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1 Introdução
A execução de uma cortina de concreto armado, ou não, moldadas no solo em
painéis sucessivos, denominada parede diafragma, com profundidades e espessuras
variáveis, além de fundações estruturais de estacas barrete com o emprego de “calda” ou
“lama” bentonitica, só são possíveis devido às propriedades provenientes desta, as quais
desempenham funções essenciais ao sucesso da escavação e da substituição da “lama”
pelo concreto na vala. A parede diafragma foi concebida por C. Veder e Marconi, em
torno de 1938 em Milão, Itália, e sua técnica desenvolvida gerando os seus diversos
tipos. O grande trunfo dessa operação reside na rapidez executiva e na maleabilidade da
programação dos serviços. A escolha das misturas das soluções e dos materiais que
constituirão as paredes moldadas são tarefas primordiais, que está diretamente
relacionada aos conhecimentos de mecânicas dos solos e das rochas, e também ao fim a
que se destina. São inúmeros os campos de aplicações práticas no setor da construção
civil para esse sistema construtivo, os quais correspondem fundamentalmente a três tipos
de elementos, tais como: Elementos tipo parede, fundamentalmente concebido com fins
resistentes; Elementos de fundação de estruturas; Elemento impermeabilizante,
concebido com o fim de cortar água.
A técnica de escavação de valas em solo sem a entivação é possível graças às
funções exercidas pelas propriedades da “lama” bentonitica. Funções essas que são
capazes de manter a estabilidade das paredes da vala escavada querem os terrenos
sejam coesivos ou não, quer haja ou não lençol freático. Isso é possível devido às
propriedades, tais como: grande estabilidade da suspensão de bentonita em água, que se
faz manter suspensos os detritos da escavação impedindo a sua deposição no fundo da
vala; a pressão hidrostática exercida pela lama sobre as paredes da vala devido a sua
maior densidade que a da água; a formação do “cake”, película impermeável de argila,
que atua como cortina impermeável sobre as paredes da escavação, que além de evitar
perdas significativas de material, cria uma cortina impermeável sobre a qual se exercerá
a dita pressão hidrostática pelo fluido; a tixotropia, que é a propriedade que faz a lama
comportar-se como fluido pouco viscoso quando sujeita a uma agitação forte, o que
facilita o seu bombeamento, e adquirir propriedades de certa rigidez quando deixada em
repouso.
As técnicas de execução de cortinas de estacas de concreto armado, secantes ou
tangentes, foram utilizadas durante vários anos e executadas em variados casos, para
resolver problemas de fundações profundas, de cortina de impermeabilização, ou de
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contenções de terrenos, em que a utilização de estacas-prancha cravadas não era
praticável, seja por implicações econômicas ou técnicas. Ao se desenvolver as técnicas
de perfuração não entubada, com a utilização de fluidos tixotrópicos, a técnica das
cortinas de estacas evoluiu-se através do emprego de equipamentos de sucção ou
adução (circulação inversa ou direta) dos fluidos e das máquinas de perfuração. Isso deu
maior versatilidade nas formas geométricas a se escavar, possibilitando a abertura de
valas contínuas a partir de furos isolados. Os tipos de paredes diafragma em que
surgiram foram tais, como:
o Moldadas “in loco”, de concreto armado ou não;
o De concreto armado em placas pré-moldadas – Ver figura 1;
o Constituídas de uma mistura de cimento, bentonita e água em
proporções convencionais, conhecida como “coulis”, formando uma
parede diafragma impermeabilizante (plástica);
o Mista.-Ver figura 15..77 e figura 2.
Origem do Livro Fundação Teoria e Prática
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Figura 15.77
Origem do Livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 1
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Origem do Livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 2
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É possível realizar escavações de maneira rápida, mesmo a grandes
profundidades, sem a utilização de escoramentos ou revestimentos do terreno, graças ao
simultâneo preenchimento com “lama” bentonitica. Também, diversos painéis podem ser
feitos de forma contínua ou alternada, dando assim grande agilidade, além de muita
mobilidade para alterações futuras da seqüência executiva.
As paredes moldadas podem ser constituídas por diversos materiais, desde que
eles possam ser utilizados no enchimento de valas juntamente com o auxílio dos fluidos
tixotrópicos, de acordo com a função a serem desempenhadas por elas. As que
desempenham função de resistência são de concreto armado com cimento Portland
comum, além de agregados granulometricamente reduzidos em suas dimensões, em
torno de 2 a 2,5 cm em média. Porém, é importantes fazer antes o estudo do concreto
mais conveniente para obras submersas em água, e também uma análise da água de
onde será executada a obra, uma vez que neste caso elas condicionam o tipo do
concreto, dos agregados, ou mesmo do cimento a ser empregado. As paredes que
desempenham a função impermeabilizante devem ser contínuas, com misturas plásticas,
considerando principalmente a permeabilidade e a deformabilidade do concreto. Às
vezes, pode-se substituir o emprego da bentonita pela mistura de argila e cimento,
buscando sempre obter as propriedades que a bentonita deve ter. Ás vezes, ao próprio
fluido de escavação, lama bentonitica (com argila ou sem), adiciona-se o cimento, o que
torna toda a mistura em parede diafragma impermeabilizante, após algumas horas.
Essa técnica executiva é utilizada para confecção de estacas barrete, que é um
elemento de fundação de estruturas capaz de suportar elevadas cargas e os mais
diversos tipos de solicitações de esforços. Também é empregada para se fazer cortinas
de concreto armado no solo, conhecida como paredes diafragma. Estas paredes podem
exercer a função de impermeabilização do fundo de lagos e de canais, além de proteger
a estrutura do concreto contra a penetração de água e fluidos agressivos. Também, pode
ser empregada em escavações profundas, junto a edificações preexistentes na função de
conter taludes e evitar o desconfinamento de terrenos, o que provocaria recalques
diferenciais. Isto tudo sem a necessidade de um rebaixamento do lençol freático. E
também, pode ser empregadas na construção de túneis, passagens subterrâneas,
estacionamentos subterrâneos, galerias para esgoto, barragens de terras fundadas em
solos permeáveis, diques e outras aplicações mais.
A descoberta desse método executivo, graças à exploração das propriedades
tecnológicas da lama bentonitica, foi uma inovação, principalmente para o setor da
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construção civil. As escavações do solo, mesmo a grandes profundidades, seguidas de
concretagem é feita de forma rápida e segura, com muito menor risco de desabamentos
do terreno, caso não falte em momento algum o fluido tixotrópico utilizado na escavação
da vala.
2 Caracterização das propriedades da microestrutura da lama bentonitica, relacionando-
a com a performance final da lama para o método construtivo de paredes diafragma
O interesse em pauta é em entender, segundo a sua constituição e natureza, o
comportamento do fluido utilizado pela indústria da construção civil em escavações de
terrenos, no que diz respeito às propriedades do argilomineral que o constitui e o torna
capaz de conter, sem escoramentos ou revestimentos do terreno, as valas escavadas,
até serem totalmente preenchidas com concreto.
A bentonita é o principal mineral argiloso, do subgrupo das montmorilonitas- Ver
figura 3-, que uma vez em suspensão em água forma o fluido de perfuração de terrenos,
chamado por “lama” bentonitica” ou “calda” bentonitica. São argilas que conferem grande
riqueza coloidal às misturas aquosas, com respectivas partículas muito finas(da ordem de
milésimo de milímetro), praticamente desprovidas de impurezas, que comportam-se,
nessas dispersões em estreita dependência das ações elétricas recíprocas, segundo às
leis dos corpos colóides.As suas propriedades atendem muito bem às exigências
impostas pelo método construtivo, seja para construção de contenções como paredes
diafragma, ou de fundações com estacas barrete. A sua mais precisa definição é: “A
bentonita é uma rocha constituída essencialmente por um argilomineral montmorilonítico
(esmectítico) formado pela desvitrificação e subseqüente alteração química, em meio
úmido, de um material vítreo, de origem ígnea, usualmente um tufo ou cinza vulcânica,
ácida de preferência”. E como todos os minerais argilosos, é um mineral cristalino
formado por partículas lamelares de muito reduzidas dimensões.
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Origem do Livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 3
Para o uso na indústria, há dois tipos de bentonitas: As que incham e as que não
incham. As que incham são constituídas pelo argilomineral montmorilonita sódico,
naturais ou sintéticas, cujo cátion adsorvido predominantemente é o sódio(ou lítio). Estas
são as únicas montmorilonitas que se dispersam espontaneamente (incham
espontaneamente) em presença de água,como se pode ver na figura 4, gerando géis
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tixotrópicos a partir da concentração de 2%, que tem um valor industrial diretamente
ligado à formação desses géis, e que apresenta um poder ligante elevado no estado cru.
Esta argilomineral sódica, tem como padrão a bentonita de Wyoming e Dakota do Sul
(EUA), que são as mais utilizadas na indústria da construção civil. Porém, existem outras
bentonitas sendo utilizadas por causa de seu ótimo rendimento- Ver figura 5. Agora, as
bentonitas que não incham são constituídas pelo argilomineral montmorilonita, cujo cátion
adsorvido é o cálcio, podendo ser também, isolado ou conjuntamente o magnésio, o
hidróxido, o potássio, o ferro e o alumínio. Expostas à unidade atmosférica, as bentonitas
cálcicas adsorvem água até uma quantidade correspondente a três camadas
moleculares; em meio aquoso, a adsorção de mais camadas de moléculas de água não
ocorre. Assim, este inchamento é desconsiderado, por ser muito pequeno, e as partículas
se depositarem (flocularem e precipitarem) rapidamente, quando em dispersões aquosas.
Na indústria, essas argilas são largamente utilizadas como descorantes de óleos
minerais, animais e vegetais; porém, o seu uso para auxiliar nas escavações de solo só é
possível após o tratamento com carbonatato de sódio. As bentonitas cálcicas têm como
padrão a bentonita da região de Mississipi (EUA).
Origem do livro Tecnologia das Argilas – volume 2 - Autor Pérsio de Souza Santos
Figura 4
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Origem do livro Tecnologia das Argilas – volume 2 - Autor Pérsio de Souza Santos
Figura 5
Durante algum tempo usou-se bentonita cálcica de Mississipi em escavações, por
dar maior viscosidade aparente que a sódica. Então, por tratamento químico, chegou-se a
transformar a bentonita sódica em cálcica, para assim obter esse aumento de viscosidade
aparente. Só, que isso foi abandonado porque a bentonita cálcica, apesar de maior
viscosidade, tem maior volume de filtrado e maior espessura da parede de filtração,
sendo abandonada por causa desses valores inadequados. Hoje, em países que não
existe a montmorilonita sódica natural, que é a mais indicada para o uso na indústria da
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construção civil e em outras mais, é prática usual tratar a montmorilonita cálcica ou
magnesiana por carbonato de sódio e assim obter uma montmorilonita sódica sintética
(obtida em indústria química, por reação de dupla troca iônica), cujas propriedades
tecnológicas são iguais ou próximas às da bentonita sódica de Wyoming. Isso só é
possível, dada a semelhança entre o reticulado cristalino dos vários argilomonerais
montmoriloníticos. Por isso, as propriedades físico-químicas e tecnológicas dos
argilominerais são específicas deste subgrupo de montmorilonita, independente de sua
origem geológica.
Na constituição dos diversos minerais argilosos há a considerar dois tipos de
estruturas. São elas as camadas tetraédricas e as camadas octaédricas. Estas são
estruturas cristalinas, onde os átomos se arranjam segundo um padrão que se repete
tridimensionalmente. As camadas tetraédricas são formadas pela associação de
unidades tetraédricas de ((Si O4)elevado a –4) nas quais o átomo de silício se situa no
centro de um tetraedro cujos vértices são ocupados pelos quatro oxigênios. Estas
unidades ligam-se entre si de modo a ficarem todas com uma das faces sobre um mesmo
plano e o vértice oposto a essa face orientado sempre no mesmo sentido. Já as camadas
octaédricas são constituídas por associação de unidades em forma de octaedro nas quais
os íons de Mg2+ ou de Al3+ ocupam o centro e os oxidrilos (OH)- se situam nos vértices.
No caso da bentonite o conjunto que se repete para a constituição do cristal é formado
pela associação de duas camadas tetraédricas com uma camada octaédrica colocada
entre aquelas. Acontece, porém, que se verificam algumas substituições isomórficas do
silício por alumínio no tetraedro, e de alumínio ou magnésio, dos octaedros, por outros
elementos tais como o ferro, o cromo e o zinco(com diferença de valência ou de carga
elétrica). Isto gera como resultado o aparecimento de cargas elétricas negativas não
equilibradas no reticulado cristalino, ocasionando um desbalanceamento que é
equilibrado pela fixação, na superfície das partículas sólidas e insolúveis do argilomineral,
de cátions como o sódio, o cálcio e o potássio existentes no meio os quais, dadas as
suas dimensões, não penetram na rede cristalina, ficando dispostos junto ao contorno
exterior. Então, dependendo do cátion fixado reversivelmente, tem-se montmorilonita
ácida ou de hidrogênio, sódica, potássica, cálcica ou magnesiana; todas elas isomórficas
entre si e com a mesma reflexão basal(001). Dadas as fracas ligações existentes entre
estes cátions e a estrutura primitiva, eles são facilmente substituídos por outros, o que
resulta daí a designação de cátions permutáveis ou trocáveis. Esses cátions trocáveis
dos argilominerais montmoriloníticos são os fatores determinantes para os usos
industriais específicos das argilas montmoriloníticas. As camadas tetraédricas e
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octaédricas, com os respectivos cátions permutáveis, ligam-se umas às outras por
intermédio das forças de atração elétrica (ligação iônica), originada pelos cátions
permutáveis, e ainda pela ação da forças de Van der Waals.Trata-se, contudo, de forças
de reduzido valor, pois como se observa, o calor produzido no decurso de uma reação
química de troca iônica é da ordem de 2Kcal/mol, o que é muito pequeno. É por isso que
se torna relativamente fácil a separação das camadas e a fácil reversibilidade da troca
iônica. Assim, a industrialização de uma argila montmorilonítica, ao usar a reação química
de troca de cátions, quer seja a “ativação ácida” para a produção de uma argila
descorante, quer para formar as formas sódicas, leva a uma indústria de processo. É
exatamente a este fato que a bentonita deve as suas características de expansibilidade
quando em contato com a água. Com efeito, as forças de ligação entre camadas são
relativamente fracas, especialmente quando comparadas com as que se desenvolvem no
sentido de se produzir à adsorção de moléculas de água. Deste modo, estas são atraídas
e forçam a estrutura a separar-se ao longo dos planos potencialmente fracos, que são os
de ligação entre camadas. Surgem, deste modo, partículas de menores dimensões
resultantes da divisão dos agregados iniciais. Este processo de separação pode ser
incrementado e ativado mediante processos mecânicos, tais como agitação, podendo
atingir-se suspensões de partículas de pequeníssimas dimensões, e de geometria
fundamentalmente lamelar, constituindo-se assim uma suspensão com uma dada
viscosidade.
