seja, com tempo de vida de 2 anos no máximo, pois admite-se que nesse curto espaço de tempo a

corrosão ocorrerá de forma reduzida.

A corrosão é um fenómeno que diminui a área transversal resistente da microestaca, que se traduz

num decréscimo de 20% da capacidade de carga interior em relação à não ação da corrosão, logo é

fundamental conhecer este fenómeno ao longo da vida útil da microestaca.

A ação da corrosão em elementos metálicos é estudada, por diversas normas, em função do grau de

agressividade dos solos, com ou sem nível freático elevado. A EN 14199, norma utilizada em

Portugal para a execução de microestacas, indica taxas de corrosão para microestacas instaladas em

determinado terreno (Tabela 3.9).

Tabela 3.9 - Espessura sacrificada [mm] por ação da corrosão de uma microestaca TRM instala num tipo de solo [4]

Tipo de terreno Espessura sacrificada [mm] por ação da corrosão

5 anos 25 anos 50 anos 75 anos 100 anos

Solo natural sem contaminação 0 0,3 0,6 0,9 1,2

Solos naturais contaminados e solos

industriais 0,15 0,75 1,5 2,25 3

Solos naturais agressivos (Exemplo:

pântano) 0,2 1 1,75 2,5 3,25

Aterros (fills) não compactados e não

agressivos (Exemplo: argila, areia) 0,18 0,7 1,2 1,7 2,2

Aterros não compactados e agressivos

(Exemplo: cinzas, escória) 0,5 2 3,25 4,5 5,75

Face à informação da Tabela 3.9, fornecida pela EN 14199, e pela imposição de espessura

sacrificada máxima de 1,5 mm, recomendada pela norma Z-34.25-202, é evidente que as

microestacas TRM não são recomendadas para todos os tipos de solos, e que o estudo da ação de

corrosão é fundamental para garantir a segurança da solução no seu período de vida útil.

41

O documento técnico unificado DTU 13-2, utilizado na França para o cálculo de fundações que

atualmente é substituído pelo EC7, contém uma secção que visa o fenómeno de corrosão nas

fundações. O DTU 13-2 aborda a ação da corrosão por duas análises:

-espessura sacrificada por ano de exposição à ação de corrosão [mm/ano] (Tabela 3.10);

-espessura sacrificada por período de exposição [mm] (Tabela 3.11)

Tabela 3.10 - Espessura sacrificada por ano [mm/ano] de exposição à corrosão, DTU 13-2 [11]

Tipo de terreno

Espessura sacrificada por anos de

exposição à ação corrosiva [mm/ano]

25 anos 50 anos 75 anos 100 anos

Solo pouco agressivo 0,010 0,006 0,005 0,004

Solo moderadamente agressivo 0,040 0,024 0,018 0,016

Solo agressivo 0,100 0,060 0,045 0,040

Tabela 3.11 - Espessura sacrificada por período de exposição à corrosão, DTU 13-2 [11]

Tipo de terreno

Espessura sacrificada por período de

exposição à ação corrosiva [mm]

25 anos 50 anos 75 anos 100 anos

Solo pouco agressivo 0,25 0,60 0,70 0,80

Solo moderadamente agressivo 1,00 1,60 2,00 2,50

Solo agressivo 2,50 4,00 5,00 6,00

O Anexo IV apresenta o estudo da evolução de carga para as espessuras sacrificadas definidas por

DTU 13-2.

Em suma, a Tabela 3.12, apresenta as cargas de compressão admissíveis calculadas por diversos

documentos normativos, onde é possível visualizar discrepâncias entre valores para o mesmo tipo de

microestacas, justificadas pela utilização de diferentes coeficientes de segurança.

É de notar que, os valores da Tabela 3.12 correspondem a microestacas instaladas numa envolvente

geotécnica onde não é provável haver o fenómeno de encurvadura.

42

Tabela 3.12 - Cargas de compressão admissível avaliadas por normas técnicas [10] [12]

Z-34.25-202

ETA - 07/0169 2)

Sem ação de corrosão

1,5 mm de espessura

sacrificada por corrosão

Tipo de microestaca TRM [kN] [kN] [kN]

118,0 x 7,5 507 521 411

118,0 x 9,0 605 616 507

170,0 x 9,0 951 910 752

170,0 x 10,6 1106 1062 903

2) Norma técnica Europeia [12]

3.6.2.2. Instabilidade por encurvadura

O fenómeno de encurvadura é um comportamento característico de elementos esbeltos sujeitos a

cargas axiais de compressão, sem imposição transversal. O dimensionamento estrutural realizado

anteriormente não contabilizou este efeito, que deve ser estudado quando as microestacas são

instaladas em solo com resistência de corte não drenada, cu, menor do que 10 kPa [4].

A análise estrutural realizada na seção 3.6.2.1 é afetada pelo fenómeno de encurvadura por um fator

de redução , onde o calculo é remetido ao Eurocódigo 3 [22] e passa pela expressão 3.9.

d= d (3.9)

onde:

’d – Resistência à encurvadura;

Nd – Carga de compressão admissível;

– Coeficiente de redução de encurvadura relevante;

O valor está correlacionado com a esbelteza da microestaca e o seu cálculo é realizado pelos

seguintes passos [22]:

Cálculo do comprimento de encurvadura l0;

Cálculo da esbelteza normalizada : - =

; (3.10)

- =l0

i (i- raio de giração); (3.11)

- = E

fy; (3.12)

43

Fator de imperfeição, α (curva de dimensionamento) – Figura 3.15

Figura 3.15 - Fatores de imperfeição para as curvas de encurvadura (adaptado [22])

Cálculo : =

2- 2 -, onde =0,5 α -0.2

2 (3.13)

Em alternativa ao último passo, o valor de pode ser estimado pela consulta do gráfico presente na

Figura 3.16

Figura 3.16 - Curvas de encurvadura: coeficiente de redução , (eixo vertical) - esbelteza normalizada, , (eixo horizontal)

[23]

Face à metodologia de cálculo, não é possível indicar valores de ’ para cada tipologia da

microestaca tipo TRM, pois existe uma dependência com as condições de extremidade, influenciando

o comprimento de encurvadura.

É de notar que, o cálculo anterior não contabiliza o solo envolvente, e é realizado para elementos

lineares de elevada esbelteza. Esta análise pode ser um cálculo extremamente conservativo para

microestacas instaladas em solos “moles”, ou em terrenos cársicos.

O comportamento das microestacas carregadas axialmente é objeto de estudo da Dissertação [24],

onde se analisa a influência da esbelteza no comportamento das microestacas. Este documento

bibliográfico faz uma análise completa do modelo do cálculo da carga critica, Pcr, momento em que a

microestaca instabiliza por encurvadura.

A carga crítica calcula-se pela seguinte expressão (3.14):

Pcr= 2E

l2

Esl2

2 (3.14)

onde:

EI – rigidez de flexão da microestaca;

l – comprimento da microestaca, confinada pelo solo;

44

Es – módulo de deformabilidade do solo que confina a microestaca.

A expressão 3.15 contabiliza a encurvadura de colunas, pela equação de Euler, e o confinamento do

solo. Novamente, não é possível estabelecer valores para a carga crítica de cada microestaca tipo

TRM, pois o cálculo é dependente de muitos fatores variáveis, como o comprimento instalado e a

envolvente geotécnica.

3.6.2.3. Atrito lateral

A capacidade de resistência à compressão das microestacas por via húmida deve verificar se a razão

da carga transmitida por atrito lateral, Ev.d (expressão 3.15), não é superior à tensão tangencial de

cálculo entre o ferro fundido dúctil e o micromicrobetão, Rv,d (expressão 3.16).

Ev,d=Ed

d s,d (3.15)

onde: Ed – Carga de cálculo numa microestaca

Rd – Resistência de cálculo da microestaca proveniente da capacidade de carga exterior

(secção 3.6.1)

Rs,d – Percentagem da Rd mobilizada por resistência lateral (para situações que não seja

possível determinar Rs,d pode-se admitir Ev,d = Ed)

(3.16)

onde: – Tensão tangencial de cálculo da selagem exterior (expressão 3.17);

d – Diâmetro do tubo de ferro fundido dúctil;

Leff – Comprimento efetivo da microestaca, subtraindo a zona de união entre tubos;

,d= ,k

M,v

k h (3.17)

onde: ,k=0,32 mm2

ϒM,v – Fator parcial de segurança de 2,1 [10]

k - Coeficiente de fricção entre microbetão e o ferro fundido dúctil

σh – menor valor característico da tensão horizontal do solo na microestaca [N/mm2]

3.7. Faseamento Construtivo

O processo construtivo é uma sequência de fases, que deve ser bem definida, e executada, para que

a microestaca de ferro fundido dúctil cravada se comporte como desejado. O mau planeamento

construtivo das microestacas TRM, para além de traduzir um mau comportamento em serviço, vai

originar elevados custos e vai obrigar uma reorganização de projeto de fundações, no caso do

suporte mínimo projetado não ser alcançado, ou seja, mais tempo e mais custos.

45

a) Plataforma de Trabalho

A plataforma de trabalho é necessária para garantir a segurança dos trabalhos, como permitir a

passagem e suporte dos equipamentos e operadores. Esta plataforma pode ser de carácter definitivo,

com as vantagens de atingir as cotas de projeto.

b) Inspeção dos tubos TRM

Numa fase preliminar ao processo construtivo da microestaca TRM, é realizada uma inspeção aos

tubos TRM, para confirmar a ausência de danos e a geometria das mesmas, tal como propões a

norma Z-34.25-202. Cada tubo deve chegar ao estaleiro com o respetivo certificado onde está

registrado [10]:

- Número de identificação do organismo de certificação;

- Nome e morada, ou identificação, do produtor;

- Últimos dois dígitos do ano em que o símbolo CE foi afixado;

- Número do documento de aprovação técnica Europeia;

- Substâncias perigosas;

- Tipo de tubo de microestaca (diâmetro nominal exterior);

- Espessura nominal do tubo.

c) Preparação do 1º tubo TRM

O primeiro passo para instalar a microestaca no solo é equipar o primeiro tubo TRM com a sapata e

posicionar o conjunto no ponto, onde, é desejado transmitir forças ao substrato “firme” (Figura 3. 7).

O transporte do tubo, equipado com a sapata, pode ser realizado com o auxílio da escavadora, mas o

posicionamento deve ser garantido por um técnico à superfície.

A força mecânica do martelo hidráulico, além de forçar a penetração do tubo no terreno, garante a

união do tubo com a sapata, ou seja, também é possível posicionar a sapata no terreno e,

posteriormente, unir o tubo à sapata, deixando a cravação fazer todo o processo de união entre os

dois componentes. O processo de cravação é iniciado em seguimento à validação da implantação da

microestaca, e deve permitir, sempre que possível, que o martelo hidráulico seja colinear com o eixo

do tubo TRM (Figura 3.18).

46

Figura 3.17 - Posicionamento do primeiro tubo TRM

equipado com a sapata [11]

Figura 3.18 - Cravação do primeiro tubo da microestaca TRM

[11]

d) Adição de novos tubos TRM

A cravação do tubo M é finalizada quando, apenas, a união “fêmea” fica destacada da superfície.

Prossegue-se os trabalhos com a adição de um novo tubo TRM, como exemplifica a Figura 3.19, e

repete-se o processo até se atingir a cota pretendida, ou a capacidade de suporte de carga

compatível com a carga atuante de projeto (Figura 3.20).

Figura 3.19 - Adição de um tubo TRM à microestaca

solicitando a união macho-fêmea [11]

Figura 3.20 – Cravação de novos tubos TRM à

microestaca até atingir a cota pretendida [11]

A norma Z-34.25-202 estabelece um comprimento mínimo de penetração na camada de suporte

corresponde a 3 m, que pode não ser alcançado em microestacas TRM a funcionar por resistência de

ponta, ou quando a cravação é totalmente impedida, sendo a capacidade de carga da microestaca

sujeita a confirmação por meio de ensaios de carga. No caso, da cravação atingir os critérios de

paragem definidos em projetos e contabilizados por um técnico em obra, pode-se proceder de forma

semelhante ao se fosse totalmente impedida.

Face à natureza dos trabalhos de cravação, recomenda-se que em obra haja um controlo de

verticalidade, ou inclinação de projeto, durante o processo de cravação.

47

e) Correção do comprimento da microestaca

Quando a microestaca instalada atinge os critérios de projeto, dá-se a conclusão do processo de

cravação. Na eventualidade de haver à superfície excedente de tubo TRM, procede-se ao corte do

mesmo e utiliza-se o excedente como primeira seção tubular da próxima microestaca. O excedente

de tubo é reutilizável quando apresenta comprimento superior a 1 m.

O corte do tubo excedente é realizado por uma rebarbadora e segue uma metodologia que visa a

uma superfície de corte lisa, que permita uma ligação efetiva com as placas de distribuição. A

rebarbadora realiza um corte perpendicular ao eixo longitudinal da microestaca e com dimensão

semelhante a metade da área do tubo de ferro fundido. Este pequeno corte permite que, com uma

força horizontal na cabeça da microestacas, promovida pela escavadora, por exemplo, dá origem à

superfície lisa desejada.

f) Injeção

A injeção é realizada depois de instalar e corrigir todas as microestacas, no caso da execução de

microestacas TRM por via seca. Para microestacas TRM por via húmida a injeção é realizada durante

a cravação, tal como as imagens anterior a este subcapítulo exemplificam.

Para atingir uma selagem interior bem executada, a injeção deve ser realizada da cota mais baixa até

à superfície.

g) Conexão microestaca-estrutura

A fase que finaliza a execução de uma microestaca é a fixação das placas de distribuição no

respetivo coroamento.

A fixação da placa de distribuição na cabeça da microestaca pode ser colocada logo após a

cravação, processo via húmida, ou mais tarde, processo via seca. O fator que garante a fixação

correta é a saída de microbetão ao colocar a placa de distribuição na cabeça da microestaca, pois o

microbetão será o elemento de ligação entre os dois elementos.

As imperfeições desejadas à cabeça da microestaca, quando instalada no terreno são:

- desvio da posição: ± 8 cm

- desvio na inclinação: ± 3º

h) Execução da próxima microestaca

As novas microestacas TRM seguem a mesma metodologia descrita até agora, mas deverão estar

afastadas de microestacas já instaladas, no mínimo, a 0,5 m para microestacas Ø 118 mm, ou 0,7 m

para microestacas Ø 170 mm, como estipulado pela norma [10].

3.8. Campos de Aplicação

O sistema de fundações indiretas não visa apena a solução para um tipo de construção, mas

generaliza a sua ação a todos os campos da engenharia civil, desde que haja a necessidade de

transferir as cargas superficiais a um substrato “firme”, que não está à superfície.

48

As microestacas TRM têm um variado leque de campos de utilização, pois a sua esbelteza e o leve

equipamento de instalação versátil permitem o alcance desejado em inúmeras situações

A típica função que as microestacas executam é o suporte de tubagens. É possível admitir que esta

seja a primeira função desempenhada pelas microestacas TRM, apesar de não haver registros que o

comprovem. Esta suposição segue em linha direta com a empresa que desenvolveu as microestacas

TRM, Tiroler R hren- und Metallwerke, que explora, essencialmente, gasodutos e abastecimento de

água. A própria empresa refere no seu site de apresentação [25], que com o aumento da população é

necessário estender os serviços de gás e água por terrenos de má qualidade, e as microestacas

permitem a montagem precisa do tubos em selas, projetadas, especialmente, para as microestacas

TRM, sem estarem sujeitas a assentamentos. A Figura 3.21 ilustra uma sela de cabeça para a

microestaca TRM, assim como, a solução por cravação das mesmas.

Figura 3.21 - Suporte de canalizações/gasodutos por um acoplador próprio (direita), oferecendo o apoio pontual do tubo

(esquerda) [18]

Os serviços de comunicações e de eletricidade realizados por antenas, ou mastros, flexíveis e leves,

também são passíveis de suporte por microestaca TRM dispostas em linha aberta. As antenas, ou

mastros, podem assentar em pequenas fundações singulares, como exemplifica a Figura 3.22, onde

as microestacas TRM transferem as cargas a um substrato competente. A vantagem, além da rapidez

de execução, está na simplicidade das fundações singulares, sem a necessidade de lintéis de

travamento para evitam a distorção da estrutura suportada, pois as microestacas TRM oferecem uma

solução de suporte precisa sem assentamentos significativo à estrutura [11].

Figura 3.22 - Solução das microestacas TRM para estruturas singulares, leves, flexíveis e disposta em linha aberta [18]

49

Na área mais comum da construção civil, edificações, as microestacas oferecem uma solução efetiva

para uma gama de cargas de serviço de 500 kN a 1300 kN. É uma solução que pode abranger

edifícios para fins residenciais, como fins industriais, ou até mesmo, para fundações de silos. As

figuras (Figura 3.23) abaixo ilustram estas três hipóteses.

Figura 3.23 - Ilustração da solução oferecida pela cravação de microestacas TRM para edifícios residenciais (esquerda),

edifícios industriais (centro) e silos (direita) [18]

Os equipamentos e o pequeno diâmetro das microestacas permitem trabalhar em locais de pouca

mobilidade, o que promove a utilização das microestacas TRM no reforço de fundações. Esta solução

é representada na Figura 3.24, onde se representa dois possíveis reforços com as microestacas. O

da esquerda recorre à furação da própria sapata e a esquerda pressupõe a execução de uma

plataforma de ligação entre a fundação existente e o reforço, neste caso as microestacas TRM.

Figura 3.24 - Soluções possíveis no reforço de fundações com a utilização de microestacas TRM [9]

A estabilização de taludes é um problema de engenharia que as microestacas TRM podem resolver,

mas encontram-se condicionadas à inclinação de projeto, pois as microestacas TRM só são

eficientes, e só devem ser instaladas, até uma inclinação de 45º, valor estabelecido pela norma [10].

A Figura 3.25 apresenta a solução de estabilização por pregagem de microestacas TRM na

estabilização de um taludes e de uma superfície de deslizamento, onde se conclui que as

microestacas são versáteis na estabilização de taludes.

50

Figura 3.25 - Estabilização de taludes TRM (direita) e de estabilização superfícies de deslizamento (esquerda) por pregagem

de microestacas TRM [18]

A aplicabilidade das microestaca estende-se também à estabilização de fundo na execução de

escavações com nível freático elevado, em vez da execução de tampões de fundo (Figura 3.26). O

tampão de fundo exige uma elevada espessura, e há a necessidade de betonagem por fase e espera

da respetiva presa. A utilização das microestacas, por substituição a um tampão de fundo muito

espesso, oferece uma elevada rapidez de execução; pois as microestacas TRM podem ser

carregadas, imediatamente, após o processo construtivo [11].

Figura 3.26 - Estabilização de fundo com microestacas TRM, em escavações com nível freático elevado [9]

Na área de vias de comunicação, as microestacas também são utilizadas como fundação,

estabilização e, até mesmo, como reforço de estrada. Esta vertente abrange as estradas, linhas

ferroviárias e viadutos/pontes (Figura 3.27).

Figura 3.27 - Microestacas TRM como solução no encontro do tabuleiro de ponte, ou viaduto, com o solo [9]

Em suma, as microestacas TRM são versáteis na sua aplicabilidade no mundo da engenharia civil,

atuando na implantação de serviços à sociedade (água, luz, gás), satisfazendo as necessidades face

51

ao estabelecimento de comunidades em solo superficiais fracos, na construção de edifícios, tanto

residenciais como industriais. Atua, também, na restauração de edifícios, pelo reforço de fundações,

e até mesmo, na estabilização de fundo na situação de construção de caves com nível freático

elevado. E por último, são aplicáveis nas vias de comunicação tanto como fundações, estabilizações

ou reforços.

3.9. Principais vantagens e desvantagens

O sistema de fundações indiretas por microestacas cravadas de ferro fundido dúctil é um sistema

versátil e de fácil aplicabilidade ou instalação. Como todos os sistemas de fundações indiretas têm as

suas vantagens, que o tornam competitivo com sistemas mais tradicionais, e desvantagens que

delimitam a sua utilização, impedindo-o de atuar em todos os problemas de fundação indireta.

As principais vantagens das microestacas TRM residem na economia e na praticabilidade do sistema:

-Elevado desempenho da microestaca cravada

A microestaca cravada pressupõe tubos de ferro fundido dúctil pré-fabricados, que traduz uma

segurança ao sistema, devido ao controlo feito aos elemento tubulares, tanto em fábrica, como em

obra. Por outras palavras, ao cravar peças pré-fabricadas, que são submetidas a um rigoroso controlo

de qualidade na produção, há uma maior confiança nas características finais da fundação indireta,

não há problemas de recobrimento mínimo, continuidade da fundação e integridade do material, ou

seja, mistura de microbetão com o solo envolvente, ou até mesmo, fuga de injeção.

A injeção da microestaca TRM incrementa a resistência à compressão e, ao ser conjugada com a

cravação e com os componentes próprios, consegue mobilizar resistência de ponta e resistência

lateral.

-Tubo TRM com comprimento standard 5 m

Os tubos TRM têm uma medida fixa facilitando todo processo construtivo da microestaca TRM, pois

são fáceis de transportar, armazenar, manusear, requerem equipamentos leves e versáteis, permitem

a rápida sucessão de elementos durante a cravação.

-Ferro fundido dúctil

A matriz interna do ferro fundido dúctil traduz uma elevada capacidade de resistência ao impacto,

elevada ductilidade e amortecimento à vibração. O ferro fundido dúctil apresenta boas características

na resistência à corrosão, dando à microestacas a possibilidade de serem instaladas com o carácter

de permanente.

-União macho-fêmea

A ligação macho-fêmea é fácil e rápida, não necessita nem de acopladores, nem de equipamentos

especiais, sendo a ação de cravação responsável pela conexão.

A conexão permite uma montagem contínua por meio de uma junção rígida, com uma sucessão

muito rápida onde não se exige trabalhos extras na cabeça das microestacas, como o saneamento de

cabeça, e permite que as microestacas atinjam um nível independente da plataforma de trabalho.

52

-Máquinas leves e manobráveis

As máquinas leves e manobráveis para a execução de microestacas TRM oferecem operacionalidade

em espaços restritos e/ou de difícil acesso. Tendo, também, a vantagem de económica em obra,

frente a outros equipamentos de sistema de fundações indiretas, como estacas moldadas.

-Rapidez de instalação

A rapidez de instalação é uma vantagem que faz desse sistema muito competitivo, pois consegue

atingir taxas de instalação de 400 m por dia.

O processo construtivo é muito rápido e fácil, pois consiste em cravar secções tubulares de pequeno

diâmetro, com união muito rápida e a cabeça de estaca é simplificada a uma placa de distribuição.

-Baixa vibrações e poluição sonora durante a cravação

As microestacas TRM são um sistema que é executado com baixas vibrações e com produção

sonora idêntica a qualquer ruido de um local de construção. A ação da cravação impossibilita um

processo silencioso, mas monitorizações realizadas em obras, para analisar o nível sonoro e

vibratório, apontam para valores moderados para ambos os casos, indo em oposição a muitos

preconceitos generalizados sobre os sistemas de cravação [11].

