A geotecnia nos projetos de construção civil

O solo é o suporte de qualquer obra, além de ser utilizado em aterros compactados para os mais diversos fins. É considerado um material heterogêneo, com propriedades variáveis. Além disso, é não linear, ou seja, suas reações às tensões, principalmente à compressão, não são variáveis, podendo afetar enormemente o seu comportamento; e é anisotrópico, pois suas propriedades e materiais que o compõem não são iguais.

geotecnia2A geotecnia é o campo da engenharia civil que estuda os solos e as rochas e eles reagem às ações do homem. Nos últimos anos, a causa ambiental tem gerado grande preocupação e, assim, a geotecnia e todas as suas vertentes na prevenção de desabamentos; prevenção de desmoronamentos; prevenção de deslizamentos; preservação dos lençóis freáticos; gerenciamento do problema do lixo; e na contenção da ocupação de encostas.

Não se deve esquecer de que qualquer ação humana sobre o meio geológico interfere, não só, limitadamente, em matéria bruta, mas, significativamente, em matéria em movimento, ou seja, em processos geológicos, sejam eles menos ou mais perceptíveis, sejam eles mecânicos, físico-químicos ou de qualquer outra natureza, estejam eles temporariamente contidos ou em pleno desenvolvimento. O projeto geotécnico é um conjunto de documentos que engloba as investigações geotécnicas, análises, interpretações, estudos, memória de cálculo e desenhos. Estes documentos têm grau de detalhamento compatível com a fase de projeto, característica e porte da obra, eventualmente necessitando de estudos geológicos.

A fim de estabelecer os requisitos do projeto geotécnico são definidas categorias de obras geotécnicas. Os projetos e obras geotécnicas têm seu grau de detalhamento de estudos variável de acordo com sua categoria levando em consideração sua magnitude, importância e risco. A categoria 1 engloba unicamente obras pequenas e simples para as quais se pode assegurar que são satisfeitos os requisitos de segurança e desempenho apenas com base na experiência e em estudos de caracterização geotécnica.

Nessa categoria podem ser atendidas apenas as exigências de estudo preliminar, ficando a critério do projetista, a necessidade de acompanhamento e monitoramento da obra. Incluem-se, por exemplo, na categoria 1 as seguintes obras: fundações de edificações simples de até dois pavimentos com uma carga máxima de 250 kN nos pilares e 100 kN/m nas paredes; as estruturas de contenção com desnível máximo de 3 m; as pequenas escavações, de até 2 m, destinadas a trabalhos de drenagem, instalação de tubulações; os pequenos aterros com até 4 m de espessura que não estejam assentes sobre solos moles, etc.; os taludes com até 5 m de altura; e as barragens com alturas de até 15 m.

Na categoria 2, estão incluídas as obras que requerem a obtenção e análise de dados geotécnicos e uma análise quantitativa (memória de cálculo) que assegurem que são satisfeitos os requisitos de segurança e desempenho podem ser usados procedimentos correntes nas investigações e na elaboração do projeto e execução. Para estas obras fica a critério do projetista a necessidade de acompanhamento e monitoramento da obra.

Incluem-se na categoria 2 as seguintes obras: as fundações de estruturas nas quais a carga variável não é significativa em relação à carga total; as fundações de estruturas com menos de 45 m de altura em relação ao térreo; as fundações de estruturas com relação altura/largura (menor dimensão) inferior a quatro; as fundações de encontros de pontes ou estruturas convencionais; os escoramentos, arrimos, estruturas de contenção e escavações com desníveis de até cerca 9 m; as barragens com altura maior que 15 m; as obras de terraplenagem não descritas na categoria 1.

A categoria 3 engloba as estruturas de grande dimensão ou pouco comuns, as estruturas que envolvam riscos fora do comum ou condições do terreno e de carregamento invulgares ou excepcionalmente difíceis e estruturas em áreas sísmicas. Nesta categoria, estão incluídas as estruturas ou partes de estruturas não abrangidas pelas categorias 1 e 2.

A NBR 8044 de 11/2018 – Projeto geotécnico – Procedimento estabelece os procedimentos a serem observadas nos estudos e projetos geotécnicos. Reconhecendo que a engenharia geotécnica não é uma ciência exata e que riscos são inerentes a toda e qualquer atividade que envolva fenômenos ou materiais da natureza, os critérios e procedimentos constantes desta norma procuram traduzir o equilíbrio entre condicionantes técnicos, econômicos e de segurança usualmente aceitos pela sociedade na data da sua publicação. Nos projetos civis que envolvem mecânica dos solos e mecânica das rochas, o profissional habilitado com notória competência em engenharia geotécnica é o profissional capacitado a dar tratamento numérico ao equilíbrio mencionado.