Devido à constituição iônica das redes cristalinas, as partículas em suspensão
apresentam cargas elétricas não equilibradas, distribuídas pela sua superfície,
verificando-se que ao longo das faces essas cargas são negativas enquanto ao longo dos
bordos elas são normalmente positivas, se bem que possam também ser negativa,
dependendo muitas vezes do seu sinal de imperfeições da rede iônica e até mesmo da
natureza do meio onde estão mergulhadas.
Enquanto mantiver um estado de agitação no meio aquoso em que estão mergulhadas
essas partículas em suspensão, esse conjunto de partículas, com as cargas elétricas que
acabam de serem referidas, permanecem em suspensão. Cessando esta agitação,
verifica-se que as mesmas partículas tendem a formar agregados mediante o seu arrumo
em estruturas cuja orientação espacial depende da distribuição das cargas elétricas nas
partículas, adquirindo uma estrutura rígida que só pode ser quebrada pela agitação.
Graças a essa rigidez é possível manter em suspensão as areias escavadas sem que as
mesmas se depositem no fundo da vala. Se voltar a introduzir movimentação mecânica
forte no meio, o arranjo estrutural desfaz-se e volta-se a ter novamente uma suspensão.
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A este fenômeno dá-se o nome de tixotropia, que é característico das suspensões desta
argila mineral montmorilonita sódica.
É importante ressaltar-se que, embora tecnicamente a tixotropia seja uma propriedade
comum a todas as argilas, ela só é expressiva no caso da bentonita sódica. Isso é
verdade devido ao tempo necessário à formação da estrutura, desde que cesse a
agitação, ser relativamente pequeno para esta bentonita. Em argilas médias a
geleificação pode levar alguns dias.
As bentonitas expostas à umidade adsorvem água formando uma espessa camada de
água entre camadas, ou interlamelar, com se pode ver na letra c da figura 3,que varia
com a natureza do cátion adsorvido e de acordo com a quantidade de água disponível.
Assim, as bentonitas formadas pelos cátions monovalentes, divalente e trivalente de
potássio, cálcio, magnésio, alumínio e ferro adsorvem água até determinada quantidade,
fato esse relacionado com o índice de coordenação do metal, provocando um
espaçamento basal máximo, já que as partículas hidratadas continuam rigidamente
unidas umas às outras, não rompendo a força de Van der Waals; em suspensão aquosa,
mesmo após agitação violenta, as argilas saturadas com esses cátions se apresentam
floculadas, com uma camada de água límpida sobre a camada de argila floculada no
fundo de um recipiente. A montmorilonitas propriamente dita, mostram que a espessura
da camada basal varia com o cátion presente, encontrando para a distância d(001) os
valores 12,0Å e 12,9Å, respectivamente, para o cátion de potássio e o de bário com uma
camada de água. Agora, as bentonitas sódicas, que são as que adsorvem os cátions de
sódio e o de lítio (cátions saturantes) em presença de água, apresentam um inchamento
intermicelar e intramicelar que varia desde 11,9Å e 13,4Å, até uma quantidade muito
grande, como ocorre no caso das camadas unitárias e isoladas e dispersas na água.
Porém, por causa da presença específica do sódio é que se adsorve mais moléculas de
água por cela unitária, de modo que as folhas unitárias Si-Al-Si vão se distanciando cada
vez mais até atingir a uma distância de 40Å. Depois dos 40Å, as camadas estruturais não
têm mais praticamente força de atração entre si suficiente para formar o empilhamento
das camadas basais. Assim, as folhas estruturais não têm mais força de atração
apreciável entre si e, se estiverem dentro de um recipiente contendo água ( com
concentração inferior a 2% ), a agitação cinética do fluido provoca um desfolhamento das
camadas basais até ocupar todo o volume da água dando um sol estável-Ver figura 6. O
aumento da solvatação ou hidratação das camadas basais, como foi exposto, implica que
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as camadas estruturais com cátion de sódio e moléculas de água adsorvidas estão em
constante movimento de difusão entre si. Este movimento é conhecido como movimento
browniano das partículas coloidais. Até os 40Å de espaçamento basal, as camadas
lamelares de cargas elétricas, são atraídas umas às outras pelas forças de Van der
Waals. Acima dos 40Å, o movimento browniano devido ao choque entre as moléculas do
fluido dispersante vence as forças de Van der Waals, as camadas lamelares se
desprendem espontaneamente e se dispersam no líquido – Ver figura 6. Entre os 20Å e
os 40Å, o sistema água+argila forma um gel-tixotrópico;é o inchamento macroscópico da
bentonita sódica natural, onde um fragmento umedecido pode crescer de 20 a 40 vezes o
volume inicial - Ver figura 4. Se adicionarmos mais água, fazendo com que as camadas
lamelares se distanciem mais e se separem, teremos a formação de um sol. Nas
montmorilonitas sódicas, o sol com mais de 2% de sólidos pode isotermicamente se
transformar em gel com repouso, e o gel em sol, pela agitação: é o já mencionado
fenômeno da tixotropia ( transformação sol-gel isotérmica reversível). As bentonitas
sódicas são as únicas em que a tixotropia aparece em concentrações tão pequena.
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Origem livro tecnologia das argilas vol. 2 – autor Pérsio de Souza Santos
Figura 6
A filtração da suspensão da bentonita nos terrenos da parede da vala a escavar
faz gerar, por diminuição da velocidade, a criação de uma rigidez da suspensão que
fica transformada em gel entre as partículas, conferindo ao terreno maior coesão; por
outro lado, a dissipação de água através do terreno origina um filtrado chamado de
“cake” que, por ser impermeável, transmite aos terrenos a suportar o correspondente
diferencial de pressões. A formação deste “cake” é outra propriedade exibida pela
suspensão de bentonita em água, que é de muita importância na execução de paredes
moldadas. Esta película impermeável forma-se, ao entrar a “lama” bentonítica em
contato com o solo, e é totalmente estanque, funcionando como uma membrana sobre
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a qual se exerce uma pressão hidrostática, possibilitando a distribuição uniformemente
da pressão sobre o terreno, o que mantém a sua estabilidade. É importante que essa
membrana seja contínua de forma a evitar fugas exageradas de calda para o interior
do terreno. Tais fugas são indesejáveis não só pela perda de calda em si, mas também
pelos efeitos instabilizadores que provocam, na medida que originam aumentos de
tensão neutra. Também, deve-se garantir que o nível da lama dentro da escavação
esteja acima do lençol freático (cerca de 1,5m), de modo a garantir a sua estabilidade
– Ver figura 7- O “Cake” é formado devido os fenômenos elétricos de atração entre as
partículas do solo e as partículas de bentonita da suspensão, conferindo ao terreno
maior coesão. No caso de solos finos, a suspensão não penetra profundamente no
solo por não existirem vazios de dimensão elevada. Então, a película que se forma é
superficial. Se a granulometria do solo envolvente é grosseira, a calda vai penetrando
em profundidade maior ou menor, e, graças às propriedades tixotrópicas, vão-se
criando estruturas de agregados de bentonita que vão obturando os canais de
circulação. Neste caso, a superfície da membrana onde se exerce a pressão
hidrostática não há diferenças apreciáveis. O que se verifica é a zona contaminada
pela suspensão ter uma maior espessura. Esta película impermeável implica na
estabilidade das paredes da vala escavada, devido possibilitar uma transferência
contínua e constante de pressão hidrostática as paredes do solo. Esta constitui, com
efeito, a principal ação estabilizadora existente embora não seja a única. Na realidade,
por si só ela não justifica teoricamente o equilíbrio, sendo também causado pelo efeito
arco que originam transferências de tensões para zonas fora da área em escavação
(assunto muito debatido quando se trata de estudo do dimensionamento).
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Origem do livro Fundações Teoria e Prática
Figura 7
As propriedades intrínsecas e tão evidentes da bentonita sódica a torna capaz e
precisa em atender às exigências do sistema construtivo empregado na construção de
contenções ou impermeabilizações com paredes diafragma, ou de fundações com
estacas barrete, ao proporcionar uma escavação do terreno sem que seja necessário o
uso de revestimentos ou escoramentos. Esta bentonita está presente no fluido utilizado
em perfurações de terrenos denominado de “lama” bentonitica, o qual permite e facilita
todo o processo de limpeza da vala e remoção do material escavado, devido a sua
importante função de servir de veiculo de transporte para estes. O sucesso desse método
construtivo é completado, após finalização da escavação da vala, que esta toda
preenchida pela lama, ao tornar possível a troca ou substituição da lama pelo concreto,
até concretar toda a vala.
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3 Característica mínimas que a lama betonítica deve apresentar para garantir as
propriedades desejadas
As propriedades mais importantes de um fluido bentonitico são a densidade ( que
depende da percentagem utilizada ), a viscosidade, a tixotropia e o valor de PH. Quando
se trata de reutilizar a lama, o que importa é o teor de areia (contaminação), que quando
excede a valores da ordem dos 2 ou 3%, reduz as propriedades básicas do fluido. Essas
propriedades devem ser controladas, ao se elaborar a “lama e principalmente durante a
concretagem das valas, dentro de valores pré-determinados em estudos laboratoriais,
que definem quais devem ser as características dos materiais constituintes da “lama”
bentonitica.
Segue-se, logo abaixo, segundo a NBR-6122, as características básicas que a
lama bentonitica deve apresentar no início da escavação, ao utilizar-se concentrações da
ordem de 3 a 6%, que é o que na prática acontece:
o Densidade – Os valores toleráveis partem desde 1,02 g/cm3, e
geralmente não atingem 1,10 g/cm3. Porém, a densidade corrente em
paredes-diafragma situa-se em torno de 1,05 g/cm3. O método de ensaio
utilizado é o “Densímetro”;
o Viscosidade – As suspensões aquosa de bentonite não são fluidos
newtonianos, que como nos corpos simplismente viscosos, os esforços de
corte são proporcionais ao gradiente das velocidades. Nestes fluidos
bentoníticos ( semelhantes aos corpos de Bingham)existe uma tensão
inicial de corte – a necessária para quebrar a rigidez – que é preciso
vencer para se fazer iniciar o movimento viscoso. A viscosidade deve ser
controlada para facilitar o bombeamento e a circulação da lama, diminuir
as perdas de carga e também permitir a regeneração (eliminação de
areias) processada a partir da centrifugação em ciclones e decantação.
Esta necessidade impõe limites práticos à viscosidade, que segundo a
NBR-6122, faz-se situar entre os valores de 30 a 90 segundos, medido
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pelo viscosímetro Cone Marsh, segundo o método de ensaio de Funil
Marsh. Essa viscosidade pode variar conforme os casos. São correntes
valores médios iniciais aproximados da ordem dos 35 segundos, que
podem subir para 45 segundos por efeito de contaminação ligeira por silte.
Fluidos não contaminados, com bentonitas de boa qualidade e boa
percentagem na suspensão aquosa, podem atingir valores de viscosidade
Marsh da ordem dos 60 segundos.O equipamento trata-se de um funil com
medidas normalizadas, onde se mede o tempo de escoamento de uma
determinada quantidade do fluido (946 cm3), comparando-a com o da
água, que a 20ºC é de 26 segundos;
o Teor de areia – Pode-se variar de acordo com os casos. Porém,
normalmente uma percentagem de silte ou areia não deve ultrapassar os
3%. Caso isto ocorra, obriga-se a fazer uma restituição ou substituição do
fluido. A eliminação dos fluidos pode ser feita em cones (ciclones) com
purgas de eliminação de areia seguida de decantação em tanque. O
método de ensaio é o “Baroid Sand Content”
o PH – Este valor deve situar-se entre 7 a 11. Uma elevação do PH para
além de 11 indica uma contaminação pelo cimento e possibilidades de
floculação por ruptura do equilíbrio eletrostática do sistema.
o Cake – A espessura da película impermeabilizante, formada na parede da
vala escavada, deve situar-se entre 1,0 a 2,0 mm. O método de ensaio é o
“Filter Press”
Além dessas características mínimas inerentes às caldas bentoniticas, exige-se
outras correções a fazer-se nelas como necessidade de reduzir o poder de filtração em
solos muito permeáveis, utilizando colmatantes diversos de ação obstrutiva, ou
aumentando a viscosidade por incorporação de argilas, o que obriga a correções com
produtos químicos dispersantes como fosfatos, tanato e metabisulfito de sódio.
Devemos também evitar a contaminação por água salgada ou gesso. Na
perfuração, em presença de água salgada ou de mar, deve-se utilizar bentonitas
especiais que podem causar perdas por filtração elevadas, mas o “cake” pode ser
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melhorado pela incorporação, embora dispendiosa, de suspensões coloidais orgânicas à
base de féculas e seus compostos.
Ocorre a necessidade de fabricar previamente os fluidos de bentonita, pelo menos
com um dia de antecedência de utilização, para que a hidratação da bentonita se possa
fazer em melhores condições. Agora, devido ao surgimento de modernos misturadores de
alto poder de agitação e das bombas de grande turbulência, permite-se reduzir esse
período, caso seja necessário.
4 Materiais constituintes das paredes diafragma
A fim de determinar os materiais constituintes das paredes moldadas em solo, elas
são classificadas em dois grandes grupos, tais como:
I. Paredes resistentes;
II. Paredes impermeabilizantes.
As paredes moldadas resistentes são aquelas constituídas, normalmente, por
concreto armado, cuja função é de conter taludes ou absorver os impulsos
provenientes de diferenças de cota (como no caso de obras marítimas), além de
simplesmente servir como fundação de estruturas. Para isso, utilizam-se o concreto
de cimento Portland comum com inertes de granulometria de reduzidas dimensões
(2,00 a 2,5 cm de dimensão máxima). Porém, antes se deve fazer um estudo em
laboratório ou centrais de concreto para a determinação dos materiais mais viáveis,
seja por motivos técnicos ou econômicos. Para a concretagem segundo a técnica de
concretos submersos, como ocorre em obras fluviais e marítimas, normalmente são
exigidos os concretos de 18 a 22,5 MPa. O concreto usado deve ter um consumo de
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cimento entre 350 a 400 Kg por metro cúbico, ser confeccionado com brita 1 e 2, além
de “slump” variando entre 18 e 22 centímetros. Deve-se também, fazer a analise da
água do meio onde vão ser executadas as paredes moldadas, pois estas condicionam
os tipos de concreto, de inertes, ou mesmo do cimento a se empregar.