-Carregamento imediato

As microestacas tipo TRM que mobilizam resistência de ponta podem ser carregadas imediatamente

após a sua instalação no solo, uma vez que a microestaca possui no mínimo a capacidade carga

correspondente às forças mecânicas induzidas pelo martelo hidráulico.

-Sem desperdício de material

O sistema de microestacas TRM, pelo design dos componentes de ponta, prevê o aproveitamento

total dos tubos, ou seja, é possível utilizar excedentes de tubos TRM como primeira secção de uma

nova microestaca. A economia deixa de estar presente para excedentes inferiores a 1 m, pois o

tempo necessário à sua instalação acarreta custos em mão-de-obra, que tornam a sua utilização

economicamente pouco atrativa.

-Otimização do comprimento da microestaca

O comprimento da microestacas definido em projeto pode ser modificado no decorrer dos trabalhos

de instalação da microestaca no solo, pois as taxas de cravação irão permitir identificar se a

profundidade alcançada possui as características desejadas, que proporcionam a capacidade de

carga desejada contemplada em projeto.

- Resistência Lateral

As microestacas por via húmida têm a particularidade de suportar os carregamentos impostos por,

essencialmente, resistência lateral e por resistência de ponta. A expressividade da resistência lateral

é dependente do tipo de solo, mas o processo, simultâneo, da injeção e cravação permite criar uma

superfície rugosa em, quase, todos os tipos de solos (Figura 3.28).

53

Figura 3.28 - Ábacos da resistência lateral produzida por microestacas, via húmida, em solos argilosos e solos granulares [15]

Esta vantagem técnica está associada a comprimentos de instalação económicos, pois a microestaca

adapta o respetivo comprimento à respetiva envolvente geotécnica.

-Amigo do ambiente

O fabrico de tubos TRM, tem por base a utilização de sucata de ferro. Atualmente este processo

representa uma valorização de 10% do mercado de sucata austríaco, o que permite um alívio da

pressão exercida nos recursos naturais disponíveis. [18]

As principais desvantagens vêm no sentido de condicionar a sua utilização face a determinadas

características do solo de implementação, bem como os esforços a que este componente estará

sujeito. Estas condicionantes são:

- Inclinação de instalação até 45º

As microestacas TRM apresentam bom comportamento para uma inclinação de instalação inferior a

45º, pois inclinações superiores inviabilizam a rigidez de conexão da união macho – fêmea.

- Corrosão

O ferro fundido dúctil apresenta características resistentes à corrosão, mas, o mesmo, apenas

contempla 1,5 mm de espessura sacrificada por corrosão, por parede do tubo TRM, o que poderá não

ser compatível com o terreno. Tal deverá ser objeto de estudo, com o objetivo de prever a decadência

da capacidade resistente face à taxa de corrosão ao longo da sua vida útil

54

-Solos sem obstrução à cravação

A cravação não apresenta bons rendimentos, e pode até ser inviabilizada, em solos duros ou rochas,

sendo inviável em solos com elementos pedregosos. Este mesmo processo promove à alteração da

camada de suporte, devido às pressões exercidas durante o processo construtivo, tanto pela força

mecânica do martelo hidráulico, bem como da injeção preconizada por via húmida.

- Cargas verticais

A economia da solução por microestacas TRM é relevante para suporte de esforços de compressão,

outros esforços, como de tração, promovem à adição de elementos estruturais no interior da

microestaca TRM, que encarecem a solução

55

4. Caso de Estudo

4.1. Enquadramento

O presente capítulo estuda as microestacas cravadas, tipo TRM, como solução para fundações

indiretas na construção da nova igreja Nossa Senhora dos Navegantes (INSN), situada no Passeio

dos Heróis do Mar, zona Norte do Parque das Nações, junto ao rio Tejo (Figura 4.1).

Figura 4.1 - Vista aérea da área de implantação [26]

A INSN é uma recente realidade na freguesia do Parque das Nações, que vem consolidar a

comunidade ribeirinha gerada pela Expo 98. A mesma é composta por três edifícios: centro paroquial,

a Poente, auditório, a Nascente, e igreja, ao centro. Estes edifícios partilham de uma mesma cave,

único piso enterrado, e totalizam, no máximo, três pisos elevados (Figura 4.2).

Figura 4.2 - Desenho técnico da vista aérea de Sudoeste da Igreja Nossa Senhora dos Navegantes [27]

A empresa “OA4 Engenharia” elaborou o projeto de estabilidade dos edifícios, encaminhando as

cargas por duas tipologias [27]:

- Edifícios a Poente e a Nascente: Pilares, paredes resistentes (núcleo de escada e núcleo de

elevadores) e lajes;

- Igreja: quatro pórticos em arco, paralelos dois a dois e ortogonais entre si, e, na tardoz da Igreja,

torre sineira com 40 metros de altura;

56

Ao nível do solo, as cargas são transmitidas, diretamente, das estruturas para o solo de fundação por

maciços de encabeçamento e vigas de microbetão armado, em toda a área de implantação. Uma vez

situada na frente fluvial conquistada ao rio durante a construção da Expo 98, o projeto de fundações

irá exigir uma solução indireta, pois o aterro superficial é muito descomprimido, logo fraco para

suporte de carga, e, subjacente a este, existe uma camada de aluvião.

O projeto de fundações teve como proposta inicial a solução de “Cutter Soil Mixer”, em painéis CSM

retangulares com dimensões 2,40 m x 0,55 m com perfis HEB160 e HEB200 [27]. Esta é uma solução

de melhoramento do solo com adição de calda de cimento, injetada sob pressão, que mostrou um

elevado sucesso na construção do colégio Pedro Arrupe, situado na proximidade da INSN.

Face a problemas fora do âmbito da engenharia civil geotécnica, a solução “Cutter Soil Mixer” não foi

executada, tendo a empresa “Jetsj” elaborado uma solução alternativa recorrendo à cravação de

microestacas TRM.

As prospeções executadas para suporte do Projeto Base viabilizaram o dimensionamento de

microestacas cravadas, tipo TRM, com comprimentos entre 20 a 30 metros, que não foram atingidos

no decorrer da obra, uma vez que a cravação foi impedida, aproximadamente, aos 12 metros de

profundidade por uma camada muito rija.

As microestacas instaladas, com comprimento inferior ao dimensionado, foram sujeitas a uma

validação, tanto geológica por uma campanha de prospeção complementar, como de capacidade de

carga, pela execução de um ensaio de carga estático (Figura 4.3).

Figura 4.3 - Ortofotomapa da área de implantação da Igreja Nossa Senhora dos Navegantes, onde se localiza os furos

sondagens de prospeção executadas pela "Geocontrole" (S1;S2;S3;S4), e, pela "Tecnasol" (SC1;SC2;SC3;SC4) e, de forma

complementar a localização da microestaca sujeita ao ensaio de carga prévio (EC) (Adaptado [29])

Os trabalhos complementares provaram que a solução por microestacas tipo TRM, com comprimento

de instalação na ordem dos 12 metros, é uma solução compatível com os esforços provenientes da

57

estrutura. Em todo o caso, foi preconizada a instalação de duas microestacas tipo TRM, em vez de

uma única, pois todo o material já estava em estaleiro.

Para o capítulo os elementos de base são as campanhas de prospeção executadas no local, quer a

realizada, inicialmente, pela empresa “Geocontrole” [28], quer a complementar executada pela

empresa “ ecnasol FGE” [29]. Estes servem de elementos base para os resultados do Ensaio de

carga prévio [15], e o projeto de execução de estruturas e fundações elaborado pela “OA4

Engenharia” [27].

4.2. Condicionamentos Geológicos e Geotécnicos

Caracterização Geológica

A caracterização geológica da zona de intervenção, obra em estudo, pode ser estudada pela Carta

Geológica de Portugal, folha 34-B Loures. Esta mesma carta permite dividir o cenário geológico em

três grupos: Aterros (Contemporâneo); depósitos aluvionares (Holocénico); substrato sedimentar

(Miocénico) (Figura 4.4).

O substrato Miocénico é caraterizado por três tipos de solo: areolas de braço de Prata; areolas de

Cabo Ruivo; e calcários de Marvila (Figura 4.5).

Figura 4.4 - Enquadramento geológico geral da INSN;

(sem escala) -Carta Geológica de Portugal, folha34-B

Loures, esc.: 1:50 000 (adaptado [28])

Figura 4.5 - Enquadramento geológico da INSN; (sem

escala) - Carta Geológica de Portugal, folha34-B Loures,

esc.: 1:50 000 (adaptado [29])

A análise da Carta Geológica de Portugal, pela Figura 4.4 e Figura 4.5, segue a seguinte legenda:

a: Aluviões e/ou aterros

MT: Substrato Miocénico

MBP: Areolas do Braço de Prata

MCR: Areolas de Cabo Ruivo

MMv: Calcário de Marvila

A evolução da ocupação do território, também, é importante para entender as características dos

solos, principalmente do aterro superficial, construído durante as obras da Expo 98.

58

A Expo 98 foi um projeto iniciado em 1992, ano em que foi aceite a candidatura, e contabiliza uma

zona de intervenção com 5 km de frente fluvial e com 350 hectares, onde apenas 50 hectares são

restritos para recinto expositivo e, cerca de, metade da área é pensada para edifícios residenciais

[30]. Em 1992, esta extensão ribeirinha é, predominantemente, uma área industrial, fortemente

contaminada, pois é ocupada pelas infraestruturas (Figura 4.6): Refinaria da Petrogal e depósitos de

produtos petrolíferos, Matadouro Industrial de Lisboa, Depósito Geral de Material de Guerra, Estação

de Tratamento de Águas Residuais, Aterro Sanitário de Beirolas, Estação de Tratamento de Resíduos

Sólidos de Beirolas, Diversas Instalações Portuárias e Armazéns [32].

Figura 4.6 - Zona de intervenção da Expo 98 em 1992 (Adaptado [31])

Esta forte ocupação industrial contaminou os solos superficiais, pelo que, foi necessário uma

descontaminação dos solos, por remoção destes, e efetuou-se um aterro heterogéneo, de natureza

silto-argilosa, arenosa e argilo-arenosa, protegidos inferiormente por um geotêxtil, para impedir

imigração de finos (Figura 4.7). Este aterro é de espessura variável para compensar o declive natural

da margem ao encontro com o rio. Devido às demolições executadas, é possível também encontrar

detritos de alvenaria ou, mesmo, vestígios de madeira [28].

Figura 4.7 - Pormenor do aterro executado durante as obras da Expo 98, onde é visível a manta geotêxtil como barreira inferior

às pequenas partículas do aterro

59

Caracterização Geotécnica

A caracterização geotécnica tem por base as campanhas de prospeção realizadas tanto pela

“Geocontrole”, como pela “ ecnasol”, tendo por objetivo caracterizar e descrever as formações

geológicas, localizadas em profundidade na zona em estudo, e estabelecer, o mais corretamente

possível, o nível freático. De forma complementar, os estudos realizados nas duas campanhas, inicial

e complementar, estão presentes no Anexo V.

- Zonamento Geotécnico

O zonamento geotécnico (ZG) é uma interpretação das camadas em profundidade, e tem por base a

prospeção geotécnica que visa um modelo de cálculo mais próximo da realidade.

Nas campanhas de prospeção intersectou-se as formações litológicas já, anteriormente, previstas:

Aterro (At) de génese contemporânea, aluviões (a) pertencente ao Holocénico e camadas de solos

argilosos do substrato sedimentar Miocénico.

Os depósitos de aterro à superfície apresentam espessuras entre 5 m e 7,5 m e, do ponto de vista

geotécnico, são heterogéneos, muito descomprimidos, pouco resistentes e deformáveis (NSPT entre 0

a 12 pancadas) [4]. Por outro lado a sua composição geológica permite dividi-lo em duas categorias:

fragmentos de natureza variada (pedaços de madeira e de alvenaria) e argila silto-arenosa.

Subjacentes aos aterros, as sondagens intersectaram uma camada de aluviões constituídos por solos

argilo-siltosos e por vezes arenosos, solos comuns na margem do rio Tejo. O seu comportamento

geotécnico é muito fraco, apresentando NSPT de 1 a 10 pancadas, em espessuras variáveis entre

1,5m a 4,5 m.

O substrato sedimentar Miocénico, típico da região de Lisboa, é constituído por materiais de natureza

coesiva [4]. As sondagens executadas, principalmente a campanha complementar, identificou-se uma

sucessão intercalada de camadas argilo-siltosas com formações de carácter rochoso (lumachelas,

calcarenitos e arenitos). As argilas siltosas são caracterizadas por NSPT de 20 a 40 pancadas, até à

profundidade de 20 a 25 m, e NSPT superior a 60 pancadas a profundidade superiores, verificando-se

a existência de argilas-siltosas muito rijas.

As referidas camadas de carácter rochoso, nomeadamente, as lumachelas, identificadas como

passagens gresso-carbonatadas, na campanha de prospeção inicial e objeto de estudo da campanha

de prospeção complementar, são geologicamente conhecidas como “Calcários de Marvila”. Estas

apresentam elevada resistência entre os 9,0 m e os 14,5 m, com espessuras entre 0,7 m e 2 m, zona

de especial atenção, uma vez que preconizam o suporte às microestacas tipo TRM.

A título esquemático, o gráfico representado na Figura 4.8 ilustra a evolução do NSPT em

profundidade, pelo valor médio, máximo e mínimo do número de pancadas em todas as sondagens.

O mesmo tipo de gráfico, referente a cada campanha de prospeção, está presente no Anexo VIII.

O gráfico da evolução do NSPT em profundidade, Figura 4.8, ressalta a localização dos “Calcários de

Marvila”, pois o valor máximo é condicionado pela interseção das lumachelas com as sondagens:

SC1 (9m);SC2 (7,5 m); SC3 (9,5 m) e; SC4 (6m). Por outro lado, é ilustrada uma descontinuidade do

60

incremento da resistência em profundidade à profundidade dos 27 m, informação detetada na

campanha de prospeção inicial e que representa, possíveis, intercalações de areias finas.

Figura 4.8 - Evolução do NSPT em profundidade, valores deduzido pelos resultados obtidos nas duas campanhas

de prospeção

O zonamento geotécnico estimado, tendo por base o cenário geotécnico apresentado, e divide-se em

quatro zonas:

Zonamento Geotécnico 1 (ZG1)

A zona geotécnica ZG1 é constituída por aterros heterogéneos, argilas e aluviões e localizam-se,

desde, a superfície até a uma profundidade máxima de 10,5 m, sondagens S3 e S4. As formações,

apesar de geologicamente distintas, estão nesta zona geotécnica, pois contemplam NSPT de 1 a 12

pancadas.


A zona geotécnica ZG2 equivale às camadas de natureza argilo-siltosa, subjacentes à zona

geotécnica anterior, com NSPT entre 20 a 50 pancadas. A espessura desta camada pode variar entre

0,45 m, espessura interpretada pela sondagem S4, e 16,5 m, valor interpretado pela na sondagem

S3.

0

1,5

3

4,5

6

7,5

9

10,5

12

13,5

15

16,5

18

19,5

21

22,5

24

25,5

27

28,5

30

31,5

33

0 10 20 30 40 50 60

Pro

fun

did

ad

e [m

] nº de pancadas - Nspt

valores minimos valores médios valores máximos

Aterro

Lodos/argila

Lumachelas

Argila levemente siltosa

Argila rija

Passagens gresso-carbonatadas

61


A zona geotécnica ZG3 abarca as argilas rijas cinzentas, Miocénico, com NSPT superiores a 60

pancadas. Esta é uma zona subjacente à anterior e que se encontra a grandes profundidades,

superior a 25 m, podendo surgir mais próximo da superfície em espessuras reduzidas.


A zona geotécnica 4 engloba as formações de natureza rochosa, constituída pelos calcarenitos,

lumachelas e arenitos.

Face á sua natureza, esta zona geotécnica, é caracterizada por fraturas próximas a muito próximas

(F4 a F5,respetivamente) e índice de qualidade RQD entre 10% e os 55%. A sua envergadura em

profundidade varia entre os 0,2 m (sondagem SC4) e 5 m (sondagem SC3).

A Tabela 4. localiza cada zona geotécnica nas sondagens executadas, quer pela “Geocontrole”,

quer pela “ ecnasol”. É de notar que, a ZG4 não foi possível de localizar nas sondagens executadas

pela “Geocontrole”, pois só existe a menção de passagens gresso carbonatadas e não foi feito o

estudo com o fim de as caracterizar.

Como exemplo demonstrativo, a Figura 4.9 ilustra um perfil geotécnico que passa pelo furo de

sondagem SC1 e SC4, ver localização na Figura 4.3. Este faz a ligação entre o zonamento

geotécnico e o conjunto de dados: NSPT e descrição geológica.

Figura 4.9 - Perfil interpretativo do zonamento geotécnico realizado com base nas campanhas de prospeção, adaptado [29]

62

Tabela 4.1 - esquematização das zonas geotécnicas nas campanhas de prospeção executadas, quer pela "Geocontrole", quer

pela "Tecnasol" (adaptado [29])

Profundidades (m)

Sondagem ZG1 ZG2 ZG3 ZG4 max.

Cam

pan

ha d

e p

rosp

eção

in

icia

l

- "G

eo

co

ntr

ole

"-

S1 0,0 - 9,0 10,5 - 12,0

13,5 - 22,5

9,0 - 10,5

12,0 - 13,5

22,5 - 27,4

-- 27,4

S2

0,0 - 1,5

10,5 -

13,5

7,5 - 9,0

13,5 - 25,5

27,0 -30,0

9,0 - 10,5

22,5 - 27,0

30,0 -33,4

-- 33,4

S3 0,0 - 10,5

12,0 - 16,5

18,0- 34,5

36,0 - 39,0

10,5 -12,0

16,5 - 18,0

34,5 - 36,0

39,1 - 42,0

-- 42

S4 0,0 - 10,6

12,0 - 19,5

21,0 - 25,5

27,0 - 28,5

31,5 - 32,0

10,5 - 12,0

19,5 - 21,0

25,5 - 27,0

28,5 - 31,5

-- 32

Cam

pan

ha d

e p

rosp

eção

co

mp

lem

en

tarl

-

"T

ecn

aso

l"-

SC1 0,0 - 8,0 10,2 - 13,6

14,3 - 19,5

8,0 - 9,0

19,7 - 22,5

9,0 - 10,2

13,6 14,3 22,5

SC2 0,0 - 9,0

9,0 - 9,5

9,85 - 10,7

11,35 - 14,5

15,4 - 22,5

22,5 - 25,1

25,5 - 25,6

9,5 - 9,85

10,7 -

11,35

14,5 - 15,4

25,1 - 25,5

25,5

SC3 0,0 - 7,5 7,5 - 8,75

13,7 - 17,0

17,0 -

17,36

18,4 - 20,0

8,75 - 13,7

17,36 -

18,4

20

SC4 0,0 - 6,0 6,4 - 9,0

9,75 - 18,0

18,0 - 19,5

19,7 - 21,0

6,0 - 6,4

9,0 - 9,75

19,5 - 19,7

21

Com os dados dos ensaios de laboratório realizados foi possível estimar os seguintes parâmetros do

solo, para cada zona geotécnica, exceto ZG4, pois esta será analisada com o ensaio de carga prévio,

previsto em conjunto com a campanha de prospeção complementar.

63

Tabela 4.2 - Parâmetros estimados pelo plano de prospeção inicial, executado pela "Geocontrole" [28]

Parâmetros geotécnicos Símbolo Unidades Zonamento Geotécnico

ZG1 ZG2 ZG3

NSPT característico N’SPT [pancadas] 1 a 12 20 a 50 ≥60

Peso volúmico ϒ [kN/m3] 17 18 19

Ângulo de atrito interno Ø [º] 25 29 32

Coesão efetiva c' [kN/m2] -- 15 25

Módulo de deformabilidade E' [MPa] 2 30 50

Caracterização Hidrogeológica

Face a localização da obra, em estudo, ser na margem do rio Tejo é importante conhecer a posição

do nível freático, bem como o seu comportamento evolutivo associado à variação das marés do rio

Tejo.

As campanhas de prospeção visaram a medição do nível de água por piezómetros, campanha de

prospeção executada pela “Geocontrole”, e no furo de sondagem, campanha de prospeção

executada pela “ ecnasol”. Os dados recolhidos pelas entidades durante a medição do nível freático

estão apresentados na Tabela 4.3.

Tabela 4.3 - Dados obtidos pelas medições ao nível de água nos furos de sondagem [28] [29]

Sondagem Profundidade mínima

medida [m]

Data de

medição

Profundidade da

sondagem [m]

Cota de

início [m]

S2 2,25 14-10-2011 33,4 5,93

S4 4,42 13-10-2011 32,0 5,96

SC1 2,3 14-02-2013 22,5 4,3

SC2 1,8 20-02-2013 25,5 4,11

SC3 1,7 18-02-2013 20,0 4,3

SC4 0,7 25-02-2013 21,0 3,75

É de notar que, a campanha complementar de prospeção decorreu após as escavações previstas em

projeto (Figura 4.10) e que a medição realizada no fim do turno foi desprezada, pois os níveis

medidos podem ser influenciados pela água utilizada na furação das sondagens.

64

Figura 4.10 – Cotas de projeto atingidas pelos trabalhos iniciais de escavação [29]

A análise dos resultados apresentados é realizada tendo em consideração com a zona envolvente, rio

Tejo e o cenário geotécnico, que é maioritariamente composta por solos argilosos. É de notar que, os

níveis medidos estão intimamente ligados aos registrados no rio Tejo, mas a variação de marés

acaba por não influenciar os níveis de água devido à elevada composição argilo-siltosa dos solos,

pois estes têm baixa percolação para a “rápida” variação do nível de água no rio ejo. Assim é

possível admitir que o nível freático se situa entre 0,7m e 2,3 m.

Face à análise de agressividade das águas ao microbetão concluiu-se que o meio é não agressivo,

pois todos os parâmetros encontram-se muito aquém da classe de exposição XA1, segundo a norma

portuguesa NP-ENV206-1 2005 [28].

Condicionamentos de vizinhança

A INSN é implementada na zona residencial do Parque das Nações, Norte, delimitada por vias

públicas. A sua envolvente é incorporada pela antiga igreja de Nossa Senhora dos Navegantes, por

edifícios residenciais elevados, Colégio Oriente e pela área de lazer, Jardim do Passeio dos Heróis

do Mar (Figura 4.11 e Figura 4.12). A ponte Vasco da Gama situa-se nas redondezas à área de

implantação da INSN, mas não existe interação direta de nenhum elemento da ponte com a

construção da igreja.

65

A antiga sede da igreja nossa Senhora dos Navegantes é a estrutura mais próxima da área de

implantação da INSN, sendo objeto de especial de atenção durante as escavações para não provocar

danos que inviabilizasse o aproveitamento de materiais para a construção da INSN.

Os trabalhos de execução das fundações podem provocar ruido e vibração às construções vizinhas,

mas, pela natureza dos solos, distância, a intensidade de vibração e a natureza das construções

vizinhas não foram previstas quaisquer interferências dignas de referência.