Pode-se definir um projeto geotécnico como o conjunto de documentos que englobam investigações geotécnicas, análises, interpretações, estudos, memória de cálculo e desenhos. Estes documentos têm grau de detalhamento compatível com a fase de projeto, característica e porte da obra, eventualmente necessitando de estudos geológicos.

Já as categorias de projetos geotécnicos objetivam estabelecer os requisitos do projeto geotécnico são definidas categorias de obras geotécnicas. Os projetos e obras geotécnicas têm seu grau de detalhamento de estudos variável de acordo com sua categoria levando em consideração sua magnitude, importância e risco. Na categoria 1 engloba-se é unicamente obras pequenas e simples para as quais se pode assegurar que são satisfeitos os requisitos de segurança e desempenho apenas com base na experiência e em estudos de caracterização geotécnica.

Nessa categoria podem ser atendidas apenas as exigências de estudo preliminar, ficando a critério do projetista, a necessidade de acompanhamento e monitoramento da obra Incluem-se, por exemplo, na categoria 1 as seguintes obras: fundações de edificações simples de até 2 pavimentos com uma carga máxima de 250 kN nos pilares e 100 kN/m nas paredes; estruturas de contenção com desnível máximo de 3 m; pequenas escavações, de até 2 m, destinadas a trabalhos de drenagem, instalação de tubulações; pequenos aterros com até 4 m de espessura que não estejam assentes sobre solos moles, etc.; taludes com até 5 m de altura; e barragens com alturas de até 15 m.

O projeto geotécnico pode compreender estudo preliminar, projeto básico e projeto executivo. As etapas têm grau de detalhamento de acordo com o tipo, características, finalidade, grau de complexidade, vulto, recursos e prazos.

Nos estudos preliminares, os trabalhos técnicos devem ter o nível de detalhamento suficiente para um estudo de viabilidade e permitir a tomada de decisões. Esta fase compreende a coleta das informações básicas e definição de qual é a categoria do projeto e sua vida útil.

O reconhecimento preliminar tem por objetivo tomar contato direto com as condições físicas dos locais de implantação da obra utilizando-se como apoio dados eventualmente disponíveis: fotografias aéreas ou de satélites, aerofotogrametria, mapas geológicos, etc. Os trabalhos técnicos devem ter o grau de detalhamento suficiente para permitir comparações sumárias entre alternativas de projetos indicados preliminarmente como técnica e economicamente viáveis.

O anteprojeto é o conjunto de relatórios e desenhos que apresentam e justificam as soluções técnicas da alternativa escolhida em estudos anteriores. A etapa de projeto básico consiste no conjunto de todos os elementos que fixam os diversos componentes da obra consolidados em desenhos, memoriais descritivos, especificações técnicas de serviços específicos e quantificações.

Todos esses elementos devem ser baseados em cálculos compatíveis com esta etapa de projeto. A finalidade desta etapa é permitir a elaboração do orçamento da obra e sua eventual contratação.

A etapa de projeto executivo consiste no detalhamento do projeto básico contendo todos os elementos necessários para a execução, controle e acompanhamento técnico da obra. No caso de alteração da solução do projeto básico, as etapas anteriores, mesmo que simplificadas, devem estar contempladas. Tendo em vista que características geotécnicas podem variar, as obras geotécnicas devem ter acompanhamento de profissionais qualificados para verificação da coerência entre as observações de campo e as hipóteses de projeto.

Caso as condições do terreno sejam diferentes das premissas de projeto ou ocorram fatores imprevistos, devem ser realizadas investigações adicionais e adequações no projeto. A documentação de “como construído” (as-built), dados de execução (data book) e relatório de fim de construção dependem do tipo e categoria da obra, podendo ser necessário registrar eventuais alterações do projeto executivo.

Essas alterações podem envolver dimensões, processos executivos, substituições de materiais, equipamentos empregados, ocorrências durante a obra, ou outros aspectos relevantes visando futuras ampliações, programa de manutenção, monitoramento, etc. Além dos desenhos, é conveniente o registro fotográfico de fases e pormenores construtivos, bem como a consolidação de dados e relatório de fim de construção que apresentem aspectos importantes do desenvolvimento da obra e possam auxiliar em uma eventual análise do seu desempenho.

As investigações geológico-geotécnicas são as atividades a serem realizadas no reconhecimento da área e do seu subsolo, na classificação e na determinação dos parâmetros geomecânicos dos materiais. As investigações, segundo a etapa do projeto, características e categoria da obra, compreendem um ou mais dos serviços descritos abaixo.

O levantamento dos dados gerais existentes envolve os dados cartográficos, geológicos, hidrológicos e geotécnicos existentes deve ser pesquisado, analisado e selecionado segundo sua aplicabilidade ao projeto em estudo. Convém um levantamento de soluções e do comportamento de obras existentes na região. O mapeamento geológico inclui os dados cartográficos e topográficos existentes, devendo ser complementado por um reconhecimento de campo em grau de detalhamento compatível com o projeto.