Já as paredes moldadas contínuas impermeabilizantes, com a intenção de formar
cortinas mais ou menos estanques que constituam obstáculos a percolação ou
funcionem como cortinas de contenção de terrenos ou de solos altamente saturados
de água. São normalmente utilizadas em obras fluviais ou marítimas, desde obras de
regularização ou proteção da marginal dos cursos de água até impermeabilizações de
barragens em leitos aluvionares. Estas utilizam concretos, diferentes dos exigidos
para fins de resistência, com misturas plásticas, devido as deformações que as obras
vão sofrer, que devem levar em conta dois parâmetros : A permeabilidade e a
deformabilidade, obtidos por meio de ensaios de laboratório. Estas misturas são
formadas por materiais diversos, desde conglomerados de granulometria diversa, até
misturas de bentonita geleificada com argila e estabilizadas com cimento e aditivos
dispersantes ( silicato de sódio, por exemplo ), em proporções bem definidas e de
maneira a obter-se por meio de ensaios em laboratórios. Quando se utilizam argilas
com boa tixotropia, podem-se dispensar as bentonitas, utilizando-se apenas a mistura
de argila-cimento. Então, devem-se determinar, nas argilas, as mesmas propriedades
que as bentonitas devem possuir. Geralmente, conforme os diversos casos, podem
empregar-se conglomerados de cimento-betonita-argila e inertes finos(areia ou seixo).
As escolhas destes materiais dependem dos materiais disponíveis no local e outros
considerados de ordem técnica que imponham uma cortina com características
técnicas bem determinadas e que são função da obra. Normalmente, as misturas
mais utilizadas são as de argila-cimento, com ou sem areia e as de cimento-bentonita
igualmente com ou sem areia. Muitas vezes, emprega-se como material de
estanqueidade, uma mistura de cimento-bentonita (com ou sem argila). Muitas vezes,
ao próprio fluido de perfuração, como lama bentonitica, adiciona-se cimento em
quantidades tal que permita a mistura adquirir, algumas horas depois, a compacidade
requerida. Também, é correto o próprio fluido de escavação ser já a mistura de
cimento mais bentonita. Estes concretos são conglomerados plásticos submetidos a
esforços de compressão que se apresentam com possibilidades de deformação lenta
e resistências à compressão baixas. As paredes diafragma impermeabilizantes,
normalmente, são executadas sem que se tenha de recorrer aos tubos-junta, criando-
se assim uma melhor estanqueidade a cortina. E, nestes tipos de paredes moldadas
com concretos plásticos, tem de se ter um especial cuidado com todas as operações,
21
pois que, à concretagem e juntas mal executadas, vão corresponder locais de
eventuais passagens de água e, uma vez iniciado o movimento, a erosão progride, as
velocidades vão aumentando com novo aumento da erosão, e todo o fenômeno se
avoluma rapidamente, levando toda obra à ruína em curto espaço de tempo. Tem-se
de estar atento também, ao grau de permeabilidade, que não pode ser superior a
calculada, pois induz a distúrbios na obra e, se ela for pontual, numa zona ou noutra,
por defeito na execução da mistura plástica ou na sua colocação em obra, podem
provocar rupturas que por erosão do material, que se irão agravando com o passar do
tempo, pelo aumento das infiltrações, podendo levar ao colapso da obra. E a
resistência dos materiais constituintes da parede moldada deve ser escolhida de
acordo com as deformações a que ficarão sujeitos, devido a interação cortina-terreno,
acompanhando-as sem fissuração ou ruptura. Assim, a fissuração ou ruptura pode
originar um aumento da permeabilidade com risco de ruína da obra.
Para cada caso particular, a escolha detalhada das misturas e dos materiais que
devem constituir as paredes é uma tarefa primordial, que implica recorrer
continuamente aos conhecimentos de mecânica dos solos e rochas.
5 Campos de aplicações
Os campos de aplicações das técnicas de paredes-
diafrágma, de acordo com as suas funções, correspondem fundamentalmente a três
tipos de elementos estruturais, tais como:
I. Elementos tipo parede, fundamentalmente concebido com fins
resistentes;
II. Elementos tipo parede, fundamentalmente concebido com fins
de impermeabilização;
III. Elementos de fundação de estruturas.
As paredes moldadas, fundamentalmente concebidas para fins de resistências
dependem do tipo de terreno onde serão implantadas, e do tipo de obra que está sendo
requerida. Este tipo de paredes poderá ser engastado no solo do fundo da valas
(chamado de ficha), trabalhando com a consola livre (que são as paredes auto-portantes,
22
que suportam por si só os impulsos ativos do terreno e do lençol freático, logo que se
inicia a escavação, até o final da obra), ou engastadas no solo do fundo da vala e
também escorada ou atirantada no topo ou em outros níveis, como se pode ver na figura
8. A sua construção é iniciada com a construção da parede moldada enterrada no solo,
ao longo de todo o contorno, em planta, a se construir. Em seguida, começa a escavar
até um nível compatível com a capacidade que a parede possui de, por si só, fazer face
aos impulsos mobilizados, através de uma ficha. A fim de suportar tais impulsos, em
alturas superiores a 5 ou 6 metros, dependendo do tipo do terreno e obra, as estruturas
das paredes auto-portantes começam a ser anti-econômicas. Para fugir de tais
desperdícios, recorre-se a outros métodos executivos na construção de paredes
moldadas para tais finalidades, tais como: Escoramento com taludes provisórios;
Escoramentos com lajes do edifício; Construção simultânea descendente e ascendente;
Paredes com linhas de ancoragens travadas com vigas de coroamento, como se pode
ver nas figuras 9, 10 e 11. Então, para alturas maiores que 5 ou 6 metros, dependendo
do caso, pode-se recorrer, por exemplo, a instalação de uma linha de ancoragens, que ao
finalizar, prossegue-se com a escavação já iniciada, a partir desta linha de ancoragem.
Os elementos de ancoragem são obtidos furando o terreno e introduzindo cabos de aço
especial, nas extremidades dos quais serão injetados argamassa a pressão determinada
em projeto. Observa-se ainda, que na maioria dos casos, estas ancoragens são
provisórias, pois, uma vez construído todo o edifício, podem ser abandonadas ou
cortadas. Também, observou-se que, normalmente, o estabelecimento de ancoragens
nos terrenos vizinhos não oferecem problemas de danos aos elementos vizinhos já
existentes, pois, a furação para a ancoragem vai ser feita, em via de regra, abaixo das
profundidades destas fundações, dos coletores de água ou canalizações. Então,
conjugando níveis de escavação e instalação de fiadas de ancoragens, o desmonte do
material vai sendo levado até a cota desejada, deixando o interior do recinto
completamente livre para execuções, não condicionada, de estruturas internas e suas
fundações, pilares e placas, os quais são totalmente independentes da parede diafragma.
Podem-se citar casos típicos de paredes moldadas para fins de resistência realizada com
a utilização dos processos executivos acima citados, que são as construções com o
desenvolvimento linear como é o caso de túneis, passagens subterrâneas, parques de
estacionamentos subterrâneos, galerias de esgoto, e outras similares, como se pode ver
nas figuras 11, 13 e 14 . De um modo geral, nesses casos, a própria parede moldada
começa por servir como estrutura de suporte que permite a realização de escavação,
acabando por ser integrada na estrutura global, e constituindo elemento resistente da
construção em questão. Porém, na execução dessas citadas obras, uma vez executadas
as paredes moldadas, se à distância entre estas não permitir a construção de lajes
23
vencendo o vão completo, serão executadas, com o mesmo equipamento das paredes,
escavações para colocação de pilares metálicos ou pré-moldados que serão concretados
em sua parte inferior, constituindo-se, assim, uma espécie de estaca. Seguidamente, e
com apoio na parede, e nesses pilares intermediários, é construída a primeira laje, cerca
do piso térreo. A concretagem desta placa deixará, no entanto, espaços por concretar, a
fim de que seja possível a escavação das terras subjacentes. Ao mesmo tempo, poderá
iniciar-se a construção em elevação, prosseguindo a escavação, e sucessivas
concretagens dos vários pisos das caves. A concretagem destes pisos pode fazer-se,
começando por escavar o terreno (depois de construída a primeira placa cerca da cota
“zero”) até a profundidade de cerca de 4 a 5 metros, após o que, é montado o molde,
com estrutura suficiente e com taipais pré-fabricados, suspensos por meio de cabos da
placa anteriormente executada. Montada a armadura, procede-se então a concretagem,
deixando abertas para que a escavação subjacente prossiga de novo. Atingida a cota
suficiente para nova placa, procede-se a descofragem da placa superior, antes
executada, fazendo simplesmente baixar o cimbre e o molde, operação que é feita
facilmente, desde que a descida por meio dos cabos seja feita por guincho ou outros
aparelhos semelhantes. Entretanto, os trabalhos de construção em elevação prosseguem
normalmente, á medida que, sucessivamente, prosseguem os trabalhos descendentes,
sempre com o mesmo molde, e com montagens e desmontagens rápidas. Ao efetuar a
concretagem das placas, há que deixar livres as zonas dos cabos, envolvendo-as com
moldes de meio-tubos de aço, cortiça, poliestireno expandido, etc.
24
Origem: Livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 8
25
Origem: Livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 9
26
Origem do livro Paredes Moldadas do
seminário em Lisboa
Figura 10
27
Origem da Revista Técne n° 37 de Nv/Dez 1998
Figura 11
Origem: Livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 12
28
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 13
Dentre outros processos de construção de paredes moldadas auto-portantes com
fins de resistência, cabe ressaltar o processo com contrafortes, como se pode ver na
figura 8. Este evita, em muitos casos, escoramentos ou tirantes, e permite uma
escavação franca e total do interior.
Outro processo de execução de paredes moldadas com o fim de resistência, cabe
ressaltar, são as paredes escoradas com taludes provisórios , como se pode ver na figura
9, que logo ao iniciar-se a escavação em torno de todo comprimento da parede, ou
parcialmente, serão deixados prismas de terreno que funcionam como escoras. Isso
reduz a carga a ser suportada pela parede diafragma. Então, a construção do edifício
poderá seguir-se sem problemas, sendo retirados os prismas de terreno, uma vez que se
tenham já construído lajes do edifício, que possam funcionar como escoras dessa
parede.
Seja qual for à maneira de levar a efeito a construção das paredes moldadas e o
conjunto da obra, haverá, em terrenos com água, que prever o modo de funcionamento
da laje de fundo, pois, achando-se esta submetida a pressões hidrostáticas que originam
29
impulsos de baixo para cima, haverá que prever amarrações especiais, podendo
funcionar indiferentemente como estaca ou tirante. O mesmo acontece quando o projeto
prevê pilares interiores, pois só a determinada altura da obra, quando o peso próprio das
estruturas for maior que o impulso, os apoios começam a trabalhar à compressão, sendo,
pois, igualmente, necessário prevê-los fundados sobre ancoragem-estaca, na sua fase
inicial, como se pode ver na figura 14, que mostra um edifício construído sobre estaca
Tubfix.
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário
em Lisboa
Figura 14
30
É bom saber, que é necessário garantir a ligação dos vários elementos de
concreto armado, lajes e vigas, à parede moldada armada, já construída, em todos
processos de construção referidos acima.
Agora, para o segundo tipo de aplicação citado, concebe-se a parede moldada
para fins unicamente de cortar a percolação de água num dado terreno, sendo
impermeabilizante e não armada, como relata o texto de estudo de caso da barragem de
Quiminha, que segue-se neste trabalho de monografia. Trata-se de um elemento de
construção que vai funcionar encaixado no solo, aonde é construído. Para esses casos,
nos que não se exige elevada resistência mecânica, recorre-se com freqüência a
misturas de cimento e argila com auto-endurecimento. Assim, todo material da mistura de
perfuração constituirá a parede diafragma. A construção de barragens de terra em solos
permeáveis é um caso típico de paredes moldadas como corta-águas.Também, pode-se
obter uma parede desempenhando as duas funções, de resistência mecânica e de
impermeabilização. Estes tipos de paredes moldadas são encontrados em obras
hidráulicas, açudes ou barragens, e ficam, normalmente, submetidas a pressões
horizontais provenientes de diferenças entre as cotas de armazenamento ou de montante
e a cota de jusante. Devido igualmente aos assentos, e embora mesmo não se apoiando
no firme rochoso ou em camadas consistentes, as paredes ficam igualmente submetidas
a compressões, com problemas suplementares de flexões parasitas (encurvadura
essencial). Estes assentamentos implicam deslocamentos verticais e horizontais (estes
com valores da ordem de 0,4 a 0,5 dos valores verticais) e a formação de flechas além do
admissível, originando-se fissuração e possibilidade de percolação perniciosa que pode
levar a situações de ruptura graves. Naturalmente, as paredes moldadas não podem ser
consideradas, nestes casos, como um órgão independente que possua as características
de uma placa apoiada, em cima e em baixo, em suportes rígidos. Uma parede moldada
impermeável submetida aos esforços referidos, terá que se adaptar ao conjunto formado
pelo corpo da barragem e pelo solo de fundação devendo ter a capacidade para suportar
as deformações gerais criadas pelo novo diagrama triaxial de tensões, não só durante as
várias fases de construção da obra, até à conclusão, como ainda durante os vários
regimes de carga hidráulica proveniente das variações de níveis a montante e jusante, o
que implica que todo o comportamento da parede deva ser analisado pelos métodos da
mecânica dos solos, de maneira a avaliar o regime de tensões e escolher a resistência
dos materiais de enchimento ou constituição da cortina, em função destas informações.
E por fim, um terceiro tipo de elemento estrutural em cuja construção se recorre à
técnica das paredes moldadas é o que se relaciona com a execução de elementos de
31
fundações de estruturas, denominadas estacas “barretes”, que têm as dimensões na
ordem de 0,4 a 0,8 metros de largura e 2 a 5 metros de comprimento, permitindo a
construção de geometrias mais complexas como em T , L,I,H,U,etc, como se pode
observar na figura 16. Trata-se de elementos de grande rigidez e de grande momento de
inércia. São, portanto, uma estaca com formas variadas, que podem transmitir ao terreno
cargas apreciáveis, da ordem de vários milhares de toneladas, sejam as cargas verticais,
horizontais ou mesmo momentos, desde que eles sejam convenientemente orientados.