Os serviços/infraestruturas que se encontram no subsolo, (coletores sanitários e pluviais, redes de

telecomunicações e afins) intersetados/afetados pelos trabalhos em obra foram localizados e as

entidades responsáveis tomaram as devidas medidas, para permitir um bom funcionamento da obra

(Figura 4.13)

Figura 4.13 - Desvio das infraestruturas que cruzam a área de implantação da INSN, realizado antes do início dos trabalhos de

execução das fundações (fotografia captada durante as visitas à obra)

Condicionamentos do prazo de execução

A solução para fundações da INSN deve prever todos os trabalhos dentro dos prazos previsto, nunca

desprezando a segurança em obra, bem como a sua economia.

Figura 4.11 - Construções vizinhas á construção da nova

Igreja Nossa Senhora dos Navegantes - edifícios residenciais

elevados e antiga sede da Igreja Nossa Senhora dos

Navegantes [32]

Figura 4.12 - Construções vizinhas à construção da nova

Igreja Nossa Senhora dos Navegantes - Colégio Oriente e

Ponte Vasco da Gama [33]

66

4.3. Solução proposta

A presente solução que substitui o projeto de fundações inicial, contemplado por painéis CSM, visa

fazer a ligação entre o plano de carga da estrutura ao nível do solo, com o cenário geotécnico,

descrito no subcapítulo anterior.

O plano de carga, elaborado pela “OA4 Engenharia”, consiste na esquematização dos esforços

transmitidos da estrutura para a solução de fundação por painéis CSM. A análise cuidada do plano de

carga permite concluir:

- Carregamento vertical de valor muito representativo, com valor máximo de 855 kN;

- Cargas horizontais e momentos fletores de valores reduzidos, com maior expressividade nas zonas

de descarga dos pórticos e das paredes;

Face à natureza do subsolo e da expressividade do plano de carga, foi proposta a solução de

fundação indireta por cravação de microestacas tipo TRM, para suporte das cargas verticais, e vigas

de fundação entre maciços de encabeçamento, de modo a resistir às cargas horizontais e momentos

fletores.

O Anexo IX apresenta as plantas de implantação do projeto de fundações inicial, painéis CSM, e o

projeto de fundações final por cravação de microestacas tipo TRM, onde é evidente novas vigas de

fundação, a azul, e o posicionamento das microestacas abaixo dos pilares.

O mecanismo de suporte das cargas verticais (Figura 4.14) compõe-se por bielas de compressão,

que transferem as cargas verticais dos pilares/paredes para a cabeça das microestacas, e,

consequentemente, mobilização de resistência de ponta e lateral na microestaca.

Figura 4.14 - Mecanismo de suporte de cargas verticais pela solução de fundação indireta por cravação de microestacas tipo

TRM (adaptado [34])

67

A solução de fundação indireta é constituída por dois tipos de microestacas, instaladas em

conformidade com as respetivas resistências internas:

- TRM Ø170,0 x 10,6 mm, instalada para resistir a cargas verticais com valor máximo de 855 kN,

equipada com uma sapata de injeção Ø250 mm;

- TRM Ø118,0 x 9,0 mm, executada em zonas com carregamento vertical inferior a 500 KN, inclusive,

e provida com sapata de injeção de Ø200 mm;

Os trabalhos de cravação das microestacas tipo TRM preveem a injeção de microbetão em

simultâneo com a cravação. A via húmida, apesar de apresentar elevados rendimento em obra, vem

trazer várias vantagens à solução, pois consegue mobilizar resistência lateral e proteção à corrosão.

A selagem exterior permite incrementar resistência por atrito lateral ao longo do fuste, componente

muito importante, pois as microestacas estão apoiadas numa camada de lumachelas de reduzida

espessura, logo a resistência lateral vem reduzir a dependência da solução à resistência de ponta

[15]. Esta resistência lateral não é desprezada, mesmo em solos granulares, pois a ação de cravação

e injeção ocorre de forma simultânea.

Segundo o ambiente hidrogeológico estudado, a selagem exterior serve de elo protetor ao tubo TRM

face ao meio envolvente. Como já foi referido no subcapítulo 4.2, a água presente no subsolo é de

carácter não agressivo ao microbetão. No entanto, não é possível garantir a integridade da selagem

envolvente em toda a sua profundidade, o que, pelo lado da segurança e proposto na norma EN1993-

5:2007, onde é realizada uma análise do tubo com a área efetiva reduzida.

A selagem foi concretizada com um micromicrobetão da classe C25/30, constituído por inertes de

dimensão máxima de 10 mm (dimensões superiores às máximas recomendadas para as

microestacas TRM) e caracterizado por uma taxa de consistência da classe de abaixamento S4 [15].

O microbetão apresentado vai permitir incrementar a resistência interna das microestacas e inviabiliza

a obstrução da sapata de injeção.Com vista a incrementar a proteção do tubo TRM, o microbetão

pertence à classe de exposição ambiental XA2, referente a ataque químico em meio moderadamente

agressivo.

A cabeça da microestaca foi equipada com uma chapa de distribuição, com 350 mm de lado e 10 mm

de espessura, e com um varão helicoidal nervurado, com Ø8 mm e passo de 10 mm [15]. Estes

elementos vão permitir uma ligação eficaz da microestaca com o maciço de encabeçamento.

O processo de cravação foi executado por uma escavadora convencional equipada com um martelo

hidráulico caracterizado na Tabela 4.4. A boa prática desta solução exige que a ação da escavadora

certifique o posicionamento colinear do martelo hidráulico com o eixo da microestaca, pelo menos, na

observação do critério de paragem.

68

Tabela 4.4 - Características do martelo hidráulico utilizado na cravação das microestacas tipo TRM [34]

Microestaca Martelo

Hidráulico

Energia

[J] Pancadas/minuto

Peso

[kg]

Comprimento

[m]

TRM Ø118,0 x 9,0

TRM Ø170,0 x 10,6

AtlasCopco

HB220 4950 280-550 2200 2,3

A campanha de prospeção complementar identificou uma camada de lumachelas responsável pelo

apoio das microestacas, pelo que cada uma terá comprimento diferente, acomodados ao cenário

geotécnico, com comprimento entre 12 m a 13 m.

Em conformidade com, o cenário geotécnico e as características do martelo hidráulico, foi estipulado

um critério de paragem do processo de cravação, que foi definido como uma taxa de cravação

mínima de 3 cm/minuto. Assim sendo o registo das taxas de cravação de todas as microestacas é

essencial.

Conforme o especificado pela norma O 225 “Piles of ductile iron cast Dimensions, nstallation

and Quality Assurance” [14], os tubos tipo TRM, assim como os seus componentes, devem ser

acompanhados do seu respetivo certificado de qualidade.

Por último, a solução foi complementada com um ensaio de carga prévio, uma vez que as

microestacas assentam numa camada de “Lumachelas” de reduzida espessura, e cujas

características geotécnicas, e critérios admitidos em projeto, são essenciais à progressão dos

trabalhos em segurança.

4.4. Faseamento Construtivo

O faseamento construtivo da instalação das microestacas tipo TRM cravadas segue a metodologia

exposta no subcapítulo 3.7, sendo o mesmo sujeito a fases construtivas extra que visam o projeto de

fundações da INSN. Com vista à não repetição de informação, este subcapítulo irá expor o

faseamento construtivo pela evolução da obra, observada durante as visitas pela aluna.

-Escavação e execução de plataformas de trabalho

O projeto de escavação, elaborado pela empresa “OA4 Engenharia”, prevê trabalhos de escavação

de modo a atingir as cotas de projeto, presentes na Figura 4.10, e a execução de plataformas de

trabalho, que permitam a circulação e operacionalidade dos equipamentos envolvidos na execução

das fundações.

-Implantação das microestacas

Para evitar que a microestaca intersecte obstáculos (por exemplo materiais cerâmicos) nos aterros

superficiais é realizada uma pré-furação (Figura 4.15), com comprimentos entre 5 m e 7,5 m.

69

Figura 4.15 - Trabalho de pré-furação para implantação das microestacas tipo TRM na zona com maior expressividade dos

aterros superficiais

-Processo de instalação da microestaca tipo TRM

As microestacas tipo TRM são cravadas, com recurso à via húmida, a partir das cotas pré-

estabelecidas no projeto de estruturas elaborado pela empresa “OA4 Engenharia”.

A cravação é executada com o equipamento caracterizado no subcapítulo anterior, para ambos os

tipos de microestacas.

O primeiro tubo é equipado com uma sapata de injeção, correspondente ao respetivo tipo de

microestaca. A base de injeção é soldada ao tubo, enquanto a ligação macho-fêmea entre tubo é

realizada por ação de cravação, como é especificado na norma O 225 “Piles of ductile iron cast

Dimensions, nstallation and Quality Assurance” [ 4].

O transporte dos tubos de ferro fundido é realizado pelo mesmo equipamento responsável do

processo de cravação, Figura 4.16.

Figura 4.16 Transporte dos tubos de ferro fundido do estaleiro para o ponto de implantação da microestaca tipo TRM

O processo de cravação é acompanhado por um controlo de verticalidade, executado por um técnico

(Figura 4.17), e é finalizada quando é observado o critério de paragem

70

Figura 4.17 - Verificação da verticalidade da cravação da microestaca tipo TRM

O critério de paragem é observado por um técnico, que contabiliza o tempo por metro cravado (Figura

4.17). Durante este período de observação, a cravação é realizada com o martelo hidráulico colinear

com o eixo da microestaca, Figura 4.17, sendo todo o processo de cravação registado num boletim

de execução, onde se indica as taxas de cravação da respetiva microestaca.

-Trabalhos na cabeça da microestaca

O excedente do tubo TRM é cortado por ação de uma rebarbadora, prosseguindo-se com a

verificação da injeção exterior na cabeça da microestaca, Figura 4.18, por meio de uma pequena

escavação localizada na cabeça da microestaca.

Figura 4.18 - Cabeça de uma microestaca tipo TRM com selagem exterior

Após a instalação de todas as microestacas, previstas em projeto final, procede-se às escavações

para execução das vigas de fundação e dos maciços de encabeçamento (Figura 4.19). Depois as

cabeças das microestacas são saneadas, remove-se a selagem exterior, e coloca-se o varão

helicoidal nervurado em aço (Figura 4.20).

71

Figura 4.19 - Trabalhos de escavação para as vigas de

fundação e maciços de encabeçamento

Figura 4.20 - Cabeça da microestaca equipada com

varão helicoidal

A instalação da microestaca finaliza-se com a colocação da chapa de distribuição na cabeça da

microestaca, para posterior ligação ao maciço de encabeçamento.

- Maciços de encabeçamento e vigas de fundação

A execução dos maciços de encabeçamento e das vigas de fundação exigem a confirmação das

cotas de fundação, que são realizadas por campanhas topográficas (Figura 4.21).

Após a regularização do solo, por argamassa, são colocadas as armaduras e finaliza-se com a

betonagem dos maciços de encabeçamento e, respetivas, vigas de fundação (Figura 4.22).

Figura 4.21 - Campanha topográfica para cotas de

fundação

Figura 4.22 - Colocação das armaduras dos maciços de

encabeçamento e das vigas de fundação

4.5. Ensaio de carga estático

Os desenvolvimentos dos trabalhos em obra não foram ao encontro com os comprimentos de

microestacas estabelecidos em projeto pela empresa “JE sj Geotecnia”, pelo que o projeto teve de

sofrer alterações, sendo estas objeto de validação por meio de um ensaio de carga estático.

Atendendo à expressividade da camada de “lumachelas”, à cota da base das fundações, ao reduzido

comprimento das microestacas e à natureza dos trabalhos de instalação, há uma preocupação face

ao mecanismo de rotura, pois a cravação promove à alteração das camadas de suporte. A

microestaca é “curta” estando, substancialmente, a funcionar por ponta e a camada de solo, que

72

impede a cravação, apresenta espessuras entre 0,7 m e 2 m [29]. Todos estes fatores estão aliados a

uma possível rotura frágil, logo é preconizado um ensaio de carga prévio para validar os parâmetros

de execução, bem como comprimentos das microestacas e critérios de paragem.

O ensaio de carga estático consiste na aplicação de um carregamento vertical de compressão na

cabeça de uma microestaca TRM Ø118,0 x 9,0, cuja localização está presente na Figura 4.23. Neste

ensaio aplica-se, primeiramente, as cargas de serviços, para avaliar a deformação instantânea, e

prossegue-se até para as condições de rotura, incrementando a carga aplicada por forma a

estabelecer o comportamento da solução em condições de rotura.

Figura 4.23 - Planta de localização do ensaio de carga estático e das microestacas tipo TRM. (Adaptado [29])

4.5.1. Considerações Geológicas e Geotécnica

Face à informação Geológica e Geotécnica descrita no subcapítulo 4.2 e com auxilio do perfil

geotécnico (Figura 4.24), executado pela empresa “ ecnasol FGE” [29], conclui-se que o terreno

envolvente à microestaca ensaiada é constituído por:

ZG1: aterros superficiais e argila, com espessura de 4,50 m e 3,00 m, respetivamente;

ZG2: argila siltosas com espessuras entre 3,00 m e 4,50 m

ZG3: argilas rijas cinzentas, por vezes com intercalações arenosas, detetadas a 19,70 m da

superfície

ZG4: “Lumachelas” e calcarenitos, com espessuras entre 0,70 m e 1,00 m. A camada que

apoia a microestacas tem uma espessura de 0,70 m.

73

Figura 4.24- Perfil interpretativo A-A’, elaborado pela prospeção complementar, onde se localiza a implantação da microestaca

TRM Ø118,0 x 9,0 sujeita ao ensaio de carga estático. (Adaptado [29])

A descrição geotécnica corresponde à sondagem complementar SC1 (Anexo VII), pois é a sondagem

mais próxima da microestaca a ensaiar e apresenta a menor espessura de camada lumachélica,

como apoio à solução de fundação indireta por cravação de microestacas TRM.

4.5.2. Caraterização da microestaca tipo TRM a ensaiar

A microestaca selecionada para o ensaio de carga é a microestaca TRM Ø118,0 x 9,0, com secção

circular oca em ferro fundido dúctil (fyk > 320 MPa e fuk > 420 MPa [14]), e dispõe dos componentes

citados no subcapítulo referente à solução proposta, assim como, o método construtivo que é o

exposto no subcapítulo do faseamento construtivo.

O equipamento de cravação em obra, martelo hidráulico Atlas CopcoHB2200, é de potência superior

ao proposto para cravação das microestacas TRM Ø118,0 x 9,0. A Tabela 4.5 apresenta os martelos

hidráulicos, recomendados para as microestacas TRM Ø170,0 x 10,6 e TRM Ø118,0 x 9,0 [15].

Tabela 4.5 - Martelo hidráulico tipo para cravação de microestacas TRM [15].

Tipo microestacas Martelo Hidráulico

Tipo

Energia

[ j ] Pancadas/minuto

Peso

[kg]

TRM Ø118,0 x 9,0 Krupp HM1000 3577 320 - 600 1700

TRM Ø170,0 x 10,6 Krupp HM1500 4950 280 - 550 2200

O ensaio executado na microestacas TRM Ø118,0 x 9,0 permite avaliar as taxas de cravação, assim

como o critério de paragem, validando, ou não, o equipamento escolhido pelo empreiteiro.

Em suma, a Tabela 4.6 destaca as principais características da microestaca TRM Ø118,0 x 9,0 de

ensaio.

74

Tabela 4.6 - Características da microestaca do ensaio de carga estático

Microestaca Comprimento

[m]

Tubo TRM

Selagem

Carga de

serviço

[kN]

D

[mm]

Tensão de

cedência

[MPa]

Tensão

última

[MPa]

TRM Ø118,0 x 9,0 12 118 320 420 C25/30 500

4.5.3. Metodologia do ensaio

O ensaio de carga, executado com base na norma EN 1537, consiste na aplicação de uma carga

axial ao coroamento da microestaca TRM Ø118,0 x 9,0, com um valor máximo de 1 100 kN, que é

duas vezes o valor da carga de serviço.

De forma semelhante ao comportamento em serviço, a microestaca irá absorver a carga axial por

mobilização de atrito lateral e resistência de ponta.

A realização do ensaio de carga caracteriza-se pela utilização de patamares de carga axial, com três

ciclos de carga-descarga:

1º Ciclo de carga-descarga

O primeiro ciclo foi delimitado superiormente por uma carga de 550 kN, carga de serviço, onde se

quis avaliar o comportamento da microestaca em serviço, ou seja, num domínio aproximadamente

elástico.

Tabela 4.7 - 1º Ciclo carga-descarga [15]

1º Ciclo -carga 1º Ciclo - descarga

P0 = 0 tf

P1 = 15 tf (0,5 horas)

P2 = 25 tf (0,5 horas)

P3 = 50 tf (1 hora)

P4 = 25 tf (0,5 horas)

P5 = 15 tf (0,5 horas)

P6 = 0 tf

75

2º Ciclo de carga – descarga

O segundo ciclo de carga incrementa a carga axial aplicada, ou seja, aplicou-se uma carga axial

superior à carga de projeto. Este domínio de carga visa verificar o dimensionamento dos elementos

de tratamento do terreno propostos, através da verificação de segurança dos Estados Limite Últimos.

Tabela 4.8 - 2º Ciclo de carga-descarga [15]

2º Ciclo -carga 2º Ciclo - descarga

P0 = 0 tf

P1 = 25 tf (0,5 horas)

P2 = 50 tf (0,5 horas)

P3 = 75 tf (0,5 horas)

P4 = 50 tf (0,5 horas)

P5 = 25 tf (0,5 horas)

P6 = 0 tf

3º Ciclo de carga - descarga

O terceiro ciclo de carga-descarga contemplou valores de carregamento axial de compressão

superiores às cargas de serviço, a fim de avaliar eventuais fenómenos de fluência. Este ciclo foi

passível de execução, pois admite-se que o ensaio não originará danos ou roturas significativas dos

componentes e do solo.

Tabela 4.9 – 3º Ciclo de carga-descarga [15]

3º Ciclo – carga 3º Ciclo – descarga

P0 = 0 tf

P1 = 25 tf (1 hora)

P2 = 50 tf (1 hora)

P3 = 75 tf (1 hora)

P4 = 100 tf (1 hora)

P5 = 75 tf (1 hora)

P6 = 50 tf (1 hora)

P7 = 25 tf (1 hora)

P8 = 0 tf

Os períodos estacionários foram estendidos até que as leituras fossem estáveis. O ensaio foi

executado, pelo menos, sete dias após a instalação da microestaca, para garantir a resistência

mínima do micromicrobetão usado nas selagens.

76

4.5.4. Estrutura de reação

A estrutura de reação é composta por perfis metálicos HEB 240 e maciços de microbetão armado

(contrapesos de gruas), sobre o apoio de manilhas pré-fabricadas de microbetão simples (Figura

4.25)

Figura 4.25 - Sistema de reação do ensaio de carga estático

A força de reação é produzida pelo peso dos maciços de microbetão armada, que por sua vez é

controlada e mobilizada por meio do macaco hidráulico, devidamente calibrado, instalado entre o

maciço de encabeçamento da microestaca e a estrutura de reação (Figura 4.26).

Figura 4.26 - Macaco hidráulico localizado entre o coroamento da microestaca e a estrutura de reação

Contrapesos

de gruas

Manilhas de

microbetão

Perfis metálicos

77

4.5.5. Instrumentação

A instrumentação visa a leitura das cargas, aplicadas no decorrer do ensaio, e o respetivo

assentamento do maciço de encabeçamento (deformação axial total), pelo sistema de leitura

constituído por 4 defletómetros, 1 célula de carga e 4 alvos topográficos.

Defletómetros

Estes elementos foram colocados no coroamento do maciço de encabeçamento solidários com uma

estrutura independente (grelha de varões) e fundada longe da zona de perturbação do ensaio

(Figura 4.26). A sua utilização permite monitorizar e controlar as deformações axiais totais, dando a

conhecer os deslocamentos verticais do maciço de encabeçamento para os diversos patamares de

carga.

Célula de carga

A célula de carga foi intercalada entre o macaco hidráulico e a estrutura de reação, e teve como

função medir a carga instalada durante ensaio pelo macaco hidráulico.

Alvos topográficos

Estes elementos foram fixados ao maciço e à estrutura de reação, por colagem e/ou selagem, de

placas metálicas onde são colocados previamente os alvos. A sua utilização permitiu despistar erros

de leitura, por meio de duas leituras por patamar de carga, uma no início e outra no fim do tempo de

carga estacionária. O método de leitura é semelhante ao descrito no subcapítulo referente à

monitorização, sendo os pontos de referências localizados em zonas exteriores à obra.

4.5.6. Resultados

Como visto anteriormente, o ensaio de carga prévio tem o intuito de avaliar os deslocamentos

verticais do maciço de encabeçamento da microestaca, no domínio das cargas de serviço (1º ciclo),

Estados limites últimos (2º ciclo) e fluência (3º ciclo).

1º Ciclo carga – descarga

O primeiro ciclo carga-descarga explora o comportamento da microestaca em condições de serviço,

com deformação elástica máxima de cerca 3,5 mm (Figura 4.27).

A Figura 4.27 ilustra a curva de andamento dos assentamentos versus carga axial aplicada, onde a

curva superior é referente ao carregamento e a inferior à descarga. No fim da descarga a deformação

plástica residual é praticamente nula, pelo que se admite que a microestaca está no domínio elástico.

78

Figura 4.27 - Gráfico representativo dos deslocamentos verticais medidos no maciço de encabeçamento durante o 1º ciclo

carga-descarga

2º Ciclo carga – descarga

O segundo ciclo carga-descarga, responsável pela análise no âmbito dos Estados Limites Últimos,

identifica deformações plásticas após descarga, cerca de 0,75 mm, logo a microestaca está

claramente no domínio elasto-plástico.


carga-descarga

0

100

200

300

400

500

600

0 1 2 3 4

Carg

a a

xia

l [

kN

]

Assentamento [mm]

0

150

300

450

600

750

900

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Carg

a a

xia

l [k

N]

Assentamento [mm]

79

3º Ciclo carga-descarga

O terceiro ciclo de carga - descarga analisa o comportamento em termos de fluência, por meio de

uma carga axial aplicada de cerca 2,2 vezes a de serviço.


carga-descarga

A Figura 4.29 ilustra o gráfico representativo do terceiro ciclo de carga-descarga, onde a deformação

vertical máxima é 12,50 mm e a deformação plástica residual, após a descarga, é 2,0 mm.

A análise do comportamento de fluência permite determinar a carga crítica do solo de fundação da

solução projetada, valor importante para aferir se o dimensionamento preconizado é compatível com

as cargas atuantes, ou seja, carga crítica superior às cargas de serviço.

A Tabela 4.10 apresenta os valores de assentamento observados nas leituras realizadas, no início e

no fim, do período de estacionário de cada patamar de carga do terceiro ciclo de carga – descarga. O

ideal para a seguinte análise seria uma leitura contínua das deformações durante todo o período de

permanência de carga axial aplicada, pois o coeficiente de fluência (α) seria determinado com maior

confiança.

O coeficiente de fluência, α, é calculado pela curva de deslocamento de fluência versus tempo, em

escala logarítmica (Figura 4.30), como sugere a norma EN 1537 [35].