As tecnologias que empreguem informação de satélites ou fotos aéreas podem ser utilizadas. As investigações geológicas de superfície têm como principal objetivo a determinação de feições geológicas específicas de interesse para a obra, o que inclui a estrutura geológica e estratigrafia.

As investigações geológico-geotécnicas podem, de acordo com a categoria do projeto, ser complementadas com: visita ao local; programação de investigações; prospecção geofísica; sondagens e amostragem; ensaios in situ; ensaios de laboratório; seções geotécnicas; classificação petrográfica dos materiais; classificação geotécnica dos materiais; caracterização de ocorrências de materiais de empréstimo; identificação de áreas de bota-fora; e levantamento de aspectos geotécnicos ambientais.

Como resultado destes estudos, deve ser obtido um conjunto de dados que possibilite a análise do problema de forma compatível com sua categoria. A partir dos resultados de sondagens e ensaios que forem sendo executados durante o projeto e construção, os elementos até então considerados devem ser revistos e atualizados.

As sondagens utilizadas para a caracterização do subsolo podem ser: os poços exploratórios e trincheiras: possibilitam um exame detalhado do perfil do subsolo e permitem extrair blocos indeformados dos materiais existentes, assim como a realização de ensaios in situ; sondagens a trado: são executadas para extração de amostras deformadas visando a classificação visual-táctil e determinados ensaios de laboratório; as sondagens de simples reconhecimento: é a investigação mínima e obrigatória para a determinação do perfil do subsolo; resistência à penetração dos materiais atravessados, obtenção de amostras deformadas e medida dos níveis d’água subterrânea.

São executadas de acordo com a NBR 6484; sondagem à percussão com medida de torque: neste tipo de investigação, ao final da medida da penetração do amostrador, é feita a medida do torque necessário para rotacioná-lo (SPT-T). A medida do torque serve para caracterizar o atrito lateral entre o solo e o amostrador.

As sondagens para extração de amostras do tipo indeformada destinam-se à obtenção de amostras indeformadas de solos coesivos, de consistência mole a média, utilizando amostradores de parede fina (tipo Shelby). No caso de solos duros ou contendo fragmentos de rocha, em que amostras não podem ser extraídas por amostrador de parede fina, devem ser empregados amostradores especiais (tipo Denison ou similar).

As sondagens rotativas e mistas: em se tratando de maciço rochoso, rocha alterada ou mesmo solo residual jovem, as amostras coletadas devem indicar suas características principais, incluindo-se eventuais descontinuidades, indicando: tipo de rocha, grau de alteração, fraturamento, coerência, xistosidade, porcentagem de recuperação e o índice de qualidade da rocha (RQD). Sempre que possível, deve ser feita a determinação do NSPT.

O ensaio de cone consiste na cravação contínua de uma ponteira composta de cone e luva de atrito. É usado para determinação da estratigrafia e pode dar indicação da classificação do solo. As propriedades dos materiais ensaiados podem ser obtidas por correlações, sobretudo em depósitos de argilas moles e areias sedimentares.

O ensaio de penetração estática (CPT) e CPTU permite a medida da poropressão gerada durante o processo de cravação e, eventualmente, sua dissipação. Na ausência de norma técnica brasileira, recomenda-se a ASTM D5778-12 e ASTM D2435 / D2435M-11.

Os ensaios em laboratório e in situ em amostras de rocha determinam as características de resistência, de deformabilidade ou o estado de tensão de maciços rochosos ou de amostras de rocha, sendo descritos na literatura corrente da mecânica das rochas. Tais ensaios só devem ser escolhidos e efetuados sob orientação de especialistas.

Com os resultados destes ensaios, devem sempre ser relatados os métodos e a aparelhagem utilizados. A execução de uma programação de ensaios deve sempre levar em conta o tipo e vulto da obra a ser construída e o tipo de solicitações que esta irá impor ao maciço, escolhendo, deste modo, ensaios que procurem representar o mais fielmente possível a resposta do maciço à ação da estrutura.

Como exemplo, pode-se descrever os critérios para a elaboração de projetos de barragens e estruturas anexas. São contempladas as barragens com alturas superiores a 15 m, sejam barragens de terra, de enrocamento ou mista, para contenção de água, de efluentes industriais e de rejeitos de mineração. Entende-se como estruturas anexas, o estudo das fundações e ombreiras de vertedouros, tomadas d´água, casas de força e muros de transição.