Essa grande capacidade de carga acontece devido ao atrito lateral destes elementos de
fundação, que possuem uma grande área lateral de atrito com o solo. Estes elementos
têm grandes vantagens em certos casos, quando em comparação com as estacas
convencionais que têm grande comprimento e são esbeltas, e têm uma pequena área em
contato com o solo, proporcional ao seu comprimento total. Assim, estas estacas esbeltas
trabalham por atrito de ponta (neste caso, o atrito lateral é insignificante e não é, portanto,
determinante). Então, há casos em que, devido às elevadas cargas, não se torna viável
fundar sobre estacas, o que obrigaria a construção de um grande número delas e com
maciços de ligação maiores que a área de construção. Há casos, em que, somente com
elementos de parede moldados no solo, estacas barretes, se tem conseguido suportar as
cargas elevadas advindas de estruturas industriais, como ilustra a figura 16.
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário
em Lisboa
Figura 15
32
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário
em Lisboa
Figura 16
6 Paredes-diafragma pré-moldadas
As placas pré-moldadas de concreto armado são executadas em unidade
industrial, fora da obra, podendo obter assim uma melhor qualidade do concreto, uma
maior precisão do posicionamento da armadura e uma melhor aparência e acabamento
do que as paredes contínuas moldadas ``in loco``. Isso proporciona menores gastos
com concreto, por serem menos espessas e poderem ser mais eficientemente dosados
que nas paredes moldadas ``in loco``.
Outras vantagens das paredes pré-moldadas são:
Melhores possibilidades de se executar juntas que possam resolver de maneira
praticamente absoluta os problemas de impermeabilização. A geometria das
juntas, muitas vezes com endentados, com ou sem meias-canas, permite, se for
necessário, proceder a injeções suplementares de produtos suficientemente
impermeabilizantes. Também há que se dizer que a calda auto-endurecida com
que se enche a vala depois da colocação dos painéis é por si só um produto
impermeabilizante, que envolve toda a parede – Ver figura 1;
33
Possibilidade de incorporar a parede, com todo o rigor, todos os dispositivos que
sirvam a arquitetura da construção;
Possibilidade de, com todo o rigor, trazer já, convenientemente terminadas, as
cabeças e placas de apoio de eventuais ancoragens a serem executadas;
Facilidade em serem decoradas com relevos, desenhos ou figuras que quebrem a
monotonia das superfícies lisas.
As desvantagens são que necessitam de transportes muito dispendiosos e de
equipamentos de descarga possantes. Além disso, existem limitações com relação ao
comprimento das placas pré-moldadas. Então, quando a altura de escavação for muito
grande, pode-se executar a parede diafragma mista, onde o trecho inferior é moldado no
terreno e o trecho superior pré-moldado, para assim proporcionar as vantagens de melhor
aparência e acabamento, como se pode ver na figura 1.
7 Sistemas de perfuração
Existem basicamente dois tipos de equipamentos que executam a escavação das
valas das paredes moldadas. Um deles utiliza a técnica de escavação por circulação
inversa, e outro a técnica de baldes de maxilas suspensos ou guiados.
7.1 Escavação por circulação inversa
A técnica de abertura de valas por circulação inversa é realizada com a utilização
de um trépano, ou de uma broca rotativa, ou de um aparelho misto, os quais provocam o
desmonte do terreno. Já a remoção dos produtos da escavação é feita por um sistema de
circulação forçada. Uma vez removidos todos os produtos da escavação, parte-se para à
separação entre a calda e os produtos da escavação, seguida de sua posterior
reutilização.
O trépano, geralmente circular, trabalha suspenso de dois cabos, executando um
desmonte por percussão. Ele é ligado a uma haste tubular integrada nos sistema de
circulação forçada. Já a broca executa o desmonte do solo por rotação, podendo a
ferramenta variar desde um conjunto simples de dentes e pás, para terrenos brandos, até
34
sistemas complexos de roletes de dentes duríssimos que podem perfurar camadas
rochosas. O sistema de broca rotativa é mais eficiente e mais rápido que o trépano, no
entanto, tem maiores dificuldades de concretização e manutenção, já que exige mesas
rotativas e juntas móveis perfeitamente estanques. Existem também os sistemas mistos,
que incluem percussão e rotação, usufruindo parcialmente das vantagens e
desvantagens dos dois sistemas.
Através do sistema de circulação forçada, os produtos da escavação são retirados
da vala por uma corrente forçada, após o seu desmonte. E há sempre um aparelho de
corte ligado a extremidade da barra tubular, por onde entra o fluido de perfuração e
também saem este mesmo fluido somado aos produtos da escavação, como é o caso da
circulação inversa. Já na circulação direta, o fluido mais os produtos da escavação saem
por outro campo, que não o da barra tubular de entrada do fluido de perfuração. O critério
de escolha de um método de circulação forçada direta ou inversa é fundamentalmente a
comparação das velocidades de escoamento do fluido no interior da barra tubular e no
exterior desta. Os métodos que provocam a circulação forçada são fundamentalmente
dois, tais quais:
O emulsor de ar comprimido (conhecido como “air-lift” );
Por bombeamento.
No primeiro caso, provoca-se a injeção de ar comprimido junto a
boca inferior da barra tubular. Esta injeção emulsiona a calda bentonitica contida na
coluna, baixando a sua densidade. O desequilíbrio entre as pressões da calda leve no
interior da coluna, e a calda pesada no exterior provoca uma corrente de circulação. Este
sistema só proporciona bom resultado a partir de uma certa profundidade, quando a
diferença de densidade origina uma força ascensional de certo valor, como ilustra na
figura 17. Para profundidades não excessivas, o bombeamento, que é visto na figura 18,
gera melhores rendimentos. A partir deste ponto, as perdas de carga do circuito começam
a exigirem grandes potências para as bombas. Tem como inconvenientes a necessidade
de um sistema complexo ( bomba de vácuo e depósitos auxiliares) e a dificuldade de
manter a estanqueidade do circuito hidráulico. A resolução destes produtos está,
entretanto, bastante avançada, a ponto de o bombeamento ser atualmente, o sistema
mais utilizado.
35
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 17
36
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 18
37
A separação da calda e dos produtos da escavação se dá pelos sistemas
mecânicos denominados crivos e desarenadores de ciclone, como se vê nas figuras 19,
20 e 21 para que possa realizar a separação da calda e dos produtos da escavação.
Estes sistemas são complementados por tanques de decantação onde a calda sofre uma
limpeza adicional.
38
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 19
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Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 20
40
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário
em Lisboa
Figura 21
7.2 Escavação com Baldes de Maxilas
E o equipamento mais utilizado, composto de uma só ferramenta para desmonte e
remoção do terreno escavado das valas das paredes moldada. Existem diversos modelos
e tipos de baldes de maxilas, diferindo quanto ao sistema de manobra, a forma
geométrica das maxilas e ao sistema de guiamento do balde de maxilas.
41
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário
em Lisboa.
Figura 22
7.3 Sistemas de Manobras
7.3.1 Manobra por meio de cabos
Este sistema exige que a maquina de suspensão seja provida de dois cabos
independentes. Um para suspender o balde e outro para comando das maxilas. Estes
equipamentos são pesados, porém as máquinas têm a capacidade suficiente para
suspender tais cargas pelos cabos, através de dois guinchos. Estes baldes têm a
vantagem da sua robustez, sendo um equipamento forte e resistente para escavar, com
pouca possibilidade de avaria. Além disso, serve para demolir e transportar o material
escavado para fora da vala. A desvantagem surge por ter a calda bentonitica uma certa
quantidade de areia em suspensão, que atua como material abrasivo que desgasta os
cabos e os sistemas de roldanas e articulações correspondentes, provocando avarias.
42
7.3.2 Manobra por meio de baldes hidráulicos
São baldes, através dos quais a manobra das maxilas é efetuada por meio de
macacos hidráulicos, acionados por uma bomba, comandada do exterior. Exige-se
apenas um cabo para suspensão do balde, reduzindo-se, portanto, as avarias
ocasionadas pela erosão da areia. No entanto, é menos robusta que o balde suspenso
por dois cabos. Apresenta uma desvantagem,que é surgimento de problemas
relacionados com a alimentação de óleo aos macacos hidráulicos.
7.3.3 Manobra por meio de baldes eletro-hidráulico
São baldes com sistemas de manobras mais complexos, possuindo-o no próprio
corpo da bomba hidráulica. São muito mais sensíveis na manobra do que os sistemas
anteriores. Podem ser dotadas de placas laterais que, movidas por macacos hidráulicos,
se apóiam nas paredes da vala, facilitando o guiamento e permitindo bloquear o balde
durante o fecho das maxilas.
7.4 Sistema de Guiamento
Todas as paredes da vala devem estar com o prumo perfeito, para boa execução
da parede-moldada. Se o balde de maxilas não for dotado de um sistema de guiamento,
terá tendência para procurar os caminhos mais fáceis.
7.4.1 Guiamento geométrico
É o tipo de guiamento em que o balde de maxilas se guia a si próprio ou é guiado
pela parte da vala já aberta. Significa que os baldes são livres.
7.4.2 Guiamento por barra rígida :
É o sistema em que o balde é guiado por uma barra
de nome Kelly, de grande rigidez, que trabalha no guiamento ligado a maquina de
suspensão. A manobra neste sistema é muito mais fácil do que no dos baldes
43
livres – Guiamento geométrico-, porém as deformações do Kelly e deslocamentos
da própria máquina de suspensão não evitam os desvios, particularmente em
valas profundas.
7.4.3 Guiamento por peças pré-posicionadas
É o sistema que faz o guiamento do balde de maxilas através de estacas de
concreto previamente executadas ou perfis metálicos cravados, os quais serão
incorporados na parede. Este sistema depende de uma correta implantação dos
elementos de guiamento, permitindo obter vantagens interessantes, incluindo a
construção de paredes inclinadas.
7.4.4 Outros
Existem outros sistemas como o tipo retro-escavadeira, escavadora frontal com
mastro-guia, cadeia de baldes, serra circular, e outros mais.
7.4.5 Considerações finais
Os rendimentos de perfuração dos vários tipos de equipamentos de perfuração
variam muito com a constituição do terreno. Em solos argilosos brandos ou areias, o
rendimento horário pode ultrapassar os 10 m² de parede por hora e é com estes valores
que podem ser determinados o prazo de uma obra, já que as operações de enchimento
com lama ou concretagem de cada painel são operações que, mais rápidas, não
pertencem, normalmente, a linha crítica do programa. Porém, os sistemas de baldes de
maxilas dão melhores rendimentos e conduzem a menores custos na execução de valas
não muito profundas e em terrenos fáceis. Já a circulação inversa toma a vantagem em
escavações a grandes profundidades e em terrenos difíceis, com intercalações rochosas
ou muito compactas. Os sistemas de circulação inversa permitem maior liberdade na
fixação do comprimento das valas.
Também, é importante lembrar que os dois sistemas fundamentais, circulação
inversa ou baldes de maxilas – guiados (Kelly) ou suspensos por cabos – operados por
gruas sobre lagartas, refere-se que as máquinas de circulação inversa são máquinas que
44
se deslocam sobre carris, como se vê na figura 44, paralelamente a parede moldada a
construir; A execução com recurso a baldes guiados – Kelly-( ilustrado na figura 23) ou
baldes pesados suspensos, necessita de plataformas de trabalho que permitam o
movimento e o posicionamento da grua.
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em
Lisboa
A 1ª figura, de cima para baixo, se refere à balde guiado – Kelly
Figura 23
45
8 Fases construtivas das paredes diafragmas
8.1 Seqüência construtiva
1ª) Trabalhos preliminares
É possível esquematizar a seqüência das fases de execução duma parede
moldada, mesmo que pormenores sejam diferentes de caso para caso, de acordo com as
condições particulares de cada obra.
Primeiro define-se em planta a localização da parede moldada e depois se
procura detectar todas as interferências na obra, assinalando-se as possíveis
canalizações existentes, condutores e cabos elétricos que atravessam o perímetro da
parede diafragma, e providenciar para que fiquem fora de serviço e sejam desviadas ou
desmontadas. Deve-se fazer o reconhecimento de todos os obstáculos na zona de
escavação da parede, especialmente no que diz respeito a fundações antigas ou
materiais constituintes de aterros. Então, detectado o obstáculo deve-se proceder com a
demolição destes, recorrendo eventualmente a uma escavação prévia da obra. Também
é necessário verificar a existência de cabos elétricos aéreos que possam ser tocados
pelas gruas ou equipamentos utilizados na escavação, providenciando o seu respectivo
desvio. Normalmente, a cota necessária em altura deve ser igual ao valor da
profundidade da parede diafragma acrescido de mais alguns metros (2 a 3 metros,
conforme o equipamento).
Independentemente das iniciativas tomadas na fase de concepção do projeto, é
de boa prática vistoriar os eventuais edifícios anexos, conhecer o respectivo tipo de
construção e o seu estado de conservação. E também conveniente averiguar o tipo,
estado de conservação, profundidade e forma das fundações dos edifícios vizinhos. Esta
averiguação pode ser feita através de poços de inspeção.
2ª) Escavação prévia eventual
Após a definição do local, começa-se a executar uma pequena trincheira ao longo
de todo o perímetro da parede diafragma a ser executada, para facilitar a instalação dos
muros-guia, os quais servirão para melhor direcionarem os equipamentos na escavação.
Então, torna-se necessário ficar atento e preparado para encarar problemas de esgoto,
de águas de chuva e outras, preparando a drenagem das águas subterrâneas e de
chuva. Também, deve-se estar atento para as dificuldades que elas criam para a
46
movimentação dos equipamentos. E, a execução desta operação pode originar
problemas na execução dos muros-guia, caso a superfície do terreno escavado se
apresentar depois muito remexida pelo equipamento de escavação.
A cota da escavação prevista deve ser condicionada pelo nível de uma eventual
superfície freática aqüífera. E sempre de boa norma deixar a maior distância possível
entre a cota do fluido e a cota da plataforma de trabalho que vai ser a cota do coroamento
dos muros-guia. Em casos correntes é conveniente que essa distância não seja inferior a
1,00 metro. Quando se trata de aterros pouco consistentes ou de materiais com coesão
reduzida, essa distância terá de ser aumentada para 2 ou 3 metros, ou ainda para mais
se houver escoamento da camada aqüífera.