0

200

400

600

800

1000

1200

0 2 4 6 8 10 12

Carg

a a

xia

l [k

N]

Assentamento [mm]

80

Tabela 4.10 - Dados observados pelo gráfico do 3º ciclo de carga-descarga

Período de estacionamento previsto

t (minutos)

Carga [kN]

Assentamento [mm]

1h 0

280 2,75

60 3

1h 0

550 4,75

60 5

1h 0

820 7

60 7,5

2h 0

1100 11,5

120 12,5

Figura 4.30 - Curva deslocamento de fluência versus tempo de período de permanecia de carga, escala logarítmica [35]

A evolução dos assentamentos ao longo do tempo, recorre-se ao método logarítmico, aproximação

mais simples, entre o instante inicial e final de cada observação nos patamares de permanência de

carga (Figura 4.31).

81

Figura 4.31 - Deslocamento de fluência versus tempo, escala logarítmica, do ensaio de carga estático do caso de estudo

(Pi – Periodo de estacionamento na fase de carga- 3º ciclo)

As equações das regressões lineares permitem conhecer o valor de cada coeficiente de fluência para

cada patamar de carga aplicada (Tabela 4.11).

Tabela 4.11 - Coeficientes de fluência correspondente a cada patamar de carga aplicada

Carga [kN]

Coeficiente de

fluência – α’ [mm]

280 0,0042

550 0,0042

820 0,0085

1100 0,0084

Frente aos reduzidos valores dos coeficientes de fluência confirma-se um bom comportamento da

fundação, sendo impossível determinar a carga crítica do solo de fundação, pois a curva obtida

(Figura 4.32) não tem uma evolução significativa como a sugerida pela norma EN 1537 (Figura 4.33).

Assim, conclui-se que, a solução é limitada pela rotura do elemento estrutural, microestaca tipo TRM

e não pela rotura do solo de fundação.

y = 0,0042x + 2,7458

y = 0,0042x + 4,7458

y = 0,0085x + 6,9915

y = 0,0084x + 11,492

0

2

4

6

8

10

12

14

1 10 100

Deslo

cam

en

to d

e f

luên

cia

(m

m)

t (minutos)

P1

P2

P3

P4

82

Figura 4.32 - Carga axial aplicada no 3ºciclo de carga-descarga versus coeficiente de fluência

Figura 4.33 - Gráfico auxiliar para determinar a carga critica segundo a norma EN 1537 [35]

O mesmo ciclo de carga permite validar o critério de paragem estabelecido em projeto, por

comparação ao boletim de cravação com o perfil geológico e geotécnico da microestaca sujeita ao

ensaio carga prévio. A Figura 4.34 faz a ponte entre a informação dos dois documentos e valida o

critério de paragem, face aos bons resultados observados no ensaio de carga.

Figura 4.34 - Análise da "nega" estipulada em projeto por comparação do Boletim de cravação (esquerda) e Perfil interpretativo

Geológico e Geotécnico [34]

0

0,01

0,02

0,03

0 200 400 600 800 1000 1200

α' [m

m]

carga [kN]

83

Em suma, os resultados do ensaio de carga estático revelam que as microestacas têm um

comportamento adequado frente à capacidade de suporte de cargas da superestrutura e que os

parâmetros admitidos em projeto vão de encontro à realidade.

4.6. Plano de Instrumentação e Observação

O Plano de instrumentação e observação realizado na obra da INSN foi executado com o objetivo de

verificar o bom comportamento da solução durante a construção da superstrutura, ou seja, comprovar

que as microestacas estavam a suportar as cargas provenientes dos edifícios de forma adequada e

em segurança.

O acompanhamento deste estudo, para além de fornecer dados relativos à segurança, é capaz de

prever o comportamento futuro da solução e validar os modelos e critérios de dimensionamento [36].

Este plano vem descortinar possíveis riscos quando as microestacas entram em serviço, tais como:

-colapso da microestaca por carregamento excessivo;

-deformações de elementos da obra incompatíveis com a sua exploração/fases seguintes da

construção.

Em suma, o plano de instrumentação e observação apresenta-se como uma ferramenta muito

importante e útil na verificação e gestão da segurança, pois consegue confirmar o comportamento

geotécnico, quando devidamente executado.

4.6.1. Metodologia

Face à envolvente geotécnica e à evolução do projeto de fundações, o plano de instrumentação e

observação contemplou a medição dos deslocamentos verticais e horizontais dos principais pilares

localizados nas fachadas da igreja, durante os trabalhos relativos à construção da superstrutura.

A medição dos deslocamentos desejados são obtidos por meio da leitura de alvos topográficos,

15 unidades, localizados nas fachadas da igreja, nomeadamente os pilares como ilustra a

Figura 4.35.

Figura 4.35 – Mapeamento dos alvos topográficos fixos na INSN

84

4.6.2. Características dos aparelhos

Os aparelhos instalados por indicação do plano de instrumentação e observação foram, apenas,

15 alvos topográficos.

O presente plano de instrumentação e observação preconizou a utilização de alvos topográficos do

tipo prisma de reflexão total, para compensar a distância a que os mesmos se localizam dos pontos

de leitura. As medições trigonométricas sem contato de convergências e deformações previstas

foram realizadas por meio de uma estação total.

Os alvos topográficos foram afixados à estrutura, por colagem e/ou selagem, de placas metálicas

planas, onde previamente foram colocados os alvos. As placas metálicas facilitam o ajuste da

orientação dos alvos topográficos sempre que seja desejável, para facilitar a orientação dos mesmos

com a estação total, reduzindo erros de leitura (da ordem 1 mm na direção horizontal e 0,5 mm na

direção vertical) [15].

As campanhas de observação visam a leitura de ângulos e distâncias para alvos topográficos

instalados nos elementos cujos deslocamentos se pretende conhecer. Para este efeito, as

observações topográficas dos prismas foram efetuadas com maior redundância possível, quer na

medição de ângulos, quer na medição de distâncias. Após cada campanha procedeu-se ao

ajustamento das observações por modelos de cálculo adequado.

É importante referir que as precisões do sistema de observação estão estimadas em

aproximadamente ± 1 mm, quer em altimetria, quer planimetricamente.

Para despistar erros de leitura foram fixados alvos topográficos de referência fora da área de

influência da obra. O número de alvos topográficos e respetiva localização foi definido para que a

leitura seja por base de uma rede de nivelamento do terreno, por meio de cotas, e por meio de uma

rede triangulação, coordenadas M e P.

O mapeamento dos alvos topográficos de referência é ilustrado pela Figura 4.36.

Figura 4.36 – Mapeamento dos alvos topográficos de referência

85

No total são instalados cinco alvos topográfico de referência, nas redondezas da área de implantação

da INSN, fixados nos muros da envolvente, Base 2 (Figura 4.37) e Base 5 (Figura 4.38). Frente à

inexistência de estruturas passiveis de suportar alvos topográficos, construiu-se elementos de

microbetão elevados, por forma a preservar o aparelho de possíveis danos físicos e o destacar da

envolvente urbana – Base 1 (Figura 4.39), Base 3 (Figura 4.40) e Base 4 (Figura 4.41).

Figura 4.37 - Alvo topográfico de referência - Base 2 [37]

Figura.4.38 - Alvo topográfico de referência - Base 5 [37]

Figura.4.39 - Alvo topográfico de

referência- Base 1 [37]

Figura.4.40 - Alvo topográfico de


Figura 4.41 - Alvo topográfico de


Por último foi fixado um alvo topográfico fora das imediações da INSN, por forma a obter uma leitura

neutra, sem qualquer influência dos trabalhos em obra. Este alvo topográfico neutro é localizado na

cobertura de um edifício situado nas redondezas da INSN, Figura 4.42.

86

Figura 4.42 - Alvo topográfico neutro, localização sinalizada por seta vermelha [37]

4.6.3. Frequência de leituras

As leituras dos elementos instalados foram realizadas durantes os trabalhos relativos à construção da

superestrutura ate à conclusão da empreitada de acabamentos. As leituras foram periódicas, pelo

menos uma vez por quinzena. Na eventualidade de observações de alerta e/ou alarme previu-se que

leituras seriam realizadas com intervalo de tempo inferiores.

4.6.4. Critério de alerta alarme

Atendendo à envolvente geológica-geotécnica e à solução de fundação indireta da INSN, o presente

plano de instrumentação e observação estabeleceu deslocamentos verticais máximo como critério de

alerta e alarme (Tabela 4.12). Estes critérios foram definidos pelo projeto da superestrutura, sendo o

critério de alarme estabelecido pelos Estados Limites de Serviço e o critério de alarme pelos Estados

Limites Últimos.

Tabela 4.12 - Critério de alerta e alarme para a solução de fundações indiretas por cravação de microestacas TRM [15]

Deslocamento vertical máximo [mm]

Critério de alerta 25

Critério de alarme 50

As leituras das campanhas de observação foram comparadas com os valores de alerta e alarme, bem

como, realizou-se uma análise da evolução dos assentamentos, para o mesmo alvo observado.

Para situações em que o critério de alarme é atingido, o presente plano de instrumentação e

observação apresentou as medidas de reforços mencionadas na próxima secção.

4.6.5. Medidas de reforço

As medidas de reforço são trabalhos intervenção à solução de fundação indireta, quando a

monitorização da obra atinge os critérios de alarme. As seguintes opções para medidas de reforço

87

deverão ser analisadas individualmente, como poderão, em confronto com outras soluções, ser

apenas de título indicativo, uma vez que a solução de reforço terá de ir ao encontro da

patologia/rotura observada.

- Reforço da capacidade de carga vertical da estrutura, pela execução de microestacas adicionais;

- Tratamento dos solos de fundação, em particular os mais superficiais com características

geotécnicas fracas.

4.6.6. Análise dos resultados

As leituras foram processadas em dados referentes às cotas, z, e às coordenadas geográficas, M e

P. A presente análise, apenas, avalia a evolução dos assentamentos, ou seja, a evolução das cotas

de cada alvo topográfico. As coordenadas geográficas M e P podem ser uteis na avaliação do desvio

do coroamento da microestaca, mas a posição dos alvos topográficos não possibilita a relação direta

entre as leituras das coordenadas geográficas e a posição real da microestaca tipo TRM. As

coordenadas geográficas podem estar ligadas ao comportamento dos elementos de microbetão

armado, onde estão fixados os alvos topográficos. Caso haja o desejo de avaliar o desvio do

coroamento da microestaca deve-se fixar os alvos topográficos no maciço de encabeçamento das

mesmas.

Para a análise da evolução do assentamento das microestacas são desprezados valores que

correspondem ao empolamento da estrutura, pois pretende-se avaliar deslocamentos que sejam

problemáticos para a estrutura e, os valores que indicam empolamento, podem corresponder a erros

de leitura, por contrariarem o efeito da carga.

Edifício Poente – Centro Paroquial

O centro paroquial foi o primeiro edifício ao iniciar os trabalhos de construção da superestrutura. Este

edifício é monitorizado pela leitura dos alvos topográficos 1, 2, 3 e 15, localizados nas paredes do

edifício (Figura 4.43).

Figura 4.43- Mapeamento da monitorização do edifício Poente - Centro Paroquial (adaptado [37])

As paredes e pilares que servem de suporte aos alvos topográficos são criteriosamente escolhidos,

pois os alvos topográficos devem estar no alinhamento das microestacas, para que os resultados

88

possam ser diretamente correlacionáveis. A fixação dos alvos topográficos 1, 2, 3 e 15 são ilustradas,

respetivamente, pela Figura 4.44, Figura 4.45, Figura 4.46 e Figura 4.47.

Figura 4.44 – Fotografia

da localização do alvo

topográfico 1 em obra [37]

Figura 4.45 - Fotografia da

localização do alvo








A evolução dos assentamentos observados nos alvos topográficos podem ser analisados pelo gráfico

presente na Figura 4.48, onde se denota que o assentamento máximo, de 6 mm, é menor que o

admitido como critério alerta (25 mm).

Figura 4.48 - Evolução dos assentamentos observados durante a campanha de observação dos alvos topográficos localizados

no edifício Poente

A evolução dos assentamentos pode estar ligada à posição do nível freático, pois nos meses de

Verão é espectável que o nível freático desça. O nível freático ao estar mais próximo da superfície vai

desempenhar um papel importante no suporte das cargas, pelo que quando desce, solícita ao solo o

suporte das cargas provenientes da superestrutura.

A observação dos alvos topográficos é executada até à entrega do centro paroquial à Paroquia do

Parque das Nações, mas é importante salientar que a construção estrutural da superestrutura é

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

Mar-13 Mai-13 Jun-13 Ago-13 Out-13

Assen

tam

en

to [m

m]

Data leitura [mês/ano]

Alvo 1

Alvo 2

Alvo 3

Alvo 15

Construção da Superestrutura e acabamentos

89

finalizada no final do mês de Maio, como é possível verificar na Figura 4.49, fotografia aérea da zona

de intervenção capturada no dia 29 de Maio de 2013.

Figura 4.49 - Fotografia aérea da obra em estudo, onde se destaca a conclusão dos principais trabalhos do edifício Poente

(adaptado [38])

Em suma, à data do fim da construção da estrutura do edifício poente, final do mês de Maio, observa-

se a estabilização dos assentamentos, facto que sustenta a ligação da evolução dos assentamento

do edifico com a descida do nível freático.

Edifício Central – Igreja

A construção da Igreja teve início no mês de Abril (Figura 4.50), mas as campanhas de observação

só tiveram início no mês de Junho (Figura 4.51), altura em que as cargas do edifício já eram

relevantes para o comportamento das microestacas.

Figura 4.50 - Fotografia aérea da zona de intervenção, capturada a 9 de Abril de 2013 (Adaptado [38])

90

Figura 4.51 - Fotografia aérea da zona de intervenção, capturada no mês de Junho de 2013 [33]

A Igreja é objeto de monitorização por meio de 8 alvos topográficos, localizados segundo a

Figura 4.52.

Figura 4.52 - Mapeamento dos alvos topográficos no edifício central - Igreja (adaptado [37])

Os alvos topográficos 4, 5 e 6 estão localizados nas paredes do piso enterrado e não apresentaram

leituras prejudiciais à solução de fundações, ou seja, não são objeto de estudo da presente análise. O

mesmo não se aplica aos alvos 9, 10, 11, 12 e 13, pois são fixos na parede da igreja mais solicitada e

onde há a intersecção aos pórticos e à torre sineira.

Tal como sucede no edifício poente, os alvos são posicionados no alinhamento das microestacas. As

Figuras 4.53- 4.56 ilustram a identificação dos alvos topográficos em obras, mais concretamente, no

edifício central.

91

Figura 4.53 - Alvo topográfico 9 fixado na parede do

edifício central [37]


edifício central [37]


edifício central - Igreja [37]


edifício central - Igreja [37]

A campanha de leitura dos alvos topográficos possibilitaram traçar a evolução dos assentamentos,

presente na figura seguinte (Figura 4.57).


no edifício central- Igreja

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

Jun-13 Jul-13 Ago-13 Set-13 Out-13 Nov-13 Dez-13 Jan-14 Jan-14

Assen

tam

en

to [m

m]


alvo 9

alvo 10

alvo 11

alvo 12

alvo 13 Construção da Superestrutura e acabamentos

92

A evolução dos assentamentos na Figura 4.57 valida o bom comportamento das microestacas TRM,

pois o assentamento máximo observado é de 6,6 mm (alvo 11), valor aceitável face ao critério de

alerta.

O incremento dos assentamentos observados entre os meses Outubro e Dezembro traduz a

conclusão da torre sineira (alvo 11 e alvo 12) e, consequentemente, a ligação da torre com os

pórticos resistentes (alvo 9), tal como mostra a figura 4.58. Face à estabilização dos assentamentos

no final da campanha, não se revê qualquer comportamento evolutivo que exija uma ação do lado da

segurança.

Figura 4.58 - Ligação da torre sineira com o edifício central - Igreja

Edifício Nascente – Auditório

O edifício Nascente foi construído em conjunto com o edifício central, pois ambos partilham do

mesmo piso enterrado. Este edifício é monitorizado por apenas 2 alvos topográficos, localizados tal

como a Figura 4.59 ilustra.

Figura 4.59 - Mapeamento dos alvos topográficos no edifício Nascente – Auditório (adaptado [37])

Os alvos topográficos são fixados no alinhamento das microestacas nos pilares de extremidade do

edifício Nascente – Auditório (Figura 4.60 e Figura 4.61)

93

Figura 4.60 - Alvo topográfico 7 fixado no edifício

Nascente - Auditório [37]

Figura 4.61 - Alvo topográfico 8 fixado no edificio

Nascente - Auditório [37]

A campanha de observação, realizada durante a construção do edifício Nascente da INSN, permite

definir o comportamento das microestacas TRM, caracterizado pela evolução dos assentamentos

presente na Figura 4.62.


no edifício Nascente – Auditório

O assentamento máximo observado é de 5,1 mm, valor inferior ao estabelecido no critério de alerta.

Ambos os alvos topográficos estabilizam no mês de Setembro, tal como é visível pela fotografia

capturada a 30 de Setembro de 2013 (Figura 4.63), a construção do edifício ainda previa trabalhos de

construção da superestrutura. Deste modo, demonstra-se que as microestacas se acomodaram

devidamente à envolvente geotecnia e suportam as cargas da superestrutura em segurança.

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

Mar-13 Mai-13 Jun-13 Ago-13 Out-13

Assen

tam

en

to [m

m]


alvo 7

alvo 8

Construção da Superestrutura e acabamentos

94

Figura 4.63 - Fotografia aérea da zona de intervenção captura no dia 30 de Setembro de 2013, onde é visível o edifício

nascente - Auditório inacabado [38]

A análise das campanhas preconizadas em cada edifício permitem concluir que a solução por

cravação de microestaca tipo TRM apresenta um comportamento adequado face às cargas

transmitidas, tanto pelos trabalhos em obra, como dos elementos estruturais da superestrutura.

O assentamento máximo observado em toda a área de intervenção é de 6,6 mm, que corresponde á

zona mais carregada da INSN, torre sineira. Os restantes alvos apresentam assentamento na mesma

ordem de grandeza, aproximadamente, de 3 mm a 5 mm, o que revela que a envolvente geotécnica

tem um carácter semelhante em toda a área de intervenção, camada lumachélica localizada na base

das microestacas, e que a solução por microestaca tipo TRM comporta-se adequadamente.

95

5. Modelação numérica por elementos finitos

O presente capítulo explora a modelação numérica por elementos finitos da solução de fundações

indiretas por cravação de microestacas tipo TRM, utilizada na construção da nova Igreja Nossa

Senhora dos Navegantes.

O programa utilizado foi o Plaxis 2D, uma ferramenta muito comum no meio da engenharia civil, para

modelação de problemas geotécnicos, pois permite estudar o comportamento mecânico do solo e das

estruturas, permitindo também a análise da interação solo-estrutura.

A presente modelação tem por base o ensaio de carga prévio realizado numa microestaca em obra,

já anteriormente descrito no subcapítulo 4.5.

O ensaio de carga estático permite a retroanálise, dando a conhecer os parâmetros dos solos

envolventes e permite antever o futuro comportamento da microestaca, pela análise do

comportamento da mesma quando sujeita a fenómenos de corrosão e eventual rotura da camada de

suporte.

5.1. Definição da geometria

A construção de um modelo numérico deve-se aproximar o mais possível da realidade, só assim é

possível obter resultados de qualidade que permitam estudar o comportamento da solução

implementada.

Face à geometria da solução por microestacas TRM procedeu-se à modelação pelo modelo

Axissimétrico, modelo usado para soluções circulares com carga aplicada no respetivo eixo e que

assume, radialmente, um mesmo estado de deformação e de tensão (Figura 5.1). Este modelo foi

executado por meio de elementos triangulares - 15-nodes.

Figura 5.1 - Modelo axissimétrico estabelecido pelo Plaxis [39]

As dimensões da janela e as unidades são fatores a serem estabelecidos, pois só assim podem-se

evitar resultados incônditos. A janela foi escolhida com 20 m de largura e 40 m de profundidade, para

impedir que as condições de fronteira condicionem os resultados. Face à prática usual portuguesa,

utilizou-se o sistema de unidades standard do programa: metro (m), quilonewton (kN) e dia (d).

O passo seguinte foi definir a geometria do modelo, usando o comando Geometry line para delimitar

as regiões, que irão corresponder às camadas de solo envolventes à microestaca. As camadas são

96

introduzidas no modelo com espessuras semelhantes às intersetadas pela sondagem complementar

SC1, descritas na secção 4.5.1, por ser a mais próxima da microestaca e por intersectar a menor

espessura da camada de suporte (0,7 m). A superfície é caracterizada pela cota inicial, ou seja,

anterior aos trabalhos de escavação.

A simulação da escavação no presente modelo pretende contabilizar a descompressão que as

camadas em profundidade ficam sujeitas após a escavação de, aproximadamente, 2 metros de aterro

superficial.

As condições de fronteiras são estabelecidas pelo comando Standart Fixities definindo as fronteiras

laterais por apoios moveis (ux = 0) e a fronteira de base com apoios fixos (ux = uy = 0).

O elemento estrutural, microestaca, é constituído por um material homogeneizado, representando as

características do ferro fundido dúctil e da selagem interior. As dimensões geométricas da

microestaca estabelecidas no Plaxis correspondem ao raio externo do tubo TRM (59 mm) e ao

comprimento instalado em obra (12 m). Sendo caracterizada por um material homogeneizado, a

microestaca é delimitada na envolvente geotécnica pelo comando Geometry line.

Frente à incerteza da integridade da selagem exterior, esta não é contabilizada como resistência à

compressão, mas sim na mobilização de resistência lateral. A resistência lateral ao longo do fuste da

microestaca é simulada por uma Interface situada a 100 mm do eixo, equivalente ao raio final da

microestaca (Figura 5.2).

Figura 5.2 - Ilustração da posição da interface no modelo geotécnico

A carga aplicada na presente modelação corresponde à carga máxima aplicada no 3º ciclo carga-

descarga (1100 kN), que devido à presença do maciço M1 (0,6 x 0,6 x 0,6 m3) é tida como carga

distribuída, aplicada no modelo pelo comando Distributed Load (system A) e com valor de

3055,6 kN/m2 (1100/ (0,6 x 0,6)).

O modelo axissimétrico irá contabilizar a carga distribuída numa área circular, cujo raio é o

desenhado no Plaxis. Para que a carga aplicada no programa seja compatível com a do ensaio de

carga, o raio estabelecido no modelo de cálculo toma o valor calculado pela seguinte correlação:

Ao=A r2=0, 0, r = 0,34 m (5.1)

97

O ensaio de carga estático é realizado à cota 4,3 m, mas o projeto de fundações da INSN prevê que

a microestaca de ensaio esteja ligada à estrutura à cota 3,75 m. Deste modo, M1 é soterrado na

camada de aterro. É importante que se faça esta representação no modelo, pois a escavação

excessiva do solo pode provocar descompressão excessiva nas camadas que se encontram em

profundidade, o que poderá não corresponder à realidade (Figura 5.3).

Figura 5.3 - Maciço de encabeçamento M1: fotografia capturada no decorrer do ensaio, onde é visível M1 enterrado

(esquerda) e geometria de M1 no modelo de cálculo

Finalizada a geometria prossegue-se à caraterização dos solos e dos materiais estruturais,

associando estas características aos elementos já desenhados.

5.2. Características dos materiais e malha de elementos finitos

A envolvente geotécnica pode ser caracterizada pelo Plaxis 2D por diversos modelos constitutivos,

sendo os mais compatíveis com a presente análise: Hardening Soil e Mohr Coulomb.

O modelo Hardening Soil é um modelo avançado que permite simular o comportamento dos solos

com diferentes características geotécnicas, desde areias e cascalhos a argilas e siltes. Este modelo

tem por base o modelo hiperbólico, mas usa a teoria da plasticidade em vez da teoria da elasticidade,

que inclui o valor da dilatância do solo e admite uma superfície de cedência [39].

O modelo Mohr Coulomb é um modelo elásto-perfeitamente plástico, e normalmente é usado como

primeira análise de comportamento do solo, ou rocha, pois inclui apenas cinco parâmetros: módulo de

deformabilidade (E), coeficiente de Poisson (ν), reistência ao corte efetiva (c’), ângulo de atrito (Ф) e

ângulo de Dilatância (Ψ).

No presente modelo todas as camadas de solo, exceto as de natureza rochosa, foram analisadas

pelo modelo Hardening Soil, pela sua dependência da tensão com o módulo de deformabilidade, ou

seja, a rigidez dos substratos aumentam com a profundidade. Este mesmo modelo de

comportamento permite simular o decremento de rigidez por aplicação de tensão de corte, pois

existem deformações plásticas irreversíveis. O modelo Hardening Soil por ser mais complexo

necessita de um maior número de parâmetros para a sua definição, em comparação com o modelo

constitutivo Mohr Coulomb [39]:

- Dependência tensão – rigidez pela lei de potência: m

98

- Rigidez de carga triaxial: E50

- Rigidez edométrica: Eoed

- Descarga-recarga em estado triaxial: Eur e νur

- Parâmetros do modelo Mohr Coulomb: c, Ф e Ψ

A presente modelação numérica foi executada pelos modelos apresentados, tendo por base

parâmetros fornecidos pela campanha de prospeção realizada pela Geocontrole [28] e pela consulta

de documentos bibliográficos [40]. Em relação aos módulos de deformabilidade estimados no modelo

Hardening Soil, o Manual do utilizador do Plaxis 2D propõe que se admita, como aproximações, as

seguintes relações:

Os valores de input dos solos visam aproximar o modelo geotécnico ao comportamento observado

“in situ” e aos resultados da campanha complementar de prospeção geotécnica. Assim, as camadas

de solos foram caracterizadas, na presente modelação numérica, pelos valores presentes na

Tabela 5.1, valores de projeto.

Tabela 5.1 – Valores input dos parâmetros geotécnicos, para caracterização da envolvente geotécnica pelo modelo Hardening

soil

Zonamento

Geotécnico

Aterro Argila Argila levemente

siltosa Argila siltosa Argila rija

ZG1 ZG2 ZG3

Modelo Hardening soil model

Tipo Drenado

ϒsat [kN/m3] 19 19 18 18 18,00

ϒseco [kN/m3] 17 17 19 20 20

E [MPa] 3,5 4,5 25 30 50

cref [kN/m2] 5 10 20 25 25

Ø [º] 20 20 25 25 25

O parâmetro m foi estimado seguindo a recomendação do manual do utilizador do Plaxis, ou seja,

m=0,5 para areias e m = 1,0 para argilas, em complemento, considerou-se m = 0,7 para camada de

solos siltosos [39].

A camada de suporte às microestacas, denominada lumachelas, é objeto da presente retroanálise,

sendo esta caracterizada por camadas lenticulares de depósitos marinhos argilosos com

características rochosas brandas a medianamente resistentes e de espessura variável, entre 0,7 m a

2,0 m. Estas ocorrem, na envolvente geotécnica, intercaladas com solos argilo-siltosos e, devido ao

contraste de rigidez e permeabilidade, “armam” o terreno.

99

O modelo Mohr Coulomb irá caracterizar as camadas de lumachelas, pois deseja-se transmitir um

comportamento rochoso, ou seja, uma análise por um modelo elásto-perfeitamente plástico. Esta

imposição vai de encontro das preocupações em projeto, pois a referida camada apresenta uma

reduzida espessura e é alterada pelo processo de cravação, sendo, a mesma, suscetível a uma

rotura frágil.

Os valores de input têm por base uma análise iterativa, tendo como meta o comportamento

observado no ensaio de carga estático. De todo o modo, estes baseiam-se na consulta bibliográfica

do livro “Mecânica das rochas” [40], onde é possível consultar os valores da Tabela 5.2.

Tabela 5.2 - Parâmetros de rigidez e resistência ao corte de rochas [40]

Tipo de Rocha

Módulo de

deformabilidade

Resistência ao

corte efetiva Ângulo de atrito

[MPa] [kPa] [º]

Arg

ilit

os e

silit

os

Baixa resistência 400 3000 500 3000 30 35

Média resistência 3000 8000 3000 6000 35 40

Elevada resistência 8000 30000 6000 12000 40 55

Gré

s e

co

ng

lom

era

do

s

Baixa resistências 500 4000 500 3000 30 40

Média resistência 4000 10000 3000 8000 40 50

Elevada resistência 10000 60000 8000 16000 50 65

Calc

ári

os

Argilosos 500 5000 500 4000 30 40

Margosos 1000 10000 1000 6000 30 40

Puros 20000 100000 10000 40000 50 65

A sondagem SC1, até à profundidade de 12 m, intersecta duas camadas lumachélicas, pertencentes

ao zonamento geotécnico ZG4. Deste modo, para a sintetizar informação a camada lumachélica, que

se encontra a 9 m de profundidade, é denominada como camada ZG4A e a camada “lumachélica”, à

cota da base das microestacas, é referenciada por camada ZG4B.

A camada ZG4A, sem rigidez relevante ao impedimento da cravação das microestaca, apresentam

um grau de fracturação elevado, F4-5, e percentagem de RQD, aproximadamente, de 25%, revelando

um material rochoso de muito fraca qualidade, não apresentando características relevantes para o

suporte de carga. Esta camada é caracterizada por um solo argiloso muito rijo, com rigidez superior à

camada de Argila Rija, e pelo modelo Mohr Coulomb, pois não queremos desprezar totalmente o

carácter rochoso da camada.

100

Por outro lado, a camada ZG4B irá apresentar os valores da Tabela 5.2, sendo as formações

geológicas e geotécnicas comparáveis:

Solos de baixa a média resistência, devido à fracturação elevada, F4-5, e à percentagem

RQD de 50%, aproximadamente, que traduz um material rochoso fraco;

Calcários argilosos, pela descrição geológica “Calcários de Marvila”;

Face ao comportamento da solução em estudo, microestacas “curtas” que funcionam,

essencialmente, por ponta, a modelação é realizada em condições drenadas, para avaliar a solução a

longo prazo.

A microestaca TRM consiste numa região caracterizada por um material homogeneizado (ferro

fundido dúctil e selagem interior). O modelo constitutivo para simular o comportamento da

microestaca é o Linear Elastic, que se basei na lei de Hooke, necessitando apenas de dois

parâmetros: módulo de Young (E) e coeficiente de Poisson (ν). Este modelo não é adequado para

solos, mas para elementos estruturais de elevada rigidez inseridos no solo [39]. O valor do módulo de

deformabilidade deve contabilizar a rigidez do ferro fundido dúctil e do micromicrobetão, onde a

homogeneização da secção realiza-se pela expressão 5.2.

(5.2)

onde:

E’: módulo de deformabilidade equivalente da microestaca tipo M;

Es: módulo de deformabilidade do ferro fundido dúctil;

Eb: módulo de deformabilidade do micromicrobetão;

As: área transversal da secção do tubo de ferro fundido dúctil;

Ab: área transversal da selagem interior e exterior; e

At: área transversal total da microestaca tipo TRM, incluindo selagem exterior.

A microestaca contempla os parâmetros presentes na Tabela 5.3.

Tabela 5.3 - Caracterização da microestaca pela Opção 1

Microestaca tipo TRM Ø118,0 x 9,0

ETRM [GPa] (1)

160

EC25/30 [GPa] 31

E' [GPa] 67

ν 0,3 (1)

boletim Dywidag Ductile Iron Piles

As faces de atrito entre a selagem exterior e o solo envolvente foram simuladas por meio de uma

interface, à qual se admite um fator de redução de resistência, Rinter, responsável por simular a

rugosidade do micromicrobetão (atrito de adesão) e a resistência do solo envolvente (ângulo de atrito

101

interno e coesão) [39]. Os valores de Rinter atribuídos foram 0,7 na interface com solos argilosos e

argilo-siltosos e 0,9 para solos de natureza silto arenosa.

Por ultimo, os parâmetros característicos do M1 são:

Tabela 5.4 - Parâmetros do maciço de encabeçamento M1

Maciço de encabeçamento M1

E [GPa] 31

ν 0,2

De modo a finalizar a definição do modelo procede-se à geração de malha de elementos finitos do

programa pelo comando Generate mesh, e seleciona-se o refinamento que neste caso foi

refinamento da malha Fine (Figura 5.4).

Figura 5.4 - Mesh gerada para realização da retroanálise do caso de estudo

O estado de tensões inicial deve ser calculado antes de iniciar a simulação, por distribuição de

pressões efetivas, horizontais e verticais. As condições iniciais do sistema são atribuídas ao modelo

pelo comando Initial conditions, onde é definido o nível freático e, consequentemente, geram-se as

pressões intersticiais. Pelo estudo hidrogeológico realizado no local de estudo, estabelece-se o nível

freático a 1,5 m de profundidade, a partir da cota de instalação da microestaca tipo TRM, por ser o

valor médio dos valores lidos na campanha de prospeção complementar. A Figura 5.5 mostra a

distribuição das tensões efetivas em profundidade, onde é visível a distribuição linear em

profundidade, logo valida-se o modelo gerado e prossegue-se para a definição do faseamento

construtivo.

102

Figura 5.5 - Diagrama das condições iniciais do modelo geotécnico definido

5.3. Faseamento construtivo e cálculos

O faseamento construtivo é importante para a modelação de elementos finitos porque permite que a

modelação contabilize alterações do estado de tensão inicial do solo causado por trabalhos em obra.

O faseamento construtivo para a presente modelação resume-se a: escavação até cota de projeto;

cravação da microestaca tipo TRM, maciço de encabeçamento M1 e aplicação da carga (Figura 5.6)

Figura 5.6 - Faseamento construtivo inserido no programa Plaxis 2D

A Initial phase existe por defeito do programa. A fase de escavação é concretizada por remoção do

modelo da camada de aterro de espessura de 2 m.

A fase TRM é referente à inclusão de materiais com as características definidas no subcapítulo

anterior. O faseamento construtivo do maciço de encabeçamento M1 é composto pela escavação

local e betonagem do elemento quadrado referente ao M1.

Por fim, a fase de carga consiste em aplicar a carga no maciço de encabeçamento.

Cada fase foi preconizada por parâmetros definidos por defeito no software, uma vez que a

modelação é uma retroanálise do ensaio de carga e o processo de cravação não induz alteração

significativas na envolvente geotécnica, solos “moles”. Mas, de modo, a obter deslocamentos

compatíveis com os resultados do ensaio de carga, selecionou-se o comando Reset displacement to

zero.

103

5.4. Retroanálise

A retroanálise é realizada com base em resultados observados durante o ensaio de carga estático,

pois pretende-se conhecer a camada de suporte das microestacas tipo TRM e certificar que a

solução, apesar das adversidades em obra, foi executada por valores de “nega” adequados.

Este tipo de análise permite analisar o comportamento do terreno, mas a sua extrapolação para

situações semelhantes não dever ser direta, pois existem simplificações incompatíveis na modelação

numérica, como da instrumentação, não descartando a eventualidade de possíveis erros que

influenciam a qualidade dos resultados da análise.

Para a realização desta análise torna-se necessário identificar os parâmetros a analisar, de modo a

diminuir o número de variáveis. Assim sendo, associaram-se os parâmetros ao respetivo grau de

incerteza, ou seja, mantiveram-se inalteráveis os parâmetros dos elementos estruturais e dos solos

em projeto inicial, de modo a não inviabilizar o objetivo da análise.

Para que haja uma correspondência direta entre resultados analíticos e experimentais, realiza-se a

análise dos deslocamentos verticais da face superior do maciço de encabeçamento M1, localização

da célula de carga.

5.4.1. Análise paramétrica

Ao realizar uma análise centrada nas camadas “lumachélicas”, caracterizada no Plaxis pelo modelo

de cálculo Mohr-Coulomb, recinge-se o número de variáveis referentes a E, c’ e Ø, os restantes

parâmetros tomaram os valores admitidos por defeito pelo software Plaxis. Os parâmetros, a iterar,

tomam como valor, os propostos em [40], indicados na Tabela 5.2.

Face ao já exposto, a camada ZG4A assume uma rigidez e resistência ao corte mais fracas, valores

próximos aos admitidos para a camada de argila rija (Tabela 5.5).

O valor c’ da camada ZG4A é muito superior ao da argila rija, pois pretende-se caraterizar a elevada

coesão existente entre os elementos marinhos, que conferem as características rochosas à referida

lentícula lumachélica.

Tabela 5.5 - Parâmetros iniciais para a camada ZG4A

Camada ZG4A

E [MPa] 60

c’ [kPa] 80

Ø [º] 35

Deste modo, a camada sujeita à análise paramétrica é a que preconiza o suporte das microestaca

tipo TRM – ZG4B.

104

Análise dos módulos de deformabilidade – E

Para a análise dos módulos de deformabilidade, os mesmos, foram iterados entre 400 MPa, menor

valor para rochas de baixa resistência, e 5000 MPa, valor máximo de módulo de deformabilidade de

calcários argilosos. Em relação ao valor de c’ e Ø, estes são fixos e têm o valor de 500 kPa e 40º,

respetivamente.

A Figura 5.7 ilustra as curvas carga-deslocamentos das modelações numéricas realizadas pela

variação de E da camada ZG4B.

Figura 5.7 - Curvas carga - assentamento do ensaio de carga e das modelações por evolução incremental de E.

O gráfico da Figura 5.7 demonstra que os assentamentos aproximam-se da curva do ensaio de carga

prévio, quanto mais elevado for o valor de E.

A análise paramétrica prossegue com a análise evolutiva dos parâmetros c’ e , com a fixação de E

para valores de 3000 MPa e 5000 MPa. Estas curvas apresentam assentamentos mais próximos dos

verificados no ensaio de carga estático.

Análise resistência ao corte efetiva – c’

A análise evolutiva de c’ referente à camada ZG4B segue as mesmas diretivas da análise

paramétrica anterior, variando entre 500 kPa e 3000 kPa. Em relação ao valor de Ø, este mantém-se

idêntico ao admitido na análise anterior.

Para E=3000 MPa obtiveram-se as curvas de carga – assentamento representadas na Figura 5.8,

onde se denota que para c’=3000 kPa e c’=2000 kPa observam-se deslocamentos verticais

semelhantes. Assim, conclui-se que para E=3000 MPa, a curva que caracteriza a fundação com

comportamento mais próximo ao observado no ensaio de carga, é a que corresponde a c’=2000kPa,

assumindo um ponto de vista conservador.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 10 20 30 40

Carg

a [

kN

]

Assentamento [mm]

E=400MPa

E=800 MPa

E=1600 MPa

E=3000 MPa

E=5000 MPa

Ensaio de carga

105

Figura 5.8 - Curvas carga-assentamento do ensaio de carga estático e das modelações por evolução incremental de c’, para

E=3000 MPa

Para E=5000 MPa obteve-se as curvas de carga – assentamento representadas na Figura 5.9.

Figura 5.9 - Curvas carga-assentamento do ensaio de carga estático e das modelações por evolução incremental de c’, para

E=5000 MPa

O gráfico da Figura 5.9 não contempla a curva carga-assentamento para c’=3000 kPa, pois não foi

realizada a modelação numérica para este valor. Esta decisão foi tomada por observação das curvas

referentes a c’= 000 kPa e c’=2000 kPa, uma vez que a diferença dos assentamentos das respetivas

análises não é muito significativa, e assim dá-se como finalizada a análise paramétrica para

c’=2000 kPa.

Ao fazer o cruzamento dos resultados das análises dos diferentes módulos de deformabilidade,

conclui-se que, para ambos, a solução analítica mais próxima da experimental passa por

c’=2000 kPa. A diferença dos assentamentos numéricos dos dois módulos de deformabilidade para

c’=2000 kPa é de mm, o que revela que para módulos de deformabilidade superiores a 3000 MPa a

camada de suporte reage de forma semelhante. Dada a natureza da camada em estudo, pretende-se

0

200

400

600

800

1000

1200

0 5 10 15 20 25 30

Carg

a [

kN

]

Assentamento [mm]

c' =500 KPa

c'=1000 kPa

c'=2000 kPa

c'=3000 kPa

Ensaio de carga

0

200

400

600

800

1000

1200

0 5 10 15 20 25

Carg

a [

kN

]

Assentamento [mm]

c'= 500 MPa

c' = 1000 kPa

c' = 2000 kPa

Ensaio de carga

106

estimar o menor valor de deformabilidade possível, uma vez que a mesma é constituída por

conglomerados marinhos, de rotura frágil.

Em conclusão, a retroanálise prossegue com a camada ZG4B caracterizada com E=3000 MPa e

c’=2000 kPa.

Análise do ângulo de atrito – Ø

O ângulo de atrito está relacionado com a resistência ao corte da camada em estudo. Tal como é

visível na Figura 5.10, a variação de Ø não aproxima o comportamento numérico da fundação ao

experimental, o que inviabiliza a análise paramétrica de Ø.

Figura 5.10 -Curvas carga-assentamento do ensaio de carga estático e das modelações por evolução incremental de Ø, para

E=3000 MPa e c’=2000 kPa.

Camada ZG4A

No início da análise paramétrica foi definida uma única formação geotécnica em estudo, camada

ZG4B. Após as ultimas análises paramétricas, que aproximam o comportamento numérico ao

experimental, torna-se interessante alterar os parâmetros da camada ZG4A, por forma a observar a

sua influência no andamento da curva carga-deslocamento.

Esta análise permite que se aumente os parâmetros de rigidez e de resistência ao corte, pois os

parâmetros iniciais ficam muito aquém dos estabelecidos na Tabela 5.2, como tal foi realizada a

modelação numérica pelos valores estabelecidos na Tabela 5.6. Estes valores são estimados pela

leitura bibliográfica do artigo referente a uma retroanálise de camadas lumachélicas que

intersectaram a linha vermelha do metropolitano de Lisboa [41].

0

200

400

600

800

1000

1200

0 5 10 15 20

Carg

a [

kN

]

Assentamento [mm]

Ø = 40º

Ø =30º

Ø =50º

Ensaio de carga

107

Tabela 5.6 - Parâmetros da análise paramétrica da camada ZG4A.

E [MPa] c’ [ Pa] Ø [º]

ZG4A 300 250 35

ZG4B 3000 2000 40

As curvas carga-assentamento são graficamente representadas na Figura 5.11. O assentamento

numérico é de 17,74 mm, modelação de ZG4A com maior rigidez, denotando um decremento frente

ao obtido na modulação numérica anterior que foi de 1,4 mm. A diferença entre o assentamento

numérico e o assentamento experimental é de 5,24 mm, sendo compatível com a superestrutura.

Figura 5.11 - Curvas carga-assentamento do ensaio de carga estático e da análise paramétricas da camada ZG4A, para camada ZG4B com E=3000 MPa e c’=2000 kPa

Face à origem dos dados e à aproximação da curva numérica à curva experimental, prossegue-se a

retroanálise com os valores da presente análise.

5.4.2. Faseamento Construtivo

Esta secção tem por objetivo demonstrar que ao definir a metodologia do ensaio de carga o mais

próximo da realidade possível, obtiveram-se valores numéricos mais próximos dos resultados

experimentais.

A análise paramétrica anterior é executada por aplicação da carga máxima do 3º ciclo, que por ser

uma análise bruta, leva a um processo de cálculo mais rápido. Uma vez que o ensaio de carga

estático é executado por três ciclos, torna-se importante simular este processo, pois a ação carga-

descarga impõe tensões no terreno que promovem à rigidez do mesmo, o que traduz em menores

deslocamentos verticais nos ciclos de carga posteriores

Assim, o cálculo no Plaxis é realizado por um processo construtivo com a fase de carregamento

faseada, indo ao encontro do que foi executado em obra (Figura 5.12)

0

200

400

600

800

1000

1200

0 5 10 15 20

Carg

a [

kN

]

Assentamento [mm]

E=60 MPa e c' = 80 kPa

E =300 MPa e c'=250 kPa

Ensaio de carga

108

Figura 5.12 - Processo construtivo inserido na fase de cálculos no programa Plaxis

Na Figura 5.13 ilustra-se, graficamente, o andamento das curvas carga-assentamento, Plaxis versus

ensaio de carga estático, ambos referentes ao 3º ciclo carga-descarga. Os parâmetros do cálculo

numérico por elementos finitos tomam os valores da última análise paramétrica, referente a ZG4A e

ZG4B (Tabela 5.6).

Figura 5.13 - Curvas carga-assentamento do ensaio de carga estático e do refinamento do processo construtivo no Plaxis

A curva de carga-assentamento obtida por inclusão dos ciclo de carga-descarga no Plaxis permite

diminuir o assentamento para a carga aplicada de 1100 kN. O assentamento máximo numérico

obtido, na presente modelação, é de 16 mm, onde a diferença entre valores numérico e

experimentais é de 3,5 mm, ou seja, obteve-se um decremento de 1,74 mm em relação à modelação

anterior.

Na fase de carregamento, andamento superior da curva carga-assentamento, denota-se uma

aproximação do comportamento numérico ao experimental, o que demonstra a importância do

processo construtivo, descrito na fase de cálculo no Plaxis.

5.4.3. Selagem Exterior

A selagem exterior foi desprezada como resistência de compressão, mas a mesma pode ter sido

solicitada durante o ensaio de carga estático. Esta componente, até então, foi incorporada na

modelação apenas como resistência lateral.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Carg

a [

kN

]

Assentamento [mm]

Plaxis

3º ciclo

109

Esta secção permite averiguar se incrementando a resistência de compressão da microestacas dá-se

um comportamento numérico mais próximo do experimental.

A Figura 5.14 ilustra a selagem exterior no Plaxis, e esta é caracterizada pelo modelo de cálculo

Linear elastic, material não poroso, sendo que a espessura corresponde ao recobrimento exterior da

própria microestacas 5,0 cm.

Figura 5.14 – Caracterização da microestacas Ø118,0 x 9,0 no Plaxis incorporando a selagem exterior

O modelo Linear elastic requer a introdução de parâmetros intrínsecos à selagem exterior, deste

modo é realizada uma estimativa do valor de E, de forma a contabilizar a incerteza da integridade da

selagem exterior ao longo do fuste da microestacas. A Tabela 5.7 apresenta os valores estimados

para caracterizar a referida selagem.