Nos casos de obras hidráulicas, fundações de pilares ou cortinas de barragens em
rios com leitos permeáveis (areia), e em muitos outros casos em que o nível freático se
apresenta elevado, a escavação prévia não tem sentido e o que há que procurar e
estabelecer plataformas de trabalho a cotas suficientemente altas (2,50 a 3,50 metros a
partir da cota máxima da água), como garantia contra cheias e possibilidades de criar um
diferencial de pressão de bentonita-água, dentro e fora da vala da parede moldada,
suficiente para facilitar a filtração da calda de perfuração e o estabelecimento do “cake”.
Alturas muito reduzidas da plataforma de trabalho em relação ao nível de água,
especialmente quando há percolação, podem levar a acidentes graves como
desmoronamento de toda vala com afundamento do material de escavação e pessoal de
operação.
3ª) Instalação das Muretas-Guia
Para definir o comprimento dos painéis devem-se observar as seguintes
condicionantes:
o A geologia do terreno, as cargas do equipamento perfurante e das fundações dos
edifícios anexos definem a estabilidade da vala escavada;
o O volume máximo do painel a ser escavado e condicionado ao volume de
concreto que se pode colocar em obra. Então, o volume da vala não deverá ser
superior a 3 ou 4 vezes o volume de concreto que é possível colocar na tremonha
do tubo de concretagem;
47
o O peso da armadura, que também condiciona o comprimento do painel, pois o seu
peso é de acordo com a capacidade da grua, tanto no que diz respeito a altura
como em relação a capacidade elevatório e estabilidade no transporte com a
carga suspensa.
Após a escavação das trincheiras ao longo do perímetro da parede diafragma, os
taludes verticais desta escavação são protegidos com pequenos muros de concreto
denominados de muretas-guia. Estas servem para definir o perímetro da obra, e guiar o
equipamento ( “Clam-shell”)na escavação e criar uma espécie de canal para condução
da suspensão bentonitica durante a operação de escavação.
A execução dos painéis deverá ser feita alternadamente, segundo a técnica usual.
Deverá assegurar periodicamente a verticalidade da perfuração. Nos equipamentos de
mastro (Kelly), visto na figura 23, deve-se procurar que o equipamento assente sobre
uma base relativamente firme e que o mastro seja aprumado recorrendo a fio de prumo
ou nível. Nos equipamentos que utilizam baldes pesados suspensos por cabos ou que
utilizam circulação inversa, importa manobrar com os necessários cuidados para
assegurar a verticalidade da perfuração. São, no entanto, permitidos desvios da ordem
de 1% para menos ou para mais, mas os limites exatos devem ser condicionados ao tipo
de obra, existência de paredes interiores suplementares, acabamentos das
superfícies,etc. Durante a escavação é imperioso observar atentamente o nível do fluido
de perfuração e assegurar-se que não há perda através da vala ou no contorno do muro-
guia. Em certas obras, onde a bentonita ou fluido de perfuração pode filtrar-se
rapidamente para camadas mais profundas do solo, baixando rapidamente com o nível
deste fluido, poderá ocasionar um acidente de proporções inusitadas. Então, durante a
execução da escavação deverá proceder-se a observação do terreno escavado,
confrontando-o com o relatório de prospecção geotécnica. Será muito útil a recolha de
amostras que serão conservadas até o final da obra. Sempre que precise proceder a
perfuração de camadas duras, haverá que recorrer ao emprego de trépano. As camadas
duras ou obstáculos (restos de fundações antigas ou anexas) devem, de preferência,
serem demolidas e retiradas quando da execução da escavação prévia ou da construção
dos muros-guia.
Deve-se, tanto lateralmente como em profundidade, não remexer o terreno,
evitando reposições de terras. Caso isso não seja possível evitar, deverá optar-se por
formas de muros guia em formato L, não dispensando uma reposição de terras bem
48
compactada e o recurso, muitas vezes, a materiais mais argilosos de maneira a obter
melhores compactações.
As superfícies pré-moldadas das muretas-guia devem ficar bem desempenadas e
alinhadas, não sendo aceitável diferenças superiores a 3 ou 5 cm. A distância entre os
muros-guia deve corresponder a espessura teórica da parede, acrescida de poucos
centímetros (2 a 3 cm) por banda ou face, para facilitar o trabalho da ferramenta.
A construção destes muros processar-se-á por painéis, procurando-se ainda
manter um nivelamento rigoroso de todo o coroamento. À medida que se vai procedendo
a descofragem, as duas paredes dos muros-guia devem ser escoradas uma contra a
outra a intervalos regulares. Este escoramento é sempre mantido, até a execução de
cada parede moldada.
A altura das muretas-guia deve ser tal que impeça que as flutuações do nível da
calda originada pelas operações de escavação, não provocando nem o seu transbordo e
nem a sua descida para cotas inferiores à da base dos muros. No primeiro caso, causaria
uma perda de calda enquanto que no segundo, as sucessivas flutuações em zona não
protegida da escavação poderiam originar com facilidade desmoronamentos que
acabariam por arrastar a ruína dos próprios muros. Normalmente, a altura da mureta
varia entre 1,00 a 1,50 metro.
4ª)Montagem do sistema de preparação, distribuição e de eventual recuperação da calda:
Inicialmente, devem-se fazer estudos laboratoriais prévios a fim de definir qual a
constituição da calda que deve ser utilizada na escavação da vala. Para isso, não se
pode perder de vista o tipo do terreno onde realizar-se-á a escavação, além da natureza
dos materiais argilosos de empréstimos vizinhos, os quais poderão eventualmente ser
incorporados na própria calda.
Para que as escavações possam ser realizadas em boas condições é necessário
que as lamas desempenhem satisfatoriamente funções, tais como:
o Suportar a escavação;
o Permanecer na escavação sem que se verifiquem perdas sistemáticas
para o interior do solo;
49
o Manter suspenso os detritos da escavação impedindo a sua deposição no
fundo da escavação;
o Permitir uma fácil substituição pelo concreto sem que restem no final
qualquer camada ou bolsada no seu interior;
o Permitir por peneiração, sedimentação ou qualquer outro processo a
separação dos detritos de forma a tornar possível posterior re-utilização;
o Ser facilmente bombeada.
A satisfação conjunta destes requisitos é laboriosa, uma vez que alguns deles são
opostos. Assim, por exemplo, as pressões hidrostáticas, com que se conta para efeitos
estabilizadores da escavação, e a capacidade em manter suspensos os detritos, serão
melhorados à medida que as lamas se tornam mais densas. Porém, para melhor se
processar, quer a sua substituição, quer as operações de bombeamento, convém que
elas sejam as mais fluidas possíveis.
A escolha do tipo de bentonita deve ser feito em função da natureza química da
água do terreno (ou da água de utilização) e das quantidades tixotrópicas respectivas.
Além de estudos feitos preliminarmente para definir a mistura, há que se verificar
periodicamente se os valores obtidos em estaleiro estão dentro das tolerâncias admitidas
para os valores pré-fixados. Esta verificação deve ser feita principalmente quando se quer
re-utilizar as lamas, e também momentos antes do bombeamento do concreto para a
vala, pois uma contaminação forte pode obrigar a substituição do fluido antes da
concretagem. Também, um mesmo cuidado haverá que ser tomado no decurso da
concretagem, pois uma bentonita contaminada dificulta esta concretagem, ou gera
sintomas de concretagem mal executada. Uma bentonita é considerada contaminada
quando, de entre outras perturbações de ordem diversa, se apresentar com elevado teor
de areia, PH alterado, densidade exagerada, baixa viscosidade e decantação rápida (
reduzida tixotropia ). Por estes motivos é de praxe realizar, principalmente nesses ditos
instantes, determinações sistemáticas de diversas grandezas, tais como:
- Densidade;
50
- Viscosidade;
- Resistência do gel;
- PH;
- Percentagem de areia.
As exigências para cada caso serão eventualmente diversas, de acordo
com a particularidade de cada obra, cabendo aos responsáveis a definição dos
limites e valores exigíveis dessas ditas grandezas. Se em algumas obras as
determinações referidas podem ser dispensadas, existem outras em que devem
ser obrigatórias no todo ou em parte.
A freqüência com que se devem ser feitas os controles dessas grandezas a
se efetuar depende ainda do sistema de perfuração utilizado.
No caso do emprego de fluidos ou misturas auto-endurecíveis com base
em cimento, os controles a efetuar serão definidos através dos ensaios
laboratoriais que levaram ao estudo da mistura a aplicar. Este caso ocorre em
paredes de conglomerados plásticos servindo de cortinas de impermeabilização.
Pode-se dizer que o processo construtivo das paredes moldadas é
aplicável a qualquer tipo de solo desde que o equipamento de escavação, e
principalmente, e a natureza da lama de escavação sejam corretamente
escolhidos. Para que se tenha uma idéia da gama de variações da constituição
das lamas face à natureza do terreno, podem-se verificar os exemplos descritos
logo abaixo:
I. Para solos com permeabilidade até 0,1 a 0,01 cm/s é
suficiente adaptar suspensões de bentonita com
concentrações da ordem de 4 a 6%;
51
II. Para solos de permeabilidades superiores pode-se
aumentar a concentração da suspensão até 12%, não
podendo ir além disto;
III. Em casos excepcionais em que, mesmo para esta
concentração, a suspensão não é retida na escavação,
usam-se aditivos destinados a atuar por diversas formas,
tais como:
- Materiais destinados a provocar diretamente a
obstrução dos poros do solo (argilas, siltes ou
mesmo areias);
- Materiais que provocam a floculação da
bentonita(aluminato de potássio, cloreto de
alumínio e cálcio);
- Materiais que por ligação às partículas do solo
vão diminuindo os diâmetros dos poros
(cimento);
- Materiais fibrosos que vão criando redes nos
poros de maiores dimensões, a partir das quais
se torna mais fácil à obstrução (plantas fibrosas e
fibras sintéticas).
Ao definir-se a constituição da lama, é necessário dispor de todo o sistema
de preparação da mistura. Ele é formado fundamentalmente por reservatórios
providos de agitadores mecânicos, misturadores, no interior dos quais são
lançadas as quantidades previamente fixadas de cada material constituinte. Estes
são em seguida, misturados mediante a ação dos agitadores de forma a constituir-
se uma suspensão homogênea, e posteriormente armazenada em tanques. A
capacidade dos tanques deverá ser dimensionada de acordo com o volume de
uma vala elementar, de maneira a poder dispor da quantidade necessária para
perfurar e proceder a uma substituição completa da bentonita. Para evitar que as
52
partículas de argila formem estruturas, o que prejudicaria a bombeamento e o
papel a desempenhar pela suspensão no interior da escavação, mantém-se
ininterruptamente a agitação da mistura até se proceder a bombeamento para a
zona de escavação.
Para manter o nível da calda sempre constante deve-se regular a
alimentação de calda para o interior da escavação em função do ritmo da própria
escavação.
Um outro sistema destinado à recuperação da já utilizada calda na
escavação é habitual ser associado ao de preparação da calda, a fim de
possibilitar a posterior re-utilização da mesma. Trata-se de tanques, onde a calda
já utilizada é recolhida, para então procurar fazer a separação dos detritos
provenientes da escavação. Estes tanques regeneradores devem estar munidos
de crivos, vértices e decantadores que permitam eliminar eficazmente as areias
suspensas. O custo da bentonita é elevado, principalmente nos países onde não
existe esse material, justificando assim a sua re-utilização. A não ser que não
possa se dispor de espaço suficiente para o depósito da lama já utilizada, como
acontece em zonas urbanas com alta densidade demográfica.
53
Transparência do professor Dalmo
Figura 24
54
5ª) Escavação com simultâneo preenchimento com lama bentonitica até a
profundidade de projeto:
Depois de construída as muretas-guia e posto para funcionar o sistema de
alimentação da calda, parte-se para realização da escavação, simultaneamente
ao preenchimento com lama bentonitica. A escavação é feita parceladamente, em
painéis de dimensões calculadas para cada caso em questão. Primeiramente,
pode-se dizer que a altura da parede é dado do problema fornecido ao construtor,
em função da natureza do terreno e a finalidade a que a parede se destina,
podendo atingir profundidades de 45 metros, dependendo dos terrenos. Para o
calculista, com auxílio de uma casa especializada em projetos e execução de
paredes moldadas, definir em projeto o modo de execução das paredes moldadas,
os locais dos furos e as profundidades a se atingir é necessário antes verificar as
informações sobre a geologia local onde será implantada a obra. Deverá, então, a
casa especializada mais o calculista, estabelecer um programa de sondagem.
Será também definido o tipo de montagem que deverá ser contínua, a obter com
sonda rotativa, e, para obras mais importantes, recolhendo amostras intactas que,
em laboratório, servirão para a execução de ensaios com vista a determinação
dos parâmetros indispensáveis ao estabelecimento das bases de cálculo.
Também se fornece ao construtor dado como a largura da parede, que é
fixada em função da finalidade a que se destina. Porém, é preciso estar atento às
dimensões dos equipamentos de escavação disponível, pois, é em função dele
que será dimensionada a espessura da parede. Então, os valores a serem
adotados não são flexíveis uma vez que está amarrada aos equipamentos
comercializados, com valores que vai de 0,60 a 0,80 cm. Também, quanto à
espessura da parede, não se podem adotar valores maiores que 1,5 metros, uma
vez que os equipamentos tornar-se-iam demasiadamente pesados e
conseqüentemente de difícil manobra. Também, não se poderiam adotar valores
inferiores a 50 cm, porque o equipamento necessita de um mínimo de robustez e
de peso. Além disso, e para o caso de se tratar de paredes resistentes, a
colocação das armaduras e as operações de concretagem exigem espessuras
abaixo das quais se torna difícil a realização e elevado o risco de obter um a má
qualidade de execução.
Agora, para completar precisa definir o comprimento da parede. Quanto
maior for o painel, menos juntas serão criadas. A junta é sempre um ponto de
55
potencial fraqueza da parede, particularmente no que diz respeito a
estanqueidade. Também, quanto maior for o seu comprimento, menos juntas
existirão e conseqüentemente menor será o risco de ocorrência de deficiências de
execução. Para se definir o valor do comprimento, há também um outro fator a se
considerar importante. É que, além do efeito estabilizador da escavação gerado
pela ação da lama, o efeito arco pode contribuir para a estabilidade da escavação.
Porém, este efeito diminui à medida que o comprimento do painel aumenta.
Então, não se pode adotar comprimentos superiores a 2,5 metros em casos em
que exista a possibilidade de, por acidente na construção, ocorrer o desabamento
da escavação causando imensos danos a construções vizinhas, como é o caso de
zonas urbanas, onde as construções são muito próximas.
Outro fator importante é a substituição da lama de escavação pela mistura
definitiva. Sempre que se trata de construção de paredes resistentes, deve ter-se
em atenção que a concretagem deve ser feita sem interrupções, o que poderia
faltar material na vala ocasionando acidentes com desabamentos do terreno, e de
tal modo que esteja concluída antes das primeiras camadas terem iniciado a
pega.
Para realização da escavação existem atualmente dois tipos
fundamentais: equipamentos de escavação por circulação e equipamentos de
escavação por baldes.Os do primeiro tipo, começam por provocar a desagregação
dos materiais e a sua mistura com a lama forçando em seguida a circulação da
suspensão que assim serve de veículo de transporte dos produtos de escavação.
Dependendo da forma como se estabelece o movimento de circulação é possível
distinguir ainda dois subtipos de escavação designados por “circulação direta” e
“circulação inversa”. No primeiro caso, a lama é injetada no interior da escavação
e a saída, pela parte superior, é que vai arrastando os produtos de escavação. No
caso da circulação inversa, a lama é lançada dentro da escavação e por sucção é
retirada juntamente com os produtos da escavação.
Podem-se ainda considerar dois outros tipos, quanto ao modo como é
orientado o prosseguimento da escavação, tais como: por “aplainamento” e por
“furação à vara”- Ver Figura 25.
56
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 25
Na técnica de “aplainamento” o equipamento de escavação desloca-se ao longo
de todo comprimento do painel em consecutivos movimentos de vai-vem, em cada um
dos quais se vão escavando sucessivas fatias de pequena espessura, como se vê na
figura 25. Uma vez escavado todo o solo dentro do campo de ação do comprimento do
equipamento, acrescenta-se um a nova vara se repetido as operações. Na técnica de
“furação à vara” a escavação é feita por sucessivas furações de elementos verticais de
altura correspondente ao comprimento duma vara. Quando todo o painel se encontra
escavado para esse comprimento de equipamento acrescenta-se nova vara. Para
qualquer um dos métodos de circulação referidos é habitual montar o equipamento de
escavação sobre carris, o que permite o seu deslocamento de forma precisa e ágil.
Agora, para a realização da escavação pelo processo de “escavação por baldes”
existe hoje uma vasta gama de equipamentos diferindo entre si na geometria dos baldes,
no peso, no sistema de suspensão e de manutenção de verticalidade e ainda tipo de
comando(mecânico, hidráulico e hidroelétrico).
Então, é importante considerar o tipo de solo onde vai ser executada a parede
diafragma, a sua característica e a gama de equipamentos disponíveis, para assim
escolher qual o equipamento mais apropriado para executar a escavação.
57
6ª) Colocação da chapa-junta:
Trata-se de tubos metálicos recuperáveis, de diâmetro igual à espessura da
parede, os quais são colocados nas extremidades dos painéis antes de proceder com a
concretagem. Também existem os tubos-junta perdidos ou destrutíveis, que são
constituídos de poliestireno expandido, por exemplo, os quais passam a fazer parte da
parede diafragma após o termino da concretagem. Os tubos metálicos funcionam como
moldes, criando “juntas secas” entre os painéis do tipo “ macho/fêmea”. A sua posterior
remoção dá forma nas extremidades a superfícies semi-cilíndricas de bom acabamento.
Depois, quando se procede a concretagem do painel vizinho, é essa própria superfície
que passa a funcionar como molde formando-se uma junta de razoável qualidade, não só
pelo acabamento do concreto do painel construído em primeiro lugar, mas também pela
própria geometria do contato entre os dois painéis. A retirada dos tubos-junta deve ser
efetuada no tempo adequado, isto é, não tão cedo que o concreto ainda esteja
demasiado fluido, nem tão tarde permitindo que as reações de pega criem ligações muito
fortes entre o concreto e o tubo, o que torna difícil a sua retirada (deve ser feita logo após
o concreto iniciar o seu processo de pega).
A seqüência de execução dos painéis pode ser: de forma contínua, como pode ser
visto na figura 26, ou alternada, como pode ser visto também na figura 26 e na 27, logo
abaixo. Os de forma contínua são executados uns a seguir aos outros sem que fique
nunca nenhum painel intermediário por realizar. Já a de forma alternada, o trabalho é
conduzido de forma a construir primeiramente uma série de painéis alternados (painéis
primários) e só posteriormente é que a segunda série de painéis intermediários (painéis
secundários) é executada. Como se pode facilmente observar, o primeiro dos dois
métodos de trabalho apontados obriga à utilização de um único tubo-junta por painel. Já o
segundo obriga a utilização de dois tubos para cada painel primário enquanto que os
painéis secundários são realizados sem nenhum.
58
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 26
59
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 27
60
7ª) Colocação da armadura:
As armaduras deverão ser executadas de acordo com as dimensões de cada
painel. Dependendo da profundidade da parede e da capacidade elevatória da grua, a
gaiola da armadura pode ser executada inteira ou por frações, convindo evitar recorrer ao
fracionamento. Quando, especialmente para paredes profundas, houver que recorrer ao
fracionamento da armadura, deve-se prever a suspensão da primeira armadura a partir
das paredes do muro-guia e a soldagem de todos ou alguns dos aços principais ( por
sobreposição) da armadura ainda suspensa na grua. Uma eventual soldagem da
armadura deverá ter em conta o peso total a suportar e o convenientemente alinhamento,
a fim de, quando da descida do conjunto, evitar descentralização ou recobrimento
desigual ou ainda evitar deterioração das paredes de escavação . O recobrimento será
determinado em função do calculo, mas fundamentalmente do tipo de obra, face as
qualidades eventualmente agressivas do solo no que diz respeito a proteção das
armaduras quanto a corrosão. Em regra, o recobrimento mínimo e de 5 cm. A fim de
garantir o recobrimento, as armaduras deverão ser munidas de calços ou roletes de
argamassa de medida apropriada e aramados ao conjunto metálico. O dimensionamento
da armadura terá sempre em conta a capacidade de carga da grua e a operação de
colocação da armadura na vala. Para solidarizar convenientemente a armadura,
aumentando-lhe a rigidez, impõe-se a execução de uma soldagem por pontos em
diversos cruzamentos. Igualmente deverão ser estabelecidas barras de aço diagonais
que exerçam funções de travamento, a fim de evitar a deformação, em losango, do
conjunto. A execução da armadura (como concepção e cálculo ) terá em conta o
espaçamento das barras de aço, de maneira a permitir uma concretagem perfeita.
Igualmente a armadura deverá prever o espaço suficiente para introdução do tubo (ou
tubos ) de concretagem. Tanto na execução, como na concepção, deve-se estar atento a
densidade (concentração) das barras de aço horizontais da armadura ( armadura de
distribuição ), pois é esta que pode mais dificultar a subida do concreto dentro de cada
vala, durante a operação de enchimento. Quando existirem elementos estruturais a ligar
a parede, a armadura deverá já conter os dispositivos que proporcionam a ligação da
armadura a eles.
Logo que for concluída a realização da escavação deve-se proceder à colocação
da respectiva armadura, quando está executando uma parede resistente. A armadura
pronta é suspensa por intermédio duma grua, através da qual é colocada na vertical e
então descida de forma a mergulhar na calda que se encontra preenchendo
completamente o respectivo painel.
61
O reforço desta armadura torna-se necessário, principalmente se as dimensões do
painel são elevadas, a fim de conferir-lhe características que permitam a sua fácil
suspensão e transporte. As dificuldades de manipulação das armaduras, devido ao seu
peso e dimensões,como no caso de painéis de grandes comprimentos, pode-se proceder
com o seu o seccionamento. Quando se recorre a tal processo, a armadura é montada
por troços especialmente construídos para permitirem a pós-colocação a sobreposição
de ferros considerada necessária por cálculo. Na execução das armaduras podem ser
previstos pontos singulares como, por exemplo, os que correspondem ao atravessamento
das ancoragens. Trata-se duma situação muito corrente, uma vez que a técnica das
ancoragens é com muita freqüência utilizada em obras associada à construção de
paredes moldadas. Sempre que tal acontece à armadura da parede é preparada tendo
em atenção esse fato. É assim criado um espaço livre de armadura através do qual
passará posteriormente a ancoragem, ao mesmo tempo em que à sua volta se procede
ao adequado reforço com a armadura de distribuição para fazer face à concentração de
tensões devidas à atuação da ancoragem. O espaço livre por onde passará a ancoragem
é então obturado com materiais facilmente removíveis, tais como contramolde contínuo
de esferovite, a fim de evitar que na concretagem essas zonas sejam preenchidas com
concreto.
Origem do site www.fundesp.com.br
Figura 28
62
Origem site www.fundesp.com.br
Estação Elevatória da Sabesp
-Praia da Enseada, Guarujá-SP
Figura 29
63
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário
em Lisboa
Figura 30
64
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em
Lisboa
Figura 31
65
Origem transparência do professor Dalmo
Figura 32
8ª) Concretagem submersa-Ver figura 32:
A operação de cocretagem vem imediatamente após a colocação das
armaduras e dos tubos-junta. Antes da colocação da armadura e execução da
66
concretagem deve–se averiguar o estado de contaminação da lama bentonitica
(especialmente na zona mais profunda) e providenciar pela sua substituição. Uma
bentonita contaminada dificulta a concretagem e pode originar misturas graves com
material decantado ou inclusões de fluido de perfuração na massa do material
constituinte da parede moldada. Em caso de contaminação, deverá proceder-se a
substituição do fluido de perfuração ou recirculação que permita não só retirar o material
decantado como simplesmente substituir o fluido por outros não contaminados. Antes de
se proceder a concretagem de cada painel, importa ainda sondar cuidadosamente o
fundo da vala, operação esta que se vai repetindo regularmente ao longo do enchimento
com lama bentonitica, sondando a massa ou material de enchimento.O concreto é
lançado no fundo da escavação através de sucessivos tubos de concretagem - conhecido
como “tubo tremonha”- de diâmetro da ordem de grandeza dos 15 a 25 cm e de
comprimento de 1 a 4 metros os quais vão sendo ligados uns aos outros até atingir o
fundo da escavação. Na extremidade superior a coluna termina por uma zona alargada,
que forma um funil, na qual é lançado o concreto que desliza ao longo da coluna. Ao
lançar o concreto no fundo da escavação, dado a sua maior densidade do que a da
“lama”, este faz com que a “lama”seja expulsa, por cima, para fora da vala, indo o
concreto ocupar o seu lugar. O enchimento com concreto processa-se assim de baixo
para cima ao mesmo tempo em que a lama estabilizadora da escavação vai sendo
expulsa do interior do painel. À medida que o concreto sobe, o tubo tremonha, que deve
ter extremidade sempre imersa no concreto, vai também sendo levantado. Contudo, para
facilitar o seu escoamento não é aconselhável criar grande desnível entre a parte inferior
da coluna do tubo, que deve estar imerso no concreto, e a superfície superior do concreto
(ponto de contato entre a lama e o concreto). Por essa razão, a coluna do tubo deve ir
sendo sucessivamente elevada de forma a manter permanentemente um comprimento
mergulhado no concreto da ordem de um a dois metros.
67
Origem: site www.fundesp.com.
Detalhe da concretagem com o tubo tremonha e o funil
Figura 33
68
No decurso da operação de concretagem torna-se imprescindível a comparação
entre as cotas do material de enchimento reais e as teóricas, ao longo de vários pontos
de concretagem da vala, e de acordo com os volumes de concreto descarregados na
tremonha, de maneira a tentar detectar inclusões de areias, de fluidos de perfuração, ou
de partes das paredes da vala que eventualmente desabem durante a operação, e assim
passaram a fazer parte da massa formadora da parede diafragma. Como também pode
ter ocorrido uma concretagem com concreto pouco fluido, de concretagem difícil, ou outra
causa mais. Caso ocorram desabamentos ou inclusões, o enchimento poderá ter que ser
interrompido e tomado as providencias necessárias. O concreto ou mistura de
enchimento deve ser cuidadosamente estudado e cada massada convenientemente
controlada.
Todo o concreto deve ser colocado antes de iniciada as reações de pega, para
que assim se crie uma monoliticidade no painel concretado. Este, portanto, é um
condicionamento que pode ter influência bem marcada na fixação do comprimento
máximo dos painéis. Também, se existirem tubos-junta, estes devem ser puxados a
intervalos regulares, de maneira a assegurar a sua presa e estabilidade da superfície já
moldada pelos tubos.
No caso de concretagem de paredes moldadas resistentes, com armação com
grande concentração de aço localizada em certos pontos, criam-se dificuldades de
escoamento do concreto o que pode provocar incompleta substituição das lamas,
exatamente nesses pontos críticos. Então, é preciso fazer a escolha de um concreto que
tenha características de consistência que permita uma fácil substituição da lama de
escavação por ele. O concreto usado deve ter um consumo de cimento de 400 Kg/m3 ,
sendo confeccionado com brita 1 e “slump” variando entre 18 e 22, conforme
especificado na NBR-6122. Então, deve procurar-se uma fluidez suficiente para
assegurar uma colocação em obra de acordo com as boas técnicas do concreto
submerso. O concreto ou mistura deverá ainda obedecer aos diversos requisitos de
resistência, impermeabilidade, deformabilidade, etc., para que a obra foi concebida.
Existe também um outro fator que condiciona no valor do comprimento dos
painéis. É que o comprimento não deve ultrapassar aos 3 ou 4 metros para uma
concretagem com apenas um tubo tremonha, senão provocaria a segregação do
concreto. Havendo interesse em se adotar maiores dimensões de painéis, pode-se evitar
esse problema utilizando mais de uma coluna de tubo tremonha ao longo de cada painel,
convenientemente espaçadas. Então, ao recorrer a este procedimento a concretagem
69
deve ser conduzida de forma a que em cada instante o nível de concreto dentro do painel
se mantenha o mais uniforme possível, o que equivale a dizer que a quantidade de
concreto a se descarregar em cada coluna deve ser aproximadamente igual em todas
elas.