Tabela 5.7 - Parâmetros da selagem exterior

Selagem exterior

E [GPa] 17

ν 0,2

ϒ [kN/m3] 24

Os assentamentos numéricos obtidos apresentam valores mais próximos dos assentamentos

experimentais (Figura 5.15), mas apenas na fase de carregamento. Já para a carga aplicada de 1100

kN o assentamento numérico é menor do experimental, bem como em toda a fase de descarga. O

assentamento residual observado no fim da descarga do 3º ciclo indica que o modelo de cálculo

numérico tem um comportamento maioritariamente elástico, apresentando algumas discrepâncias

com o observado no ensaio de carga.

110

Figura 5.15 - Curvas carga-assentamento para a retroanálise pela contabilização da selagem exterior na resistência à

compressão

Face à análise das curvas carga-assentamento da presente análise, Figura 5.15, procede-se à

retroanálise sem contabilizar a resistência de compressão da selagem exterior, mas a análise

seguinte recai na interface, gerada para introduzir a resistência lateral, materializada pela selagem

exterior.

5.4.4. Resistência lateral

A microestaca tipo TRM ensaiada é “curta”, estando, a mesma, essencialmente a funcionar por ponta.

Uma vez que a instrumentação não previu a leitura dos deslocamentos ao longo do fuste da

microestaca, esta secção passa a estimar a resistência lateral, pela análise dos resultados numéricos

em comparação a valores estimados das tensões de atrito, pela empresa Tiroler R hren- und

Metallwerke (TRM).

A TRM preconizou ábacos, Anexo I, que estimam as tensões de atrito obtidas no fim da execução da

microestaca, para correlação a resultados de prospeção, nomeadamente o ensaio SPT, e taxas de

cravação. Estes ábacos (Anexo I) correlacionam as tensões de atrito com o número de pancadas do

ensaio SPT na cravação de 30 cm (N30), o que corresponde ao número de pancadas SPT, NSPT, 2ª

fase e 3ª fase.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 5 10 15

Carg

a [

kN

]

Assentamento [mm]

3º Ciclo - Plaxis

3º ciclo - ensaio de carga

111

Tabela 5.8 - Valores estimados das tensões de atrito pela consulta dos abacos elaborados pela TRM.

Camada N30

Ʈ Observações

kN/m2

Aterro 12 40 Na caracterização geológica da camada é aferido que o aterro é

muito descomprimido, razão pela qual se admite o menor valor.

Argila 12 80 Face à sua constituição e NSPT = 10 admite-se o menor valor de

face de atrito para solo com o N30 semelhante.

ZG4A F4-5 160

Esta camada não é caracterizada por N30, mas devido à elevada

rigidez em comparação com outras formações, admite-se uma

tensão tangencial de 160 KN/m2. Este valor também recaiu na

análise do boletim de cravação da estaca (Figura 4.33) com uma

taxa média de 30 s/m.

Argila levemente

siltosa 30 100

O valor estimado foi obtido diretamente do abaco elaborado pela

TRM.

A retroanálise da resistência lateral é realizada por meio de duas análises da materialização da

interface.

A primeira análise é referente às modelações elaboradas anteriormente, onde a interface é

materializada pelo solo em contacto com a microestaca, onde a mesma é afetada por diferentes

valores de Rinter, tal como é explicado na secção 5.2.

A segunda análise incrementa a rigidez da interface, caracterizando-a com os mesmos parâmetros

estabelecidos para a selagem exterior (Tabela 5.7). No seguimento a esta caracterização, o valor de

Rinter dos solos em contacto com a microestacas tomam o valor máximo de 1,0.

É importante referir que as análises numéricas foram realizada para uma carga máxima aplicada de

550 kN, equivalente ao máximo aplicado no 1º ciclo e, aproximadamente, igual à carga de projeto. As

curvas da resistência lateral em profundidade são ilustradas na página seguinte pela Figura 5.16.

O gráfico da Figura 5.16, presente na página seguinte, apresenta discrepâncias entre valores

numéricos e os valores “teóricos”, justificados pelo teor de aplicabilidade dos ábacos analisados.

Os ábacos elaborados pela DSI têm por base um número elevado de ensaios de penetração

executados em determinada envolvente geotécnica, onde a correlação com o ensaio SPT vem de

uma segunda correlação. É importante alertar que os valores de tensão de atrito fornecidos pelos

ábacos são empíricos, sendo, apenas, valores de referência que podem não corresponder à

realidade.

A estimativa das tensões de atrito, no ábaco, foram, essencialmente, executada por meio do N30,

sendo possível, também, a utilização do boletim de cravação, de modo a realizar a mesma

metodologia. Esta opção foi descartada pela falta de informação referente aos equipamentos de

cravação do ábaco.

112

Figura 5.16 - Resistência lateral em profundidade, obtida pelas análises de diferentes tipos de materialização da interface e por

meio do ábaco elaborado pela DSI.

A análise, por meio da interface materializada pela selagem exterior, apresenta maior mobilização de

resistência lateral, face à análise inicial, logo é a que se aproxima melhor à realidade. Ambas, as

análises numéricas, apresentam uma mobilização muito elevada na camada ZG4A, o que aponta

para uma estimativa muito conservadora na análise do abaco para a referida camada.

O aumento da resistência lateral ao longo do fuste, por materialização da interface por características

da selagem exterior, “alivia” a resistência de ponta, possibilitando a re-análise dos parâmetros da

camada de ZG4A. Assim, procedeu-se à re-análise de três análises paramétricas, por decrementos

de 50% dos parâmetros, em relação à última análise numérica com interface materializada pelo solo

envolvente (Tabela 5.6).

A Figura 5.17 ilustra as curvas carga-assentamento das análises de base, ensaio de carga e análise

numérica com interface materializada pelo solo envolvente, e as curvas de re-análise com a interface

materializada pelas características da selagem exterior.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 50 100 150 200

Pro

fun

did

ad

e [m

] Resistência lateral -Rs [kN]

interface com selagem exterior interface com solo envolvente Abaco

Aterro

Argila

ZG4A

Argila levemente

siltosa

ZG4B

Argila siltosa

113

Figura 5.17 - Curvas de carga-assentamento para a análise paramétrica da camada de suporte, para a interface materializada

pelas características da selagem exterior

O gráfico anterior mostra que a interface ao ser materializada pela selagem exterior, a camada de

suporte já suporta a carga aplicada mesmo quando caracterizada por parâmetros inferiores aos

estabelecidos pela Tabela 5.2.

Para a carga aplicada até 600kN os assentamentos numéricos são semelhantes, mas para uma

carga aplicada de 1100 kN obtém-se valores discrepantes. A Tabela 5.9 apresenta os assentamentos

numéricos mais próximos dos experimentais.

Tabela 5.9 – Resultados numéricos e experimentais para avaliação da interface materializada pela selagem exterior, carga

aplicada de 1100 kN

Objeto da análise paramétrica: ZG4B Assentamento [mm]

Modelação de base

(selagem exterior materializada

pelos solos)

E=3000 MPa

15,60

c’=2000 kPa

Modelação em estudo

(selagem exterior materializada

pela selagem exterior)

E=1500 MPa

15,0

c’= 000 kPa

Ensaio de carga estático 12,50

Os assentamentos numéricos mais próximos dos experimentais, presentes na Tabela 5.9, não são

muito discrepantes, onde se conclui que ao induzir mais resistência lateral à interface pode-se

diminuir os parâmetros da camada ZG4B.

Assim, conclui-se que para uma interface mais resistente é possível estimar a camada de suporte

menos rochosa, com E = 500 MPa e c’ = 000k Pa.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Carg

a [

kN

]

Assentamento [mm]

E=3000 Mpa e c'=2000kPa

E=1500 MPa e c'=1000 kPa

E=750 Mpa c'=500 Kpa

E=300MPa c'=250kPa

ensaio de carga

114

Elemento estrutural – Microestaca tipo TRM Ø118 x 9,0

Face aos valores de resistência lateral, é importante verificar a resistência de ponta a que a

microestaca está sujeita. Assim, a Figura 5.18 ilustra a mobilização da carga, aplicada à cabeça da

microestacas (550 kN), ao longo do fuste, onde é possível verificar a carga que é mobilizada por

resistência de ponta.

Figura 5.18 - Mobilização da carga aplicada à cabeça da microestaca por resistência lateral, por métodos empíricos e

numéricos

A análise pelo ábaco (Figura 5.18) estabelece que a carga de serviço, com máximo valor de 500 kN,

é passível de ser mobilizada na íntegra por resistência lateral. Por outro lado, as análises numéricas

estimam que a carga aplicada é mobilizada parcialmente por resistência lateral e que a resistência de

ponta é fortemente solicitada.

A microestaca ao funcionar por ponta adquire tensões interiores que devem ser menores às

admissíveis pelos próprios materiais, caso contrário dá-se a rotura estrutural da fundação.

A modelação da solução com interface materializada pelos solos envolventes induz mais

responsabilidade à microestaca, mas a análise estrutural da microestaca segue com base na

modelação executada com interface materializada pela selagem exterior, pois pretende-se analisar a

situação onde a camada de suporte é menos rija.

Deste modo, a análise estrutural da microestaca é preconizada pela modelação executada com

interface materializada pela selagem exterior e com ZG4B caracterizada por E= 500 MPa e c’ = 000

kPa.

As tensões axiais de compressão instaladas na microestaca são representadas na Figura 5.19, para

uma carga axial de 550 KN.

0

2

4

6

8

10

12

0 200 400 600

Pro

fun

did

ade

[m]

Carga [kN]

interface com selagem exterior Abaco interface com solo envolvente

Aterro

Argila

ZG4A

Argila levemente

siltosa

ZG4B

115

Figura 5.19 - Curva da evolução em profundidade da tensão axial de compressão instalada na microestaca por aplicação de

550 kN à cabeça da mesma.

A tensão máxima obtida ao eixo da microestaca é de 37,7 MPa, valor próximo ao da tensão de

compressão do micro-microbetão, 25 MPa, e muito inferior à tensão de cedência à compressão do

ferro fundido, 320 MPa, o que permite assegurar a estabilidade estrutural da microestaca à solicitação

imposta.

A presente análise promove a resistência lateral da microestaca, o que implica a verificação da

integridade da selagem exterior para a respetiva mobilização de carga. A secção designada ao

dimensionamento estrutural das microestacas tipo TRM, subcapítulo 3.6.2.3, propõe uma

metodologia para a respetiva verificação de segurança, estabelecida por [10].

A tensão tangencial de cálculo, entre o ferro fundido dúctil e a selagem exterior, é calculada pela

expressão 3.18 e a resistência lateral de cálculo pela expressão 3.17. Os valores para a presente

análise estão presentes na Tabela 5.10.

0

2

4

6

8

10

12

0 10 20 30 40 50

Pro

fun

did

ad

e [m

]

Tensão de compressão - σc [MPa]

Aterro

Argila

ZG4A

Argila levemente

siltosa

ZG4B

116

Tabela 5.10 - Parâmetro para a verificação da resistência lateral

Ʈr,k [N/mm2] 0,32

ϒM,v (3)

-- 2,1

k -- 0,5

σh(4)

[kPa] 7,39

d [m] 0,118

Leff (5)

[m] 11,54

(3) A norma z-34.25-202 estabelece dois valores, 2,1 e 1,8, valores mais

condicionantes aos estabelecidos pela EC7 e EN14199.

(4) Mínimo valor obtido pelo cálculo numérico de elementos finitos – Plaxis

(5)Comprimento da microestaca sem contabilizar os comprimentos de união. Cada

extremidade macho-fêmea contabiliza um comprimento de 155 mm para Ø118 x

9,0 [boletim].

Por substituição dos valores anteriores nas respetivas expressões obtém-se a tensão tangencial de

cálculo, entre ferro fundido dúctil e micromicrobetão, de 156 kPa e a resistência lateral de cálculo no

valor de 667 kN, valor superior à carga de serviço.

O valor da resistência lateral de cálculo permite estimar a percentagem limite de carga mobilizada por

resistência lateral sem comprometer a integridade da selagem exterior. Assim, para a carga de 500

kN, máximo previsto em projeto para microestacas Ø118,0 x 9,0, a resistência lateral pode mobilizar

por completo a carga, sem comprometer a integridade da selagem exterior.

Face à natureza do cenário geotécnico, que apresenta um nível freático elevado, é importante aferir a

segurança da microestaca por ação da corrosão, e, devido às características da camada de suporte,

estudar o possível comportamento da microestaca para uma situação limite, onde se dá a rotura de

ZG4B.

5.4.5. Corrosão

A ação da corrosão é um processo evolutivo associado, na maioria dos casos, ao tempo de

exposição dos elementos a agentes agressivos, ou até mesmo por contacto direto com a oscilação do

nível freático.

As microestacas tipo TRM cravadas como solução de fundação indireta à INSN são de carácter

permanente, o que impõe à microestaca uma durabilidade compatível com a vida útil da

superestrutura.

A INSN enquadra-se na classe de importância categoria 5, segundo a norma europeia Eurocódigo 0

[42], responsável por estabelecer as bases para projeto de estruturas. A classe de importância

considera essencialmente as funções e as condições de uso de edifícios, e permite estabelecer um

período de vida útil de 100 anos para INSN.

117

As microestacas foram cravadas por via húmida, preconizando um elo alcalino envolvente ao tubo. A

presente análise admite uma corrosão uniforme ao longo do tubo, com a presente noção que será a

zona de variação do nível freático a mais condicionante para o referido fenómeno.

A norma [4] estabelece espessuras sacrificadas por ação de corrosão em função do tempo de

exposição, como foi exposto na Tabela 3.9 da presente dissertação. Assim, para um tempo de

exposição de 100 anos, a espessura de sacrifício é de 1,2 mm, para cada parede do tubo.

A corrosão afeta as faces exteriores do tubo de ferro fundido dúctil, e na presente análise procede-se

à caracterização da microestacas por homogeneização do materiais, de forma semelhante ao cálculo

executado pela expressão 5.2. Face aos cálculos iniciais, a área transversal do tubo de ferro fundido

dúctil é menor do que a inicialmente admitida, por ação da corrosão, a área transversal da selagem

interior é a mesma e despreza-se a contribuição da selagem exterior para a resistência à

compressão.

O valor do módulo de deformabilidade após corrosão, por homogeneização da microestaca, é de

63,5 GPa, muito próximo do valor inicial de 67 GPa, onde se pressupõe que a microestaca não terá

um comportamento muito catastrófico por ação da corrosão.

A análise intuitiva vem a ser confirmada pela modelação analítica da solução sujeita a uma carga

axial de 500 kN, onde se prevê um assentamento 7,3 mm, valor muito semelhante ao obtido na

análise em circunstância iniciais (sem ação da corrosão) cujo assentamento é de 7 mm. Logo não se

prevê rotura, ou deformações excessivas, da solução por ação da corrosão na microestaca.

A análise das tensões interiores instalada é desprezada, pois a pesquiza bibliográfica [10] [12] indica

que para uma corrosão máxima de 1,5mm, em cada parede do tubo, a resistência à compressão

mínima é de 507 kN (Tabela 3.12).

5.4.6. Eventual rotura da camada ZG4B

A eventual rotura da camada lumachélica de suporte é simulada no Plaxis por eliminação da mesma,

ou seja, o presente estudo pretende antever o possível comportamento da solução sem a existência

da camada ZG4B onde apoiam as microestacas.

A análise que se segue foi preconizada com a interface materializada pela selagem exterior, pois na

verificação da resistência lateral concluiu-se que a carga de serviço máxima, 500 kN, pode ser

mobilizada na íntegra pela resistência lateral, sem comprometer a integridade da mesma.

A Figura 5.20 apresenta as curvas carga-assentamento para a análise da microestaca apoiada na

camada ZG4B e sem a referida camada de suporte. Denota-se que a eventual rotura da camada

ZG4B de suporte irá traduzir assentamentos superiores, o que é esperado, pois as microestacas

terão um comportamento de estaca flutuante, ou seja, a carga será toda mobilizada,

maioritariamente, por resistência lateral.

118

Figura 5.20 - Curvas carga-assentamento para a análise numérica da simulação da rotura da camada de suporte.

A resistência lateral ao longo do fuste da microestaca será superior às calculadas anteriormente e

mais próximas da análise empírica, Figura 5.21.

Figura 5.21 - Resistência lateral numérica versus resistência lateral empírica, para a situação limite onde se dá a rotura da

camada de suporte

O estudo da resistência lateral em profundidade, Figura 5.21, revela que a resistência lateral é muito

superior na camada ZG4A. Para esta camada não existem valores teóricos comparáveis, pois a

entidade responsável pelos ábacos não faz o mesmo tipo de estudo para cravação em solos de

natureza rochosa, uma vez que a cravação em envolvente rochosa não é apropriada para este tipo

de solução.

Há que referir que a análise em estudo é uma microestaca isolada carregada axialmente. A solução

de fundações indiretas da INSN prevê uma grelha de viga de fundação, que pode ser solicitada caso

se dê a eventual rotura da camada ZG4B, permitindo a redistribuição de esforços para as

0

100

200

300

400

500

600

0 5 10 15

Carg

a [

kN

]

Assentamento [mm]

Camada lumachélica

Sem camada de suporte

0

2

4

6

8

10

12

0 100 200 300 400 500

Pro

fun

did

ad

e [m

]

Resistência lateral - Rs [kN]

Rs- Plaxis Rs -Ábaco

Aterro

Argila

ZG4A

Argila levemente

siltosa

ZG4B

4,0 mm

119

microestacas adjacentes e que representam maior reserva ao nível da respetiva capacidade de

carga.

Por outro lado, a presente envolvente geotécnica é particular da microestaca de ensaio, por ser a

mais condicionante à solução de fundações indiretas. A expressividade das camadas em

profundidade, e as respetivas características geológica-geotécnicas, não são uniformes em toda a

área de implantação, pois as campanhas de prospeção identificaram camadas, subjacentes à

camada ZG4B, mais rijas. Assim, a preocupação de punçoamento da microestaca na camada ZG4B

não é generalizada para toda a área de implantação da INSN, o que corresponde a uma reserva de

capacidade resistentes do solo de fundação, para zonas geotécnicas mais competentes, mas

proporciona a preocupação a assentamentos diferenciais.

5.4.7. Considerações Finais

A solução de fundações indiretas por microestacas cravadas, tipo TRM, apresenta um adequado

comportamento, quer por interpretação do ensaio de carga, quer pelas leituras durante a observação

e monitorização da obra da INSN.

O ensaio de carga foi executado de forma a permitir validar, atempadamente, os critérios de “nega” e

permitiu executar uma retroanálise, com o objetivo de conhecer os parâmetros da camada de suporte

das microestacas, sendo que esta demonstrou ser um condicionamento aos trabalhos de cravação

das microestacas.

A camada ZG4B caracterizada com E= 500 MPa, c’ = 000 kPa e Ø=40º origina assentamentos

numéricos muito próximos aos observados no ensaio de carga estático. Com estes parâmetros fixos,

foi possível estimar o comportamento da solução para uma situação limite, onde poderia ocorrer a

eventual rotura da camada de suporte, e analisar o comportamento da mesma por ação da corrosão.

Para ambas as situações, a solução por microestacas, tipo TRM, não compromete o comportamento

da superestrutura, mas não se ignora a possibilidade de mobilizações de assentamentos diferenciais,

que poderão induzir nas estruturas patologias visíveis.

As modelações da retroanálise possibilitaram aproximar os resultados numéricos aos experimentais,

mas não foi possível eliminar as discrepâncias entre os mesmo, as quais podem ser justificadas por:

Os parâmetros obtidos da camada ZG4B são muito elevados. Em fase de projeto são admitidos

valores mais conservadores, indo ao encontro da experiencia pessoal e do conhecimento de

situações semelhantes. A retroanálise aparece para validar os pressupostos admitidos em

projeto, onde valores mais elevados são aceitáveis;

Não foi introduzido na análise a influência de microestacas vizinhas, sendo o estudo unicamente

centrado no ensaio de carga estático;

As análises foram realizadas no modelo axissimétrico, devido à geometria da microestaca e do

tipo de retroanálise. Uma vez que a microestaca é de reduzido diâmetro, a análise em modelo

plano com uma plate pode fornecer resultados mais ainda próximos da realidade;

As formações geotécnicas argilo-siltosas e areno-siltosas não foram alvo de análise paramétrica,

este tipo de análise poderá incrementar a resistência lateral, aliviando a responsabilidade da

120

resistência na ponta, ou, ao incrementar a rigidez e a resistência de corte da camada subjacente

da camada ZG4B poder-se-ia diminuir os parâmetros da camada de suporte;

O processo cravação das microestacas não foi contabilizado na análise numérica, este poderá

influenciar os resultados numéricos originando curvas de carga-deslocamento com maior

amplitude (comportamento carga-descarga);

A materialização da interface pela selagem exterior admitiu uma estimativa subjetiva do valor de

E, podendo este ser variado por forma a obter valores numéricos mais próximos dos valores

experimentais.

No caso de eventual rotura da camada de suporte, as patologias nas estruturas serão rápidas, pois

prevê-se que a rotura da referida camada seja frágil e que a microestaca passa a existir com um

comportamento flutuante, ou seja, muito sensível a deformações verticais.

Face ao estudo preconizado, para a resistência lateral da solução, é possível concluir que o

comprimento das microestacas no projeto inicial foi conservativo e que pretendia apenas controlar os

assentamentos, assim como não comprometer a estrutura com uma solução de fundações por

microestacas flutuantes, por esta ser uma solução mais sensível a assentamentos.

As microestacas tipo TRM demonstram ser como uma boa solução, quer economicamente, quer pela

versatilidade que apresenta na envolvente geotécnica. Esta versatilidade é muito evidente no seu

comportamento, pois permite a mobilização de resistência lateral e de ponta, em função das

características dos terrenos mobilizados.

Por fim, destaca-se a importância da execução de ensaio de carga estáticos em projetos geotécnicos,

pois possibilitam analisar o comportamento das fundações indiretas. Face às condições geotécnicas

e à solução de fundações indiretas da INSN, o ensaio de carga prévio foi uma ferramenta essencial,

que permitiu, em obra, a análise das microestacas TRM em diferentes patamares de carga e validar,

atempadamente, critérios admitidos em fase de projeto.

121

6. Microestaca tipo TRM versus soluções correntes por estacas

Esta secção tem o objetivo de realizar uma análise qualitativa entre a solução em estudo,

microestacas cravadas, e outras soluções de fundação indireta por estacas (Gewi, moldadas e pré-

fabricadas), para elucidar as principais vantagens que as microestacas cravadas dúcteis apresentam

frente às mesmas.

Para demonstrar a vantagem económica da solução, realiza-se um estudo económico da mesma e de

estacas moldadas, como solução de fundação indireta da INSN. As estacas moldadas são o objeto

de comparação, pois tem sido a solução mais utilizada na envolvente geográfica da INSN.

6.1. Análise qualitativa

A comparação qualitativa da solução por cravação de microestacas, tipo TRM, é realizada com os

seguintes tipos de fundação indireta:

- Microestacas tipo TRM versus Microestacas tipo Gewi

A vantagem das microestaca tipo TRM frente às microestaca de varão, tipo Gewi, é maioritariamente

económica e não técnica. A economia da solução depende do tipo de materiais, ferro fundido dúctil

versus aço.

As microestacas Gewi como fundação da INSN iriam exigir maiores comprimentos de instalação,

havendo a necessidade de furar a camada ZG4B. Na situação hipotética de as microestaca GEWI

possuírem o mesmo comprimento de instalação que as microestacas cravadas, o processo de

furação não iria alterar a camada ZG4A, tal como sucede com o processo de cravação pela ação

mecânica do martelo hidráulico.

- Microestaca tipo TRM versus Estacas moldadas

As estacas moldadas são uma solução mais “pesada”, que teriam comprimentos superiores aos 12

m, correspondente ao comprimento médio de cada microestaca tipo TRM, acarretando ainda

eventuais custos na pré-furação das camadas lumachélicas. Assim, esta solução, além dos elevados

custos de equipamentos, tem elevadas possibilidades de ser mais onerosa, sendo esta análise objeto

do estudo económico, apresentado no seguimento da presente secção.

As fundações indiretas com estacas moldadas são muito recorrentes na envolvente geográfica, e com

elevado sucesso, mas, dever ser referido que são utilizadas para cargas superiores (edifícios

residenciais em altura).

- Microestacas tipo TRM versus cravação de estaca pré-fabricadas

A cravação de estacas pré-fabricadas é desaconselhada para o cenário geotécnico em estudo, pois

não potência resistência lateral, assim como apresenta dificuldades na penetração na camada

lumachélica. Outro aspeto negativo, desta solução, é a produção de ruido e vibração excessivos,

incompatíveis com a envolvente urbana, em virtude do seu peso ser bastante superior ao das

microestacas TRM.

122

6.2. Estudo económico

O estudo económico é realizado, apenas, para as soluções de fundação indireta, não se contabilizam

assim os elementos superficiais (vigas de fundação e maciços de encabeçamento).

A análise de custos de estacas moldadas, como fundação indireta da INSN, prevê uma adaptação

das mesmas ao plano de carga e à localização em planta. Assim, considera-se que as estacas

moldadas têm que resistir ao dobro do nível de carga de dimensionamento que as microestacas

cravadas, ou seja, a uma carga axial de compressão máxima de 850 kN. A localização, de cada

estaca moldada, é no centro de cada duas microestacas cravadas, contabilizando, em toda a área de

implantação, 132 estacas moldadas.

A solução de estacas moldadas, sendo, pelo seu diâmetro de furação, mais agressiva para as

camadas “lumachélica”, do que as microestacas cravadas, e ao mobilizarem menor resistência

lateral, há a necessidade de levar a base destas até à camada de argilas rijas, perfazendo um

comprimento de instalação esperado em cerca de 20 m.

O comportamento das estacas é analisado na envolvente mais desfavorável, ensaio de carga

estático, por forma a avaliar se os assentamentos são compatíveis com a estrutura. Na página

seguinte, a Figura 5.22, apresenta o assentamento máximo resultante do cálculo por elementos

finitos pelo programa Plaxis, seguindo os mesmos passos iniciais descritos, no presente capítulo, e

admitindo os parâmetros geotécnicos resultantes da retroanálise.

As características geométricas e físicas da estaca moldada são as referentes na Tabela 6.1.

Tabela 6.1 - Grandezas geométricas e físicas das estacas moldadas

Características geométricas Parâmetros mecânicos e físicos

Ø [m] L [m] E [GPa] Ν ϒ [kN/m3]

0,5 20 33 0,3 25

123

Figura 6.1 - Assentamento máximo da estaca moldada para uma carga de 855 kN

De acordo com a Figura 6.1 estima-se que o assentamento da estaca moldada, sujeita ao

carregamento máximo de compressão de 850 kN (máximo aplicado na microestaca tipo TRM Ø170,0

x 10,6), é, aproximadamente, de 5 mm, um valor muito reduzido para uma estaca. O valor reduzido

do assentamento indica que a capacidade resistente da fundação não está a ser totalmente

explorada, sendo uma solução sobre dimensionada. Visto que o diâmetro de 500 mm é o menor

diâmetro das estacas moldadas, executadas com recurso a vara telescópica “Keller”, e que os solos,

localizados acima das argilas rijas, não têm características resistentes de suporte as estacas,

prossegue-se o estudo com estacas para as dimensões estabelecidas.

Os trabalhos construtivos das estacas moldadas consistem na furação, incluindo eventual trabalho

pré-furação das camadas de natureza rochosa, colocação de armadura e betonagem.

O custo da furação contabiliza o custo das lamas bentoníticas e do tubo moldador, utilizado para

estabilizar o furo nos primeiros 6 m, comprimento onde as lamas bentoníticas não possuem pressão

suficiente para estabilizar o furo. Para executar a furação recorre-se a um trado curto, o qual se

estima ser suficiente para vencer as camadas “lumachélica”.

A armadura da estaca moldada é estimada uma taxa de 60 kg/m3, sendo um valor comum na

execução de estacas moldadas, com Ø 500 mm, pela natureza do carregamento, predominantemente

axial.

Por fim, a Tabela 6.2 apresenta a análise de custos das fundações indiretas pela solução de estacas

moldadas.

124

Tabela 6.2 - Análise do custo dos trabalhos construtivos das estacas moldadas

Unidades

Dimensão

unitária Dimensão total Custo unitário Custo total

Betonagem

das estacas

132

Estacas 20 [ml] 518 [m

3] 100 [€ m

3] 5 .83 ,28 €

Armadura -- -- 158400 [kg] 1,2 [€ kg] 90.080,00 €

Furação -- -- 2640 [ml] 65 [€ ml] . 00,00 €

Total 413.516 28 €

A análise de custos dos trabalhos construtivos, das microestacas tipo TRM, é apresentada na

Tabela 6.3, onde o custo de cada tipologia das microestacas contabiliza já a injeção do

micromicrobetão.

Tabela 6.3 - Análise do custo dos trabalhos construtivos das microestacas TRM

Microestaca Comprimentos

instalados

Custo

unitário Custo Total

Ø 118,0 x 9,0 1300 [ml] 65 [€ ml] 84.500,00 €

Ø 170,0 x 10,6 2000 [ml] 75 [€ ml] 50.000,00 €

Total 234.500 00 €

Face aos custos calculados para cada técnica, conclui-se que a solução de fundações indiretas, por

cravação das microestacas dúcteis, tipo TRM, é visivelmente muito económica. Essa economia é,

também, notória nos equipamentos utilizados em cada técnica, pois o rendimento das estacas

moldadas é, sensivelmente, de 2 estacas/dia, enquanto, a cravação de microestaca TRM é de 8

microestacas/dia, aproximadamente. O custo dos equipamentos das estacas moldadas e das

microestaca M, em estaleiro, é de 800 € dia e de 200 € dia, respetivamente.

O gráfico de barras, da Figura 6.2, representa a vantagem económica das microestacas TRM, em

comparação com a solução de estacas moldadas, onde o custo dos equipamentos é referente a 2

meses de utilização.

125

Figura 6.2 - Análise comparativa de custos das estacas moldadas versus microestacas TRM.

Além das vantagens económicas das microestacas TRM, existe uma gestão de tempo e de espaço

muito considerável, que foi evidente durante o acompanhamento da obra da INSN, uma vez que no

decorrer dos trabalhos de cravação das microestacas, foi possível executar a campanha de

prospeção complementar e ainda o ensaio de carga estático. Esta gestão de espaço não seria

possível na execução das estacas moldadas, tanto pela reduzida área útil do estaleiro da INSN, como

pelo elevado porte e complexidade do respetivo equipamento.

A discrepância económica entre as duas técnicas, pode ser diminuída pela otimização do

comprimento das estacas moldadas, pois foi admitido um comprimido fixo, ou até pela redução do

número de estacas instaladas, sendo desejável uma análise 3D da solução. Contudo esta análise

demonstra que as microestacas TRM, além de corresponderem ao nível de carregamento solicitado,

constituem uma solução muito económica e muito versátil, tanto no tempo de execução, como na

gestão de espaço em estaleiro.

413.516,28 €

48.000,00 €

234.500,00 €

12.000,00 €

Trabalhos Equipamentos

Estacas moldadas Microestacas TRM

127

7. Conclusão

Finalizado o presente estudo, é possível afirmar que os principais objetivos traçados foram atingidos

de forma satisfatória.

O tema desenvolvido e a análise realizada pretendem ser um contributo para o conhecimento geral

da técnica construtiva por cravação de microestacas tipo TRM. Face a esse objetivo, o caso de

estudo, a análise dos resultados de instrumentação e observação, e, sobretudo o ensaio de carga

estático, a retroanálise realizada e os resultados obtidos, tiveram um papel determinante na

concessão dos objetivos propostos.

O capítulo 2 enquadra o leitor na nomenclatura de fundações, assim como, apresenta os modos de

caracterização das fundações indiretas, para que as termologias e conceitos dos capítulos seguintes

sejam de fácil compreensão. Este capítulo, mesmo sendo de carácter introdutório, vem trazer à

presente dissertação as preocupações na escolha do tipo de fundação indireta, a metodologia de

dimensionamento proposto pelas normas europeias e expõe uma síntese dos principais ensaios de

carga executados em estacas, destacando os ensaios mais usuais neste tipo de solução de

microestacas, tipo TRM.

O capítulo 3 é fruto da revisão bibliográfica de normas, folhetos técnicos, relatórios laboratoriais e de

artigos científicos, referentes ao uso das microestacas de ferro fundido dúctil, tipo TRM, no mundo da

engenharia geotécnica. Este capítulo, além de expor as características que fazem desta técnica uma

solução rápida e simples, estuda o comportamento da mesma face a diferentes tipos de solicitações.

O comportamento das microestacas tipo TRM quando sujeitas a carregamentos de compressão é

muito competitivo face a outras soluções de fundações indiretas. Para outros tipos de carregamentos,

as microestacas tipo TRM preconizam, por inclusão de elementos resistentes no interior das mesmas,

suporte, solicitações de diversa natureza, mas podem comprometer a sua vantagem económica face

a outros sistemas convencionais.

No mesmo capítulo, ainda se estudou a metodologia de dimensionamento, onde se faz a distinção do

dimensionamento geotécnico, limitado pela rotura do solo, e do dimensionamento estrutural, limitado

pela rotura da secção de aço. Neste estudo alertou-se para ações que podem condicionar o

comportamento das microestacas, como a corrosão, a encurvadura e a capacidade resistente da

selagem exterior.

O terceiro capítulo termina com a exposição dos campos de aplicabilidade das microestacas tipo

TRM, que apesar da presente dissertação se centra na solução como fundação indiretas, as

microestacas tipo TRM são aplicáveis em outros campos geotécnicos. Por forma a resumir toda a

informação do terceiro capítulo, este aponta para as principais vantagens e desvantagens da

aplicabilidade das microestacas tipo TRM.

O capítulo 4 é referente ao caso de estudo, fundações indiretas por cravação de microestacas tipo

TRM na Igreja Nossa Senhora dos Navegantes, situada na zona Norte do Parque das Nações.

Apesar dos preconceitos generalizados com o processo de cravação, o presente caso de estudo

128

demonstra que os trabalhos de execução das microestacas tipo TRM não foram condicionados pela

limitação de ruído e vibrações impostos pela presença de entidades escolares e edifícios de

habitação, situados na envolvente geográfica.

O acompanhamento dos trabalhos de execução das microestacas tipo TRM permitiu testemunhar a

simplicidade e a rapidez do processo construtivo, que apesar de não necessitar de mão-de-obra

especializada, permitiu alcançar elevadas taxas de instalação por dia.

Tendo em consideração as informações obtidas em fase de obra, na cravação do comprimento inicial

de projeto das microestacas, o caso de estudo demostra que as campanhas de prospeção não

devem ter em conta o tipo de solução a executar como fator predominante. Deduz-se que a

campanha de prospeção inicial previu que a solução inicial de fundações indiretas, painéis CSM, não

seria condicionada pelas camadas gresso-carbonatas intersectadas, não havendo a preocupação de

as estudar com maior detalhe. Infelizmente, as referidas camadas gresso-carbonatada mostraram-se

condicionantes na instalação de microestacas tipo TRM, o que levou a uma segunda campanha de

prospeção e a um ensaio de carga estático.

É de notar que, as campanhas de prospeção são importantes em projeto de fundações, onde a

segunda campanha de prospeção apresentou uma forte presença na caracterização da camada

suporte lumachélica, tanto pela caracterização de fracturação, como na determinação do índice RQD.

A retroanálise apresentada no capítulo 5, do ensaio de carga executado em obra, numa microestaca

TRM Ø118,0 x 9,0, vem comprovar que a solução é adequada para a envolvente geotécnica, pois os

resultados indicam que a solução adapta-se de forma eficiente à mesma envolvente geotecnia por

mobilização de resistência lateral e por resistência de ponta, promovendo a economia da solução.

O presente estudo demonstra que a resistência lateral é solicitada em função da carga aplicada ou do

assentamento gerado. Podendo ser um caso interessante para o estudo das microestacas tipo TRM,

pois apesar das imposições geotécnicas, em fase de obra, esta, foi de encontro às necessidades de

forma eficiente e conseguiu demonstrar que é uma solução muito versátil para as envolventes

geotécnicas do presente estudo

Como já referido, o capítulo 5 é constituído pela retroanálise numérica por elementos finitos do ensaio

de carga. Este capítulo faz a descrição exaustiva do estudo preconizado para estimar os parâmetros

da camada de suporte lumachélica. Finalizada a mesma, conclui-se que este tipo de análise é muito

importante e deve corresponder o mais possível à realidade, sendo, o mesmo, passível de ser

refinado em diversos parâmetros.

A retroanálise do ensaio de carga estático, além de validar os pressupostos admitidos em projeto,

como por exemplo o valor de “nega”, a mesma, permite ainda avaliar o comportamento da

microestaca para diferentes campos de tensões e permite antever possíveis comportamentos a longo

prazo, condicionados quer pela ação de corrosão e sobretudo pela eventual rotura da camada de

suporte lumachélica.

129

A corrosão não será um fator demasiado condicionante, neste estudo, pois as microestacas foram

executadas por via húmida e não foram detetados agentes agressivos nas análises químicas durante

as campanhas de prospeção. O referido estudo foi efetuado pois desconhece-se a integridade da

selagem exterior e é sugerido pela norma [10]. Contudo, a ação da corrosão não demonstrou ser

condicionante para a solução implementada.

A eventual rotura da camada de suporte lumachélica é uma análise limite da solução, pois pretende-

se conhecer o comportamento quando se diminui a resistência de ponta da microestacas. Esta

análise revela uma evolução significativa na deformabilidade da solução, que poderá induzir

eventuais patologias funcionais às estruturas provocada por assentamentos diferenciais, mas que por

si só não irá compromete a segurança estrutural da mesma.

O estudo económico das microestacas TRM, por comparação à execução de estacas moldadas,

finaliza a dissertação revelando a sua versatilidade, tanto na gestão do prazo de execução, como na

conjugação com outros trabalhos em obra. A vantagem que mais se destaca, face às estacas

moldadas, é definitivamente a económica, quer nos trabalhos de execução das técnicas, quer nos

equipamentos utilizados.

Destaca-se a importância do Plano de Instrumentação e Observação, que permitiu acompanhar a

acomodação das microestacas à envolvente geotécnica durante os trabalhos da superestrutura, que

revelaram assentamentos similares aos obtidos no ensaio de carga estático.

Em suma, as microestacas cravadas em ferro fundido dúctil, tipo TRM, apresentam um bom

desempenho e versatilidade no caso de estudo, o que indica que podem ser utilizadas em cenários

geológicos e geotécnicos diversos. É importante referir, que para este tipo de solução é importante

um adequado programa de controlo de qualidade, por forma a certificar as características de fábrica

dos componentes TRM, e os critérios de paragem durante a execução em obra.

7.1. Desenvolvimentos Futuros

A presente dissertação, apesar de ter alcançado os objetivos de forma satisfatória, deixa lugar para

desenvolvimentos futuros. Nesse sentido, indicam-se alguns destes aspetos e vias de estudo,

passiveis de serem desenvolvidos futuramente, visando complementar a presente dissertação sobre

microestacas cravadas tipo TRM:

Ensaio de carga estático instrumentado com extensómetros em profundidade, para

possibilitar analisar as deformações ao longo do fuste para realizar análises mais diretas com

resultados de prospeção, geológica e geotécnica, e obter mais do que um ponto de análise

experimental;

Análise 3D da solução de fundações indiretas da INSN, por forma a avaliar possíveis

assentamentos diferenciais. Este tipo de análise pode retirar possíveis conclusões sobre o

confinamento do solo envolvente, bem como introduzir o efeito de grupo na modelação;

130

Realização de uma retroanálise mais exaustiva, onde serão avaliados os parâmetros das

formações geológicas e geotécnicas não avaliadas detalhadamente na presente dissertação,

assim como, a introdução do processo de cravação na instalação da microestaca;

Estudo da vibração e do ruído produzidos pelo processo de cravação de forma a desfazer os

preconceitos generalizados sobre o mesmo processo;

Realizar uma análise ao comportamento sísmico da solução por cravação e microestacas tipo

TRM. O caso de estudo da presente dissertação não possui uma envolvente geotécnica com

elevada percentagem de areias, sendo o poder de liquefação dos solos um constrangimento

de baixo relevo. De todo o modo, a análise sísmica da solução poderá complementar o

comportamento das microestacas tipo TRM para situações onde, em particular, exista

potencial de liquefação.

131

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[20] Telford, T., Specification for piling and embedded retaining walls, Londres, 2007

[21] Instituo Português da Qualidade, Eurocódigo 4: Projeto de estruturas mistas aço-microbetão –

Parte 1.1: Regras gerais e regras gerais para edificios (NP EN1994-1-1:2007), Caparica, Dezembro

2004

[22] Instituo Português da Qualidade, Eurocódigo 3: Projeto de estruturas de aço – Parte 1.1:

Regras gerais e regras gerais para edifícios (NP EN1993-1-1:2009), Caparica, Abril 2009

[23] Guerreiro, L., Formulário 2011/2012, Apontamentos da cadeira Estruturas metálicas , Instituto

Superior Técnico, Lisboa, 2012

[24] Gonçalves, J., Influência da Esbelteza no Comportamento de Microestacas, Dissertação para

obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, 2010

[25] Tiroler Rohre, site: www.trm.at, visitado a 17 de Dezembro de 2013

[26] Vista aérea do Google Maps: https://www.google.com/maps, visitada a 10 de Julho de 2014

[27] Braga, M., Projecto de Execução de Estruturas e Fundações da INSN – Igreja Nossa Senhora

dos Navegantes, “OA4 Engenharia”, Abril de 20 2

[28] Rocha, A., Teresa, D., Beiró, J., Estudo Geotécnico, “GEOCO OLE, Geotecnia e Estruturas

de Fundação, S.A.”, Bobadela, Outubro de 20

[29] Gonçalves,C., Rodrigues, P., Relatório de Prospecção Geológico-Geotécnica Complementar da

Igreja Nossa Senhora dos Navegante, “ ecnasol FGE”, Alfragide, Março de 20 3

[30] Figueira, J., A Expo 98 de Lisboa: Projeto e Legado,”Arq exto ”

[31] Reinvetar o Território, “Parque Expo”,Maio de 20 3

[32] Imagem capturadas a Junho de 2009, no Passeio Heróis do Mar Pelo Google Maps:

https://www.google.com/maps, visitada a 10 de Julho de 2014

[33] Paróquia Parque das Nações, galeria de fotos: http://www.paroquia-navegantes.org, Visitada a

10 de Julho de 2014-08-12

[34] Cristóvão, A., Quintal, D., Pinto, A., Fundação de Edifícios com recurso a microestacas

cravadas em ferro fundido dúctil – Igreja N. S. Navegantes, Lisboa, “JetSJ Geotecnia, Lda”, 4º

Congresso Nacional de Geotecnia, Abril 2014

[35] European committee for Standardization, European Standard EN 1537 – Execution of special

geotechnical work – Ground anchors, Brussels, 1999.

[36] Cardoso, R., Plano de observação de barragens e instrumentação de Aterro, Apontamentos da

cadeia Obras de Aterro, Instituto Superior Técnico, Lisboa, 2013

133

[37] Cristóvão, A., Resultados de monitorização – Igreja N. S. Navegantes, Lisboa, “JetSJ

Geotecnia, Lda”, 20 4

[38] Arquivo de imagens e fotografias da empresa JetSJ Geotecnia, Lda.

[39] Brinkgreve, R. B. J., With co-operation of Al-Khoury, R., Bakker, K. J., Bonnier, P. G.,

Brand, P. J. W., Broere, W., Burd, H. J., Soltys, G., Vermeer, P. A., .DOC Den Haag, Plaxis 2D –

Version 8, A. A. Balkema Publishers, Netherlands, Delft, 2002.

[40] Rocha, Manuel, Mecânica das Rochas. Laboratório Nacional de Engenharia Civil, 1971

[41] Cruz, J., Vieira, C., Túneis do troço 98º da linha Vermelha do ML. Projeto e acompanhamento da

obra, Encontro Nacional Microbetão Estrutural – BE2012, Outubro 2012

[42] Instituo Português da Qualidade, Eurocódigo 0: Bases para o projecto de estruturas (NP

EN1990-2009), Caparica, Dezembro 2008

[43] Coulon, J., Driven Ductile Iron Piles, Buderus iroler hren, 2008

[44] Ribeiro, J., Behavior of Single Piles under Axial Loading, Dissertação para obtenção do grau de

mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, 2013

[45] Neves, M., Metodologias, Dimensionamento e Verificação de Segurança, Dissertação para

obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, 2010

135

Anexos I. - SPT versus resistência de atrito

A credibilidade das seguintes correlações está nas semelhanças mecânicas provocadas ao solo

durante o processo de execução dos dois sistemas, pois ambos consistem na penetração de um

elemento longitudinal no terreno usando a força mecânica.

Tabela I. 1 - Correlação empírica de valores SPT com taxas de cravação e faces de atrito, para solos argilosos e

granulares [9]

Tipo Solo NSPT Taxa de cravação Face de atrito

[segundos/metro] [N/mm2]

Arg

ilosos Rijo 10 - 14 10 - 15 0,04

Muito Rijo 16 - 30 15 - 30 0,07

Duro 30 30 0,1

Gra

nula

res

Medianamente denso 10 - 30 10 - 20 0,08

Denso 30 - 50 20 - 30 0,12

Muito denso 60 30 0,15

** Os valores entre parêntesis, geralmente, não são tomados em conta para o cálculo da

face de fricção.

Os valores expostos são característicos para martelos hidráulicos Krupp HM 1500, para microestacas

de Ø 170 mm instaladas em solos não argilosos, enquanto, na imagem 3 representam a ação de um

martelo hidráulico Krupp HM 960 em microestacas Ø 118 mm, instaladas em solos argilosos [9].

É importante referir que, as correlações existentes foram determinadas ao longo de muitos anos,

registradas muitos anos antes de serem testados, sendo utilizadas sempre como valores empíricos.

Uma vez se tratando de dados de teor empírico e de sondagens práticas, ou seja, são características

para um tipo de solo e não generalizado, estes valores podem ajudar a estimar a face última de atrito

lateral, situação de microestaca finalizada, mas não podem ser transferido para qualquer solo e,

também não garantem um valor mínimo de resistência lateral.

Na página seguinte apresenta-se o ábaco elaborado pela empresa TRM, referente à Figura 3.28.