9ª) Tratamento de juntas:
Sempre que se empreguem tubos junta, a execução de cada painel deve obrigar a
uma determinada escarificacão da superfície da junta a partir dos dentes do balde de
escavação. Quando, por razões imperiosas for necessário garantir uma certa ou absoluta
estanqueidade, deve-se recorrer a outros processos no desenho ou constituição da junta.
Eventualmente em casos especiais, haverá que recorrer ao emprego de furação e
injeções ( na zona da junta ou exteriores a mesma ) de produtos impermeabilizantes
diversos. Em casos de conglomerados plásticos, não existirão juntas propriamente ditas,
devendo assegurar-se eficazmente a ligação entre os diversos painéis a partir das
qualidades aglutinantes deste tipo de misturas.
Nas páginas a seguirem ilustram algumas fases executivas da parede diafragma,
tiradas do site: www.fundesp.com.br, como pode-se ver adiante:
70
- Foto em 06/11/02 - Início dos serviços de parede diafragma, pelo fundo da obra.
71
- Foto em 20/11/02 - Fechando a parede diafragma, no trecho dos fundos da obra.
72
Foto em 16/01/03 - Parede diafragma, e barretes concluídos. Preparando viga de coroamento.
73
- Foto em 23/01/03 - Iniciando escavação para execução da 1a. linha de tirantes.
74
- Foto em 31/01/03 - 1a.Fase de escavação, para execução da 1a.linha de tirantes.
75
Origem : site www.fundesp.com.br
Fases Construtivas da parede diafragma Pré-moldada:
A colocação de uma placa pré-moldada pode seguir a seguinte seqüência:
I. Inicia-se com a escavação com lama bentonitica;
II. Instala-se a placa pré-moldada fixada convenientemente a mureta-
guia;
76
III. Substitui-se a lama bentonítica pelo “coulis” aplicando-o, por um canal
deixado por entre a parede na sua confecção, de baixo para cima;
IV. Finalmente, lança-se a argamassa ou concreto da mesma forma que o
“coulis”.
77
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 35
8.2 Considerações finais
As fases construtivas podem ser alteradas ou até eliminadas, como no caso da
execução de parede diafragma com placa pré-moldada, que elimina as operações de
concretagem e altera alguns aspectos particulares como, por exemplo,os que dizem
respeito às juntas. Também, no caso da execução de uma parede fundamentalmente
impermeável, em relação ao qual não se põem questões de resistência, tem vindo a ser
utilizado uma técnica segundo a qual a própria lama de furação é simultaneamente o
material final de constituição da parede. Isso se consegue através da mistura, em
dosagem conveniente, de cimento à suspensão bentonitica, obtendo-se assim um
material que satisfaz os requisitos necessários à fase de furação e que, uma vez
terminada, portanto em situação de repouso, acaba por adquirir uma certa resistência
mecânica graças às reações de pega do cimento. Ao se fazer referência a processos de
boa pratica na execução de parede diafragma, deve-se cumprir um certo numero de
regras básicas, que não podem ser aplicada sem critério, a todos os tipos de obra. Cada
caso é um caso, e tem as sua respectiva particularidade, devendo sempre seguir a
seqüência lógica das regras básicas, eliminando por exclusão as que não se aplicam à
obra em questão.
Existem também, diversas técnicas mais ou menos evoluídas para executar
algumas tarefas, como ocorre no caso da execução de juntas entre painéis.
78
9 Cuidados primordiais a serem tomadas no enchimento dos painéis de paredes
diafragma ou estacas barrete
Ao executar paredes moldadas no solo com concreto armado, utilizando-se
concretos fluidos colocados por técnicas aplicadas a concretagens submersas, que se faz
com o uso de tubo e funil, chamado de tubo tremonha, devem-se tomar os seguintes
cuidados, para se obter um bom resultado:
I. Estudar convenientemente a granulometria, a dosagem e a fluidez
necessária ao concreto;
II. Controlar as propriedades do fluido de perfuração através de suas
características como sua densidade, viscosidade e teor de areia, antes da
sua utilização, e também durante o processo de escavação e
concretagem;
III. Verificar o volume de material decantado no fundo da vala escavada,
quando o painel esteve em repouso e tomar medidas de limpeza deste
fundo, ou mesmo substituição de parte da “lama” bentonítica, se
necessário;
IV. Controle eficaz das cotas de níveis de concreto e do topo inferior do tubo
durante o enchimento, bem como a comparação volumétrica com as
quantidades introduzidas para verificar se não está ocorrendo perdas
consideráveis do fluido de perfuração;
V. Controle da bentonita para verificar a contaminação por cimento;
VI. Controle do tempo de bombeamento do fluido de perfuração, que
condiciona o tempo de produção de concreto na obra, assim como o seu
volume ou dimensões de cada painel da parede diafragma;
VII. Evitar grandes concentrações de armaduras, pois são obstáculos a subida
do concreto. Ao se fazer a concretagem submersa, cria-se uma zona de
79
contato entre o concreto e a lama bentonítica. Se nesta zona existir uma
armadura densa poderão ocorrer dificuldades de concretagem ( o concreto
não consegue sair vencendo as resistências, mesmo ao subir o funil com a
intenção de aumentar o peso da coluna fluida) ou misturas de concreto a
bentonita, o que origina defeitos graves na parede.
10 Cuidados tomados para zelar com a estabilidade das paredes escavadas
I. É primordial executar um aterro com qualidade e compactação próprias para
plataforma de trabalho; caso seja necessário executar este aterro prévio;
II. Manter o nível da lama dentro da escavação acima do lençol freático, por
cerca de 1,5 metros, para garantir a estabilidade das paredes da vala. Só
assim, o diferencial de pressão hidrostática entre a cota superior da vala (dos
muros-guia) e a da água subterrânea reinante ou percolante, garante o
estabelecimento e manutenção do “cake”;
III. Uma boa execução dos muros-guia. A grande maioria dos acidentes ocorre
logo abaixo do muro-guia, especialmente por excesso de escavação ou
deficiente execução destas guias;
IV. Boa inspeção das características dos aterros, com um conhecimento o mais
complexo possível, das suas características, construções antigas não
aparentes, cavernas e canalizações ocas. Neste aspecto, há que notar que
uma perda repentina do fluido de escavação pode originar acidentes muito
graves, como desabamentos que podem arrastar pessoal e material operante;
V. Deve-se tomar todos os cuidados para que não falte a “lama” bentonitica na
vala escavada, para assim se manter a estabilidade das paredes da mesma.
80
11 Medidas importantes a serem tomadas pelos projetistas para zelar com a estabilidade
das obras vizinhas à zona a se construir
A fim de evitar ou reduzir ao mínimo os distúrbios gerados em construções
vizinhas, sobretudo em edifícios de idade avançada ou constituição precária, pelas
movimentações do terreno na construção de uma contenção de solos com parede
diafragma, recorre-se a um dimensionamento conveniente desta parede, a uma
arquitetura de contenção convenientemente elaborada, à planificação em obra das fases
e processos de execução dos painéis e suas dimensões e ainda ao controle das
deformações da parede. Torna-se igualmente imperioso estudar as variações dos níveis
de água exteriores, a fim de procurar ter em conta os processos da dinâmica de
assentamentos ou deformações de caráter diferencial que provocam distúrbios que
começam por simples fissurações e podem terminar em ruína das obras vizinhas. Então,
para evitar distúrbios em obras vizinhas a zona de utilização do método de parede
diafragma toma-se as seguintes precauções, tais como:
I. Deve-se obter os principais parâmetros necessários ao cálculo através de
sondagens no perímetro e no interior da área a ser escavada, além das
áreas exteriores de onde suspeitar de variações dignas de registro;
II. Inspeção das fundações dos edifícios anexos, sua geometria ou sistema
utilizado, profundidade, materiais constituintes e estado de conservação; É
importante elaborar uma planta das obras anexas, suas estrutura, e
materiais constituintes ou revestimentos. A existência de projetos destas
obras poupará trabalho de investigação;
III. Levantamento topográfico rigoroso da zona, com indicação de eventuais
galerias ou dutos;
IV. Estudo das deformações admissíveis nas obras vizinhas, face às suas
características e estado de conservação e face, naturalmente, às várias
fases de construção da nova obra.
81
12 Vantagens e desvantagens inerentes ao método construtivo de parede diafragma:
12.1 Vantagens:
o É um método totalmente aconselhado na realização de escavações e
concretagens em zonas urbanas com grandes conglomerados de construções,
por não desconfinar o terreno adjacente, provocando o mínimo de descompressão
e de deformação do terreno vizinho, o que implicam em assentamentos verticais e
movimentações horizontais. Graças a essa possibilidade de compartimentalização
do terreno possibilita o confinamento de terrenos entre paredes resistentes e a
subseqüente escavação ao abrigo dessas paredes, sem que as edificações
vizinhas sejam muito danificadas. Então, a parede diafragma é uma contenção de
terreno que reduz os distúrbios em obras vizinhas, mas há que controlá-los;
o Grande preferência desse método para obras urbanas devido ao nível de vibração
e de ruídos resultantes da sua construção serem muito modestos do que quando
se recorre a alguns métodos alternativos possíveis, como no caso das cravações
de estacas pranchas metálicas;
o Desde de que se proceda com um cuidadoso estudo da composição da “lama”
estabilizadora do terreno, do tipo de equipamento a ser utilizado e da geometria
do painel, a realização dessa técnica é possível em quase todo tipo de solo, e
sem a necessidade de rebaixamento do lençol freático;
o Grande maleabilidade na programação das obras uma vez que é através de
painéis isolados que é feita a sua execução;
o Boa capacidade em suportar, ao mesmo tempo, a solicitações das mais diversas
(como abalos sísmicos) com pressões laterais e cargas verticais, além de poder
serem incorporadas à estrutura em construção e de também funcionar como
cortina de impermeabilização;
82
o Permite-se nas escavações, sem problemas maiores, atingir a elevadas
profundidades;
o Se adotados certos cuidados de execução, o acabamento final obtido pode
dispensar qualquer tratamento posterior;
o Possibilitar através da “lama” bentonitica, a fácil remoção dos materiais escavados
da vala e a sua posterior concretagem;
o Permitir através da “lama” bentonitica uma escavação rápida e eficiente do terreno
sem o auxílio de revestimentos ou escoramentos;
o Possibilidade de ser executada em quase todos os tipos de terrenos, contendo um
grande diferencial sobre os outros métodos de contenções de taludes que é
poder ser executado, normalmente, em terrenos soltos (areias e saibros), lodosos
ou com argilas brandas e com grandes qualidades na execução e controle. Pois,
técnicas correntes, com a utilização de bombeamentos com rebaixamento do
lençol freático, podem originar erosões internas dos terrenos ou adensamentos e
os conseqüentes danos às obras vizinhas.
12.2 Desvantagens:
o Não é possível de ser executada em terrenos com cascalhos soltos, onde não dá
para manter taludes verticais e a “lama” bentonitica escapa por entre as pedras, o
que impossibilita a formação do “cake”;
o A presença de matacões no terreno pode inviabilizar a utilização desse método
construtivo;
o Nem sempre, as contenções de parede diafragma têm evitado recalques
pronunciados dos terrenos vizinhos- ver figura 36-, embora, na maioria dos casos
os minimize muito mais do que quando comparado a outros métodos de
contenções de taludes. Esses recalques ocorrem em função do desconfinamento
dos solos seguidos de descompressão gerando assentamentos verticais e
83
movimentações horizontais e também, provenientes de alterações no nível
aqüífero, as quais geram inchamentos ou adensamentos do terreno. Também,
geram nas obras vizinhas um novo arranjo tri-axial de tensões nos terrenos, com
redução das suas capacidades portantes, o que provoca fissurações dessas obras
vizinhas, que podem terminar em ruína;
o Caso falte, por algum motivo e durante apenas um instante, o fluido de
perfuração, que é a “lama” bentonitica, utilizado para estabilizar a vala escavada
com o seu preenchimento, pode ocasionar desastres como o desbarrancamento
de terrenos adjacentes puxando tudo a sua volta como trabalhadores,
equipamentos e outros elementos mais que se achem ao redor do sistema;
o O dimensionamento das paredes moldadas passa pela necessidade de um
conhecimento profundo das características das construções vizinhas como das
suas estruturas, fundações, deformabilidade, tipo de revestimentos, etc.
Origem: Livro Tecnologia, Gerenciamento e Qualidade na Construção, de Ercio
Thomaz, editora PINI
FIGURA 36
84
Origem da transparência do professor Dalmo
Figura 37
85
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 38
86
13 Paredes moldadas em barragens – Quiminha (Angola)
13.1 Introdução
Foram construídas obras de barragens com a utilização de paredes diafragma
impermeabilizante. Isso foi feito para regularização dos caudais do rio Bengo, suprindo o
abastecimento de água da cidade de Luanda e amortecendo as pontas de cheia, o que
protege contra inundações as zonas cultiváveis e permite a recuperação das áreas
alagadiças. Previa-se também a possibilidade de produção de energia elétrica, com a
instalação, no futuro, de uma central hidro-elétrica.
A barragem da Quiminha é uma barragem em terra, situada a cerca de 80Km de
Luanda, com cerca de 40 metros de altura, encontrando-se o coroamento da barragem à
cota 56,00. A esta cota o coroamento tem um comprimento de 275 metros e 10 metros de
largura.
O lago de barragem formado tem a capacidade de 1.400 milhões de m3 de água,
na superfície de uma área inundada de 11.200 ha.
O projeto da barragem foi elaborado pela "Société d'Études d'Entreprises", com a
colaboração da MECASOL. A construção esteve a cargo da firma Mota e Ca.Ltda., tendo
os trabalhos da parede moldada e impermeabilização dos órgãos da barragem sida
executados por Sondagens Rodio. Os trabalhos de prospecção geológica foram
orientados pelo Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), que atuou ainda como
consultor para o projeto, construção e observação da barragem.
13.2 Características geológicas do local da barragem
87
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 40
No local da barragem, o rio Bengo corre sobre um leito de aluviões, os quais
preenchem uma garganta entulhada nas formações calcárias. Estes aluviões
correspondem a materiais transportados em período de cheia do rio, entre os quais se
intercalam a aluviões provenientes dos flancos da garganta. A natureza destes dois
88
materiais é assim totalmente diferente, pois a erosão local na rocha calcária produziu um
material argilo-siltoso totalmente isento de sílica.