136

Figura I.0.1 - Ábaco da resistência lateral, nas microestacas TRM, em função das taxas de cravação e valor NSPT [15]

137

Anexo II – Dimensões geométrica tubos TRM

Figura II.1 - Tubos de ferro fundido dúctil, Ø118 e Ø170 (adaptado [10])

Tabela II.0.1 - Espessuras nominais dos tubos de ferro fundido [10]

Ø118 Ø170

S

[mm]

10,6 10,6

9,0 9,0

7,5

138

a) Ponteira de cravação b) Sapata via seca c) sapata via húmida

1 – Tubo de ferro fundido dúctil

2 – Injeção interior

3 – Ponteira de cravação

4.– Sapata de via seca

5 – Sapata de via húmida

Figura II.2 - Tubos de ferro fundido dúctil, Ø118 e Ø170, equipados com as sapatas de ponta (adaptado [10])

139

Anexo III – Dimensionamento geotécnico

O presente anexo expõe os coeficientes parciais para as capacidades resistentes de fundações por

estaca, ϒ, em estados limites últimos, por verificação de rotura estrutural (STR) ou rotura do terreno

(GEO). O presente anexo, também, menciona os coeficientes de correlação para fundações por

estacas, .

O cálculo da capacidade resistente de cálculo para estacas cravadas segue a expressão (III.1),

podendo adotar diferentes abordagens de cálculo, onde se aplica coeficientes parciais para as

propriedades dos materiais, ϒM, e coeficientes parciais para as capacidades resistentes, ϒR.

(III.1)

As abordagens de cálculo aplicáveis a estacas cravadas são:

Abordagem de cálculo 1

Esta abordagem prevê a verificação em estado limite de rotura ou deformação excessiva, de estacas

axialmente carregada, por duas combinações:

- Combinação : A “ ” M “ ”

- Combinação 2: A2 “ ” (M ou M2) “ ” 4


Combinação: A “ ” M “ ” 2


Combinação: A “ ” M2 “ ” 3

O coeficientes parciais, ϒM e ϒR, a utilizar nas abordagens de cálculo apresentadas, estão agrupados na

tabela III.1 e na tabela III.2, respetivamente.

Tabela III.1 - Coeficientes parciais para as propriedades dos materiais [5]

Parâmetro do solo Símbolo Conjunto

M1 M2

Ângulo de atrito interno em tensões efetivas ϒØ’

1,0

1,25 Coesão em tensões efetivas ϒc’

Resistência ao corte não drenada ϒcu

1,4 Resistência à compressão triaxial ϒqu

Peso volúmico ϒϒ 1,0

140

Tabela III.2 – Coeficientes parciais para as capacidades resistentes de estacas cravadas [5]

Capacidade Resistente Símbolo Conjunto

R1 R2 R3 R4

Na ponta ϒb

1,0 1,1 1,0 1,3 Lateral (compressão) ϒs

Total/combinada

(compressão) ϒt

Os coeficientes de correlação para fundações por estacas, , são característicos para cada

metodologia de calculo, onde :

- 1: aplicado aos valores médios das capacidades resistentes obtidas por meio de ensaios de carga

estático (Tabela III.3);

-- 2: aplicado aos valores mínimos das capacidades resistentes obtidas por meio de ensaios de carga

estático (Tabela III.3);

- 3: aplicado aos valores médios das capacidades resistentes obtidas por meio de ensaios de terreno

(Tabela III.4);

- 4: aplicado aos valores mínimos das capacidades resistentes obtidas por meio de ensaios de

terreno (Tabela III.4);

- 5: aplicado aos valores médios das capacidades resistentes medidas em de ensaios de carga

dinâmica (Tabela III.5);

- 6: aplicado aos valores mínimos das capacidades resistentes medidas em ensaios de carga

dinâmica (Tabela III.5);

Tabela III.3 - coeficientes de correlação para a determinação de valores carateristicos de ensaios de carga estáticos [5]

Número de estacas ensaiadas

1 2 3 4 ≥ 5

ξ1

1,40 1,30 1,20 1,10

1,00 ξ2 1,20 1,05 1,00

141

Tabela III.4 - Coeficiente de correlação para a determinação de valores característicos para ensaios do terreno [5]


1 2 3 4 5 7 10

ξ3

1,40 1,35 1,33 1,31 1,29 1,27 1,25

ξ4 1,27 1,23 1,20 1,15 1,12 1,08

Tabela III.5 - Coeficiente de correlação para valores característicos provenientes de ensaios dinâmicos de impacto [5]


≥ 2 ≥ 5 ≥ 0 ≥ 5 ≥ 20

ξ5 1,60 1,50 1,45 1,42 1,40

ξ6 1,50 1,35 1,30 1,25 1,25

143

Anexo IV – DTU 13 -2

O documento técnico unificado (DTU) é utilizado na França para o cálculo de fundações, sendo

atualmente substituído pela norma nacional EC 7. Em [11] há uma secção que visa o fenómeno da

corrosão nas fundações. Este subcapítulo pretende reproduzir a análise às microestacas sujeitas a

agentes corrosivos, solicitada pela empresa Dywidag – Systems International à entidade Socotec no

âmbito da verificação técnica das microestacas tipo TRM.

A Tabela 3.9 estabelece a classificação dos solos, segundo o teor de corrosão, admitida na norma

DTU 13-2. Nesta classificação, DTU 13-2, considera que a espessura sacrificada pela ação da

corrosão é contínua anualmente, sendo afetada da por um fator de diminuição, que decresce com a

cada 25 anos de exposição.

A evolução da carga admissível por tempo de exposição a solos agressivos, será condicionada pela

espessura sacrificada por ação da corrosão, mas depende das propriedades resistentes dos

materiais, logo, a análise considerou como propriedades resistentes dos materiais os valores

presentes na TabelaIV.1.

Tabela IV.1 - Propriedades dos materiais a integrar no cálculo da capacidade de carga da microestaca tipo TRM em contacto

com solos corrosivos [11]

Resistência característica à

compressão

(ELU – Estado Limite Ultimo)

[MPa]

FS

Resistência de cálculo à

compressão

(ELS – Estado Limite Serviço)

[MPa]

Ferro Fundido Dúctil

240 1,5 160

Microbetão 7,5 1,5 5

Os valores para a presente análise diferem dos admitidos no subcapítulo 3.6.1, pois admite-se

resistências menores, mas mantendo a classe mínima de microbetão C25/30, e o mesmo fator de

segurança para ambos os materiais. A discrepância dos valores não desvaloriza a análise, pois

resistências menores traduzem resultados conservativos.

A expressão IV.1 define o cálculo da capacidade de carga da microestaca em ELS, onde a única

variável são as áreas dos materiais, que variam entre tipos de microestacas, e, variam ao longo do

tempo de exposição por espessura sacrificada à corrosão.

Padm ELS= 0 S Sadd 5 Sm (expressão IV.1)

onde: S - área da secção do tubo de ferro fundido dúctil, em m2;

Sadd - área da armadura adicional, em m2;

Sm - área do interior preenchido por argamassa, em m2;

144

A mesma expressão IV.1 é deduzida para prever, ao longo do tempo, o desempenho das

microestacas instaladas em solos de diferente teor corrosivo, originando o gráfico da Figura IV.1,

onde se explora todas as tipologias de microestacas, todos os diferentes diâmetros e espessuras,

instalada no solo mais agressivo, segundo [11].

Figura IV.1 - Evolução da capacidade resistente das microestacas tipo TRM, instaladas no solo de categoria 3 (mais agressivo

segundo [11]) - (adaptado [11])

146

Anexo V – Campanhas de prospeção

O projeto de fundações da INSN tem por base duas campanhas de prospeção, uma realizada pela

“Geocontrole” na fase do Projeto de Base, e uma realizada pela “Tecnasol” com um perfil

complementar, sendo o objetivo detalhar a caracterização geológica e geotécnica realizada na

campanha inicial. A localização dos furos de sondagem vertical está representada no Anexo VI.

A Tabela V.1 resume os trabalhos efetuados em cada campanha.

Tabela V.1 - Trabalhos executados durantes as campanhas de prospeção, tanto na fase inicial, como na fase complementar no

decorrer da obra

“Geocontrole” “Tecnasol”

Ensaios/Estudos

4 Sondagens SPT

(S1;S2;S3;S4)

4 Sondagens complementarem SPT

(SC1;SC2;SC3;SC4)

2 Piezómetros Monitorização nível de água

Ensaios de laboratório

- Ensaios Mecânicos – Penetração Dinâmica (SPT)

O ensaio de penetração dinâmica, tipo SPT, é muito solicitado em Portugal, pois é de caracter muito

simples, fácil execução, permite a recolha de amostra e existe muitas correlações empíricas que

permitem estimar os parâmetros do solo (ex: Es, Rp) [9].

A execução do ensaio consiste na ação gravítica de um pilão (63,5 kg) largado a 76 cm, que provoca

a cravação do amostrador, situado no fundo do furo de sondagem, no solo. Este processo é

espaçado de 1,5 m ou quando é intersectado um estrato diferente [9]

Uma das principais metas do ensaio é obter o número de pancadas SPT (NSPT). A Figura V.1 ilustra o

conceito do ensaio, pois o NSPT corresponde ao número de pancadas necessárias à cravação de 30

cm do amostrador numa 2ª fase, segundo a norma EN ISSO 22476-3-2005.

Figura V.1 - Sequencia da execução do ensaio de penetração dinâmica, tipo SPT, segundo a norma EN ISO 22476-3-2005

[19]

147

A existência de fases surge com necessidade de desprezar o efeito da cravação dos diferentes

segmentos, ou seja, não contabilizar pancadas em solo danificado. Assim, a 1ª fase não é

contabilizada no valor do NSPT e é requerido a limpeza do fundo.

O NSPT tem como valor máximo 0 pancadas, que corresponde à ”nega”, é admito quando não se

consegue penetrar os 30 cm na 2ª fase.

Outra vantagem, deste ensaio, é a recolha da amostra, sendo o amostrador adaptado ao desejo de

ter amostras remexidas ou intactas.

A “Geocontrole” utilizou dois tipos de amostrador [4]:

-Amostrador SPT (diâmetro de 51 mm) – Terzaghi para recolha de amostras remexida para posterior

análise visual geológica;

-Amostrador Proctor - Moran (300 mm de comprimento e 80 mm de diâmetro) – recolha de quatro

amostras intactas no furo S2, para posterior execução de ensaios laboratoriais;

O amostrador Protoc-Moran difere do normalizado (Terzaghi) na frente de cravação, pois o seu

diâmetro é maior e a amostra irá apresentar menores deformações pelo processo de cravação, o

núcleo da amostra está “intacto”.

Por sua vez, a “ ecnasol” apenas utilizou o amostrador normalizado, uma vez que não previa ensaios

de laboratório.

A classificação dos solos granulares, densidade relativa, e dos solos argilosos, resistência à

compressão simples foi feita pela Tabelas V.2 e Tabela V.3, respetivamente [9].

Tabela V.1 - Classificação das areias quanto à compacidade por correlação ao NSPT [9]

NSPT Compacidade Densidade Relativa (%)

0 – 4 Muito solta 15

4 - 10 Solta 15 – 35

10 – 30 Medianamente compacta 35 – 65

30 – 50 Compacta 65 - 85

> 50 Muito compacta 85 - 100

148

Tabela V..2 - Consistência de argilas para valores NSPT[9]

NSPT Consistência

Resistência à compressão

simples

[kPa]

< 2 Muito mole < 30

2 – 4 Mole 30 – 50

4 – 8 Média 50 – 100

8 – 15 Dura 100 – 200

15 – 30 Muito Dura 200 – 400

> 30 Rija > 400

As camadas de natureza rochosa foram classificadas pelas amostras remexidas colhidas, análise

executada pela “ ecnasol”, avaliando o estado de fracturação (Figura V.4) e o índice RQD.

Tabela V.3 - Classificação de um maciço rochoso segundo o seu grau de fracturação (espaçamento de fracturas), classificação

ISRM (* classificação simplificada) [9]

Símbolo Afastamento entre fracturas

[cm] Descrição

F1

F1 – 2

> 200 Muito afastadas

F2 60 - 200 Afastadas

F3 20 - 60 Medianamente afastadas

F4

F4 - 5

6 – 20 Próximas

F5 < 6 Muito próximas

A título de exemplo, o Anexo VII ilustra a ficha técnica do furo de sondagem SC1, elaborada pela

“ ecnasol”, onde se faz referência:

Coordenadas (M;P;z) do furo à superfície;

Descrição litológica das diferentes camadas atravessadas;

Valores do ensaio SPT (NSPT);

Grau de fracturação; e

Ilustração fotográficas da colheita das amostras.

149

- Ensaio de laboratório

Os ensaios de laboratório executados pela “Geocontrole” recaíram sobre quatro amostras intatas de

solo colhidas no furo de sondagem S2 e de uma amostra de água recolhida no furo de sondagem S3.

As amostras de solo foram submetidas a ensaios de laboratório que objetivaram o conhecimento do:

Peso especifico aparente;

Teor em matéria orgânica;

Teor em sulfatos; e

Compressão simples.

A amostra de água colhida é analisada com a finalidade de avaliar a agressividade ao microbetão que

comtempla a avaliação do seu PH, antes e após o contacto com CaCO3, e do teor nos iões

agressivos: SO4-2

, NH4+ e Mg2

+. Este conjunto de testes define a classe de exposição do microbetão,

de acordo com a norma NP-ENV206-2005 e a especificação LNEC E378-1996

- Piezómetros

A instalação de piezómetro hidráulico na área de implantação, da obra em estudo, prevê o estudo da

posição do nível freático e a sua interação, quer com o nível do rio, quer com ações do faseamento

construtivo da INSN.

Os piezómetros hidráulicos foram instalados nos furos de sondagem S2 e S4 e são constituídos por

um tubo crepitado em PVC de 2’’ e envolto por areia siliciosa grosseira, limpa e calibrada [4]. Este

mecanismo é pensando para a água percolar livremente entre o solo e o tubo, pois a areia é um

material de elevada condutibilidade hidráulica, e estacionar no interior do tupo, para permitir a

medição do nível de água. Apesar da Geologia do local apresentar a presença de aluviões, o relatório

Geotécnico elaborado pela “Geocontrole” não refere a utilização de geotêxtil a envolver o tubo PVC,

para impedir a migração de fino e possível obstrução do crepitado.

Ao nível da superfície os piezómetros são selados para precaver tanto as infiltrações superficiais,

como eventuais danos por elementos exteriores.

151

Anexo VI - Mapeamento das campanhas realizadas

Anexo IV - Mapeamento das

Campanhas de Prospeção

Fonte: Projecto de Execução - Fundações Indiretas, "Jet JS

Geotecnia Lda."

Esc.: 1|500

S4

S3

S2

S1

ST4

ST3

ST2

ST1

Campanha de Prospeção

Complementar

Campanha de Prospeção

Inicial

Legenda:

155

Anexo VII – Prospeção geotécnica: sondagem complementar SC1

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

5.50

6.00

6.50

7.00

7.50

8.00

8.50

9.00

9.50

10.00

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

-1.5

-2.0

-2.5

-3.0

-3.5

-4.0

-4.5

-5.0

-5.5

INICIO: FIM:

DIÂ

MET

RO

S

Z. G

EOTÉ

CN

ICA

S

pela Classificação Triângular de Solos

[LNEC E-239][LNEC E-219]

De acordo com os critérios definidos

Nº de pancadas (N)

ESTR

ATI

GR

AFI

A

ENSAIO SPT

1ª F

ase

600

2ª e

3ª

Fas

e

Pe

ne

t. (

cm)

ENSAIOS E AMOSTRAGEMDESCRIÇÃOSI

MB

OLO

GIA

CO

TA

PRO

F. (m

)

DA

TAS

PERCENTAGEM DE

ÍNDICE RQD

RECUPERAÇÃO

ALT

ERA

ÇÃ

O

FRA

CTU

RA

ÇÃ

O

0 100%

OBRA:

CLIENTE:

SONDAGEM

OBRA NºLOCALIZAÇÃO:

COMPRIMENTO:Z:M: P: AZIMUTE: Proj. NºFURAÇÃO À ROTAÇÃO

NÍVEL DE ÁGUA Des.

Ver.

ESTABILIZADO:

DETECTADO:

EQUIPAMENTO

REVESTIMENTOFURAÇÃO

INCLIN.

Pág. 1 de 3

4

60

(0.00, 4.50)Aterro caracterizado por fragmentos de

natureza variada (tijolo, madeira, calcário,etc.), envoltos por matriz lavada pela água de

furação

(4.50, 6.50)Argila de cor cinzenta

(6.50, 7.50)Argila arenosa de cor cinzento

(7.50, 8.20)Silte argiloso de cor castanho amarelado

(8.20, 8.35)Calcarenito de cor cinzento

(8.35, 9.00)Argila de cor cinzenta, por vezes com laivos

amarelados

(9.00, 10.00)Lumachela de cor cinzenta

605

OBSERVAÇÕES:

UNIMOG (30751) 13/02/2013 14/02/2012

ENSAIOS

19.3650

-83684.07 -97605.04 4.3 22.50 m 647-2011

FEV/13

FEV/13

JRC

CPR

0.00 m - 22.50 m= 86mm 0.00 m - 10.00 m= 98mm

90°

S1

LISBOA

IGREJA NOSSA SRA. DOS NAVEGANTES

10.50

11.00

11.50

12.00

12.50

13.00

13.50

14.00

14.50

15.00

15.50

16.00

16.50

17.00

17.50

18.00

18.50

19.00

19.50

20.00

-6.0

-6.5

-7.0

-7.5

-8.0

-8.5

-9.0

-9.5

-10.0

-10.5

-11.0

-11.5

-12.0

-12.5

-13.0

-13.5

-14.0

-14.5

-15.0

-15.5

INCLIN.

FURAÇÃO REVESTIMENTO

EQUIPAMENTO

DETECTADO:

ESTABILIZADO:

Ver.

Des.NÍVEL DE ÁGUA

FURAÇÃO À ROTAÇÃO Proj. NºAZIMUTE:P:M: Z: COMPRIMENTO:

LOCALIZAÇÃO: OBRA Nº

SONDAGEMOBRA:

Pág. 2 de 3

% 1000

FRA

CTU

RA

ÇÃ

O

ALT

ERA

ÇÃ

O

RECUPERAÇÃO

ÍNDICE RQD

PERCENTAGEM DE

DA

TAS

PRO

F. (m

)

CO

TA

SIM

BO

LOG

IADESCRIÇÃO ENSAIOS E AMOSTRAGEM

Pe

ne

t. (

cm)

2ª e

3ª

Fas

e

0 60

1ª F

ase

ENSAIO SPT

ESTR

ATI

GR

AFI

A

Nº de pancadas (N)


[LNEC E-219] [LNEC E-239]


Z. G

EOTÉ

CN

ICA

S

DIÂ

MET

RO

S

FIM:INICIO:

CLIENTE:

9

11

13

6

10

11

60


(10.20, 13.60)Argila levemente siltosa de cor cinzenta


(14.00, 14.30)Lumachela muito fraturada de cor cinzenta.

Zona com perda de amostra

(14.30, 19.50)Argila siltosa de cor cinzenta

(19.50, 19.70)Calcarenito de cor cinzenta

15+22

15+23

17+25

10+15

14+19

15+20

30

30

30

30

30

30

OBSERVAÇÕES:

LISBOA

90°

0.00 m - 10.00 m= 98mm0.00 m - 22.50 m= 86mmCPR

JRC

FEV/13

FEV/13

647-201122.50 m4.3-97605.04-83684.07

19.3650

ENSAIOS

14/02/201213/02/2013UNIMOG (30751)

S1


20.50

21.00

21.50

22.00

22.50

23.00

-16.0

-16.5

-17.0

-17.5

-18.0

-18.5

INCLIN.

FURAÇÃO REVESTIMENTO

EQUIPAMENTO

DETECTADO:

ESTABILIZADO:

Ver.

Des.NÍVEL DE ÁGUA

FURAÇÃO À ROTAÇÃO Proj. NºAZIMUTE:P:M: Z: COMPRIMENTO:

LOCALIZAÇÃO: OBRA Nº

SONDAGEMOBRA:

Pág. 3 de 3

% 1000

FRA

CTU

RA

ÇÃ

O

ALT

ERA

ÇÃ

O

RECUPERAÇÃO

ÍNDICE RQD

PERCENTAGEM DE

DA

TAS

PRO

F. (m

)

CO

TA

SIM

BO

LOG

IADESCRIÇÃO ENSAIOS E AMOSTRAGEM

Pe

ne

t. (

cm)

2ª e

3ª

Fas

e

0 60

1ª F

ase

ENSAIO SPT

ESTR

ATI

GR

AFI

A

Nº de pancadas (N)


[LNEC E-219] [LNEC E-239]


Z. G

EOTÉ

CN

ICA

S

DIÂ

MET

RO

S

FIM:INICIO:

CLIENTE:

19

60

(19.70, 22.50)Argila siltosa de cor cinzenta, por vezes comintercalações arenosas com fragmentos de

fósseis dispersos

30+3025

OBSERVAÇÕES:

LISBOA

90°

0.00 m - 10.00 m= 98mm0.00 m - 22.50 m= 86mmCPR

JRC

FEV/13

FEV/13

647-201122.50 m4.3-97605.04-83684.07

19.3650

ENSAIOS

14/02/201213/02/2013UNIMOG (30751)

S1


Sondagem nº S1

0.00 m – 11.50 m

IGREJA NOSSA SENHORA DOS NAVEGANTESIGREJA NOSSA SENHORA DOS NAVEGANTES

11.50 m – 16.00 m

16.00 m – 19.50 m

19.50 m – 22.50 m

161

Anexo VIII – Evolução NSPT em profundidade

0,0

1,5

3,0

4,5

6,0

7,5

9,0

10,5

12,0

13,5

15,0

16,5

18,0

19,5

21,0

22,5

24,0

25,5

27,0

28,5

30,0

31,5

33,0

34,5

36,0

37,5

39,0

40,5

42,0

43,5

45,0

0 10 20 30 40 50 60

Campanha de Prospeção inicial

S1 S2 S3 S4

162

Zona dos trabalhos de

escavação e dos pré-furos

executados pela prospeção

complementar

0,0

1,5

3,0

4,5

6,0

7,5

9,0

10,5

12,0

13,5

15,0

16,5

18,0

19,5

21,0

22,5

24,0

25,5

27,0

0 10 20 30 40 50 60

Campanha de Prospeção Complementar

SC1 SC2 SC3 SC4

Lumachelas

Argila levemente siltosa

Lumachelas

Argila siltosa

Argila Rija

163

Anexo IX – Plantas de localização das soluções de fundação da INSN

Solução de fundações por painéis CSM

Solução por cravação de microestacas tipo TRM

Anexo IX - Solução de Fundações

Indiretas por Microestacas TRM

Fonte: Projecto de Execução - Fundações Indiretas, "Jet JS

Geotecnia Lda."

Esc.: 1|500

Microestacas TRM

170,0 x 10,6mm

Microestacas TRM

118,0 x 9,0mm

Legenda:

Igreja Nossa Senhora dos Navegantes, Parque das Nações ... · À Alves Ribeiro e à Paroquia do...

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