Estudos elaborados no laboratório de Luanda provaram o processo de
decomposição do calcário em materiais argilosos bentoniticos, constituídos por grande
quantidade de minerais da família dos montmorilonítes calcites.
Na zona aluvionar, com profundidades máximas da ordem dos 40 metros, as
sondagens de reconhecimento mostraram uma sucessão de formações arenosas,
lodosas e argilosas, podendo distinguir-se três camadas, de espessuras muito variáveis
(ver fig. logo abaixo ):
89
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 41
- uma camada superficial areno-argilosa.
90
- uma camada subjacente, constituída por argilas cinzento-esverdeadas e
cinzento escuras, micáceas e por vezes siltosas; estas argilas provenientes da
decomposição das formações calcáreas, encontravam-se em todos os estados de
transformação.
- uma camada profunda arenosa, de granulometria muito variável com
profundidade, indo desde a areia muito fina, até atingir dimensões de burgau
( cascalho ou pedra miúda que geralmente vem misturada com a areia grossa ) nas
zonas mais fundas.
As camadas superficiais apresentam uma permeabilidade muito baixa, enquanto
as areias, nitidamente dominante, são bastante permeáveis, variando essa
permeabilidade entre 1 x 10-² e 1 x 10-³ cm/s, nas camadas mais elevadas, e 2 x 10-1
cm/s nas camadas mais profundas.
A camada argilosa, que junto á margem direita chega a atingir espessuras de 20
metros, apresentava índices de plasticidade de cerca de 16% e um limite de liquidez
médio de 39%.
A heterogeneidade de espessuras levou a prever elevado assentamentos
diferenciais, ao longo do eixo da obra.
13.3 Estanqueidade da camada aluvionar
O projeto da barragem foi fortemente condicionado pelas características da
camada aluvionar, principalmente de acordo com os seguintes aspectos:
a grande permeabilidade das camadas arenosas;
a grande plasticidade e elevada deformabilidade das bolsas argilosas,
ocasionando grandes assentamentos.
A fim de suportar sem fissuras as deformações locais devido aos assentamentos
elaboraram-se as especificações do projeto supondo uma parede diafragma constituída
de concreto plástico, podendo ter módulo de deformação superior ao do terreno
envolvente.
91
Analisando sobre as diversas hipóteses possíveis, definiu-se por uma cortina do
tipo parede diafragma moldada com espessura de 0,80 metros, executada com uma
mistura da argila e cimento de baixa permeabilidade e alta deformabilidade.
4- CARACTERÍSTICAS DA PAREDE DIAFRÁGMA
A parede moldada estende-se a toda profundidade e a toda a largura da zona
aluvionar, que no local do eixo da barragem tem cerca de 170 metros, sendo encastrada
inferiormente na rocha sub-aluvionar.
O material constituinte da parede deveria obedecer às seguintes condições :
permeabilidade máxima : 10-6 cm/seg;
plasticidade suficiente para poder suportar, sem fissuração, as deformações locais
devidas a assentamentos, a que corresponde um módulo de deformabilidade
E=200 a 500 Kg/cm2;
dosagem de cimento igual a 80 Kg/m3.
Dado que as características exigidas eram essencialmente a estanqueidade e a
plasticidade, foi proposta uma mistura em conglomerado plástico ternário, com módulo de
elasticidade correspondente às deformações previstas para o solo "in situ".
De estudos levados a efeito para o cálculo dos assentamentos, concluiu-se
serem de prever assentamentos máximos, junto à margem direita, da ordem de grandeza
de 1,70 metros.
13.4 Estudos preliminar dos materiais constituintes da parede
92
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 42
Examinaram-se diversas qualidades de solos argilosos recolhidos na zona do
estaleiro e nos arredores, bem como ao longo das principais estradas de acesso ao
93
estaleiro, para, então, fazer um a escolha dos materiais a utilizar na constituição da
parede moldada da Quiminha.
Assim, os materiais colhidos e examinados por Sondagens Rodio, foram
designados pelas letras A1 a A16. Foram ainda examinadas as amostras C1 (calcário),
S1 (areia) e G1 (burgau). Os locais de colheita das amostras estão indicados na planta da
fig.42
As amostras mais representativas foram postas em suspensão em água, e depois
conservadas em recipientes de plásticos e em provetas de vidro.
Com as amostras A8, A10 e A16 foram postas em suspensão em água, e depois
conservadas em recipientes de plástico e em provetas de vidro.
Com as amostras A8, A10 e A16 foram feitos ensaios de decantação mais
completos.
Foram ainda anotados algumas particularidades, tal como o ph no estado
natural e a reação com ácido clorídrico.
Com os materiais mais significativos, prepararam-se diversas misturas
primárias (argila + água), secundárias (argila + água + cimento), terciárias ( argila + água
+ cimento + areia).
Tomou-se nota das densidades obtidas, consistência aparente e viscosidade pela
maior ou menor facilidade na passagem através de um funil.
Todos os materiais argilosos recolhidos permitiram confeccionar misturas de
elementos finos, semelhantes às misturas utilizadas freqüentemente nas barragens
brasileiras com paredes plásticas.
As argilas locais revelaram tais qualidades que justificava a concentração de
estudos sobre estes materiais.
A partir destes ensaios e análises sumárias, foi então possível selecionar alguns
tipos de solos argilosos, para serem enviados ao Laboratório de Engenharia de Angola
(LEA), onde se executaram ensaios mais completos, para uma escolha definitiva dos
materiais a utilizar tanto para o fluido de perfuração, como para a constituição da parede.
94
13.5 Ensaios no laboratório de engenharia de angola
Sondagens Rodio enviou ao Laboratório de Engenharia da Angola amostras de
solo argiloso, designadas com os números A10 e posteriormente as amostras A6, A7 E
A8.
A primeira amostra (A10) foi estudada pormenorizadamente, incluindo os estudos
mineralógicos, análise termogravimétrica, análise témico-diferencial, e análise
granulométrica; além dos ensaios triaxiais aos 7, 14 e 28 dias, efetuados em provetas de
solo-cimento, com dosagens de cimento de 80, 120 e 160 Kg/m3.
A segunda amostra ( A6, A7 e A8 misturadas em partes iguais) foi objeto apenas
dos ensaios triaxiais, em provetas com as mesmas dosagens de cimento utilizadas com a
amostra anterior.
13.6 Escolha da composição da mistura a empregar
A mistura constituinte da parede diafragma foi definida a partir dos resultados
fornecidos pelos ensaios feitos pelo Laboratório de Engenharia da Angola, e atendendo
ao projeto de execução no que diz respeito às solicitações a que deveria estar sujeita a
parede, e às características dos aluviões.
13.6.1 As análises laboratoriais mostram que a amostra A10 era constituída por cerca de
40% de materais argilosos, donde resulta um limite de liquidez de 39%. Já das amostras
A6,A7, A8 constitui uma mistura com cerca de 90% de materiais argilosos, 1/3 com limite
de liquidez da ordem dos 36%, outro terço 61% e outro 70%.
13.6.2 Relativamente aos ensaios triaxiais constatou-se que as provetas obtidas com A10
se caracterizavam pelos os seguintes valores:
- aos 7 dias:
coesão c: 0,250 a 0,950 Kg/cm2
ângulo de atrito y: 11º 30' a 14º 30'
95
-aos 28 dias:
coesão c: 1,250 a 2,450 Kg/cm2
ângulo de atrito y: 14º 45' a 25º 40'
As provetas obtidas com A6, A7 e A8 deram os valores seguintes:
- aos 7 dias:
c: 0,675 a 1,700 Kg/cm2
y:5º 10' a 17º 45'
-aos 28 dias:
c: 1,250 a 3.450 Kg/cm2
y:4º 20' a 12º 10'
13.6.3 Destes resultados tiraram-se as seguintes informações :
I. O solo-cimento preparado com A10 tinha um comportamento mais plástico que a
camada de aluviões ( camada arenosas)da fundação;
II. A sua deformabilidade era ainda suficiente em comparação com as formações
argilosas da margem direita, com exceção talvez das partes mais plásticas;
III. O solo-cimento preparado com A6, A7, A8, tinha uma plasticidade bastante maior
que as argilas (mesmo as mais plásticas) recolhidas na zona argilosa da margem
direita.
13.6.4 Resistência dos solos-cimento.
As tensões principais de ruptura atingiram, aos 28 dias, um mínimo de 7,3 Kg/cm2
para a proveta mais argilosa, e um máximo de 15 Kg/cm2 para à proveta
menos argilosa.
Uma maior dosagem de cimento, aumentando a resistência inicial, não influía, no
entanto, na resistência final, pois esta é condicionada essencialmente pelas
96
características intrínsecas do material argiloso. Com dosagens de 120 a 160 Kg/m3
verifica-se a tendência para uma diminuição das resistências às grandes deformações,
que anulava a pressuposta resistência inicial.
13.6.5 Conclusões
I. Todas as misturas preparadas com os materiais provenientes da zona de
empréstimo da margem esquerda permitiam uma resistência suficiente com uma
dosagem de 80 Kg/m3;
II. O material que se adaptava melhor à diversidade dos terrenos de fundação
deveria ser sensívelmente menos deformável que a mistura A6, A7 e A8;
III. Foi, então, proposta uma mistura constituída pelo solo A10, enriquecendo com
materiais argilosos, isto é, um solo com cerca de 50% de materiais argilosos.
Foi assim adotada a seguinte constituição por m3 de mistura:
Cimento P.N.............................80 Kg
Argila.........................................850Kg
Água.....................................65 a 70 %
Com esta composição, a resistência da mistura era caracterizada aos 28 dias
pelos valores de coesão e ângulo de atrito, respectivamente de 1,25 kg/cm2 e 15º.
Para uma tensão média de 29,5 t/m2 a resistência ao corte disponível no material
é igual a:
Tensão = 12,5 + 29,5 tg 15º =~ 20 t/m2
13.6.6 Central de misturas
97
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 43
A central de misturas para preparação, tanto da calda de perfuração como da
mistura constituinte da parede moldada, foi montada na esquerda e era, em traços gerais,
constituída por:
98
quatro tanques (I,II,III e IV), de dimensões variáveis, para a
preparação da mistura primária (argila e água), destinada à
constituição da parede;
A trituração das argilas e a mistura com água, nas proporções
necessárias era feita em misturadores horizontais, montadas junto
aos tanques.
No caso presente pretendia-se atingir uma densidade d= 1,35Kg/Litro, a
que equivalia cerca de 200 litros de argila e 800 litros de água. Dado que a umidade
natural da argila era por vezes variável, a quantidade de água a juntar à argila variava
também.
no tanque V preparava-se a calda bentonítica para perfuração, a qual
era por vezes preparada igualmente nos tanques I,II,III e IV;
dos tanques I<II<III e IV, a calda era canalizada para os tanques VI e
VII, onde se obtinha uma circulação da mistura por meio de bombas;
durante esta circulação fazia-se a adição do cimento ( 80 Kg/m3),
através de funis munidos de "tubo venturi";
dos tanques VI e VIII a mistura, já com o cimento adicionado, passava
para o tanque VIII, donde era então canalizado para o seu destino, por
bombagem;
nos tanques VI e VII dispunha ainda de agitadores, munidos de eixos
com hélices, para uniformizar a mistura, na medida do possível.
13.6.7 Execução da parede:
Foram utilizadas duas máquinas com sistema de circulação inversa, munidas de
trépano cortante, suspenso de uma coluna tubular, por onde se fazia a aspiração dos
99
produtos escavados. Estas eram movidas por motor elétrico e motor a diesel,
deslocando-se sobre carris, colocados ao longo dos muros-guia.
Origem do livro Paredes Moldadas do seminário em Lisboa
Figura 44
Após executada a plataforma de trabalho, à cota 24, com uma largura
aproximadamente de 18 metros, procedeu-se à execução dos primeiros metros de muro-
guia, em concreto armado, com 1,50 metros de profundidade.
Os painéis foram executados com 5 metros de comprimento junto às margens,
passando depois a 4 metros, na zona central, atendendo à maior profundidade.
A parede ficou encastrada na rocha calcária subaluvionar, sendo esse
encastramento variável com a alteração da rocha, verificando-se maiores profundidades
de encastramento junto à margem esquerda.
Foram executadas cerca de 4.878 m2 de parede moldada, sendo 4.664 m2 nos
aluviões e 214 m2 na rocha.
100
13.6.8 Tratamento e impermeabilização do substrato rochoso sob a parede moldada
Devido ao estado de alteração e fissuração da rocha subjacente à parede
moldada, verificado não só nas sondagens de reconhecimento, mas igualmente durante a
execução da própria parede, foi posteriormente executada uma cortina de injeção, para
tratamento da rocha.
Foram feitos furos através da parede, o que permitiu a obtenção de amostras da
parede moldada, com diâmetro igual a 86 mm, amostras estas que foram enviadas ao
Laboratório de Engenharia da Angola, para ensaio.
13.6.9 Comportamento da parede moldada
Foram feitas observações através de células de tensão neutra,
piezômetros abertos e dispositivos para medição dos assentamentos, colocados na
fundação e a jusante da parede, durante os meses de Junho a Setembro de 1973.
Em Agosto de 1974, o aterro da barragem encontrava-se a cerca de 70%
da sua altura máxima, ou seja, por volta da cota 42,5, enquanto que o nível da água na
albufeira havia atingido a cota 32 (cerca de 40% da carga máxima).
Não foram efetivamente detectadas percolações anormais através da
parede moldada, correspondendo às pressões a jusante da parede sensivelmente à cota
do nível freático (aproximadamente 22 metros).
Relativamente aos assentamentos, as observações comprovaram o que se
esperava, atingindo, na fase da obra, a cerca de 1 metro. E as diferenças de
assentamentos de ponto para ponto chegava atingir cerca de 0,60 metros.
101
14 Conclusão :
Como se pode ver, a construção de paredes diafragmas pode ser construída para
servir como cortina impermeabilizante, ou com a finalidade de conter terrenos. Além
destas, também pode servir para suportar enormes carregamentos na função de estacas
barretes. Então, esta tecnologia é muito importante aos conturbados e conglomerados
centros urbanos, principalmente por ser possível de ser executada sem grandes
interferências no tráfego de automóveis e nas construções vizinhas já existentes nas
imediações. O grande trunfo surge, portanto, das propriedades da lama bentonitica. Esta
possibilita escavações rápidas de valas em quase qualquer tipo de terreno, sem que seja
entivado, e seguido de concretagem, logo após ao término da escavação, sem o risco de
desabamentos, caso não falte lama na vala.
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