A fase dos estudos preliminares compreende a escolha dos locais e eixos alternativos de acordo com parâmetros geológico-geotécnicos, hidrológico-hidráulicos e ambientais, cabendo uma análise de decisão multicritério para a escolha do melhor eixo. Nesta fase deve ser elaborado estudo de alternativas para a escolha do tipo de barragem considerando a sua categoria, finalidade, os materiais disponíveis no local, as premissas, critérios de projeto e de dimensionamento.

Podem ser barragens de terra homogêneas ou zoneadas, de enrocamento com núcleo argiloso (mista), núcleo de asfalto, face de concreto, etc. Para tanto são necessárias: pesquisa em mapas geotécnicos regionais, interpretação de fotos aéreas, levantamento planialtimétrico, mapeamento geológico superficial, e campanha de investigações preliminares tanto para a área da barragem, como também para a fundação das estruturas anexas e áreas de empréstimo.

Para o projeto básico, escolhida a alternativa, para o seu desenvolvimento ele deve atender a programação complementar de investigações e ensaios de campo e de laboratório na área de implantação da barragem e na fundação das estruturas anexas, visando obter informações quanto à resistência ao cisalhamento, compressibilidade e permeabilidade dos materiais existentes; nas investigações devem ser incluídos poços de inspeção para avaliação in situ dos materiais, retirada de blocos indeformados e execução de ensaios in situ; programação complementar de investigações e ensaios de laboratório dos materiais das áreas de empréstimo, visando obter informações quanto à disponibilidade (volume), resistência ao cisalhamento, compressibilidade e permeabilidade, assim como dispersibilidade, expansibilidade, etc.; seções geológico-geotécnicas na área de implantação da barragem e estruturas anexas, assim como, nas áreas de empréstimo; escolha de parâmetros geotécnicos a partir dos ensaios in situ e de laboratório; estudo origem-destino dos materiais; sistema de fechamento e desvio do rio; cronograma de execução das estruturas.

O projeto básico é consolidado em documentos (relatórios e desenhos) abordando os seguintes aspectos: seções geológico-geotécnicas resultantes da interpretação das investigações; solução para eventual tratamento das fundações da barragem e estruturas anexas; especificações básicas para o maciço da barragem e fundação do maciço e estruturas anexas; identificação de área (s) de empréstimo; definição da largura da crista e inclinação dos taludes; drenagem interna do maciço de terra; proteção e drenagem superficial dos taludes; sistema de fechamento e desvio do rio; instrumentação dos maciços (aterro e fundação), definidos com detalhamento suficiente de maneira a permitir a quantificação dos trabalhos; memoriais descritivos e justificativos do projeto incluindo relatório origem–destino final das escavações obrigatórias e materiais de construção; especificações técnicas para execução da obra; e planilha de quantidades.

O projeto executivo consiste no detalhamento do projeto básico com adaptação do projeto a novas situações que venham a ser encontradas, tanto nas investigações de campo quanto nas de laboratório. O projeto executivo deve conter todos os elementos necessários para a execução, controle e acompanhamento técnico da obra.

No caso de alteração da solução do projeto básico as etapas anteriores, mesmo que simplificadas, devem estar contempladas. Ressalta-se que em contratos EPC ou turn key estas alterações não podem contemplar mudança no leiaute ou nos tipos de materiais com acarretem alterações de prazos e custos não previstos no contingenciamento do construtor.

Quanto ao Acompanhamento Técnico (ATO), tendo em vista que características geotécnicas podem variar, as obras de barragens devem ter acompanhamento de profissionais qualificados devem ser observados os seguintes aspectos: execução de aterros experimentais; levantamento das seções primitivas; verificação das características geométricas do projeto; mapeamento geológico-geotécnico das fundações da barragem e estruturas anexas, para posterior inclusão nos desenhos as built; adequação do projeto de escavação às reais condições locais; orientação quanto a drenagens provisórias das escavações de fundação, da plataforma e taludes, durante a obra; comparação entre as características do solo local com as premissas de projeto; verificação se os ensaios de controle de compactação são adequados perante o tipo de solo local, inclusive na área de empréstimo; análise dos resultados dos ensaios de caracterização e controle de compactação; adequação das especificações técnicas às realidades locais: equipamentos utilizados e características do material; análise da instrumentação e monitoramento; registro fotográfico de fases e pormenores construtivos que apresentem aspectos importantes do desenvolvimento da obra e possam auxiliar numa eventual análise do seu desempenho; elaboração pela projetista dos manuais de acompanhamento da instrumentação e inspeções in situ durante o enchimento e definição dos níveis de atenção e alerta e procedimentos a serem tomados nos casos de emergência.

Para o monitoramento, o projeto deve especificar os instrumentos a serem instalados no maciço e na fundação da barragem e estruturas anexas, e a frequência das leituras. Devem ser informadas as magnitudes esperadas para as grandezas a serem medidas.

O monitoramento deve ser feito através de instrumentos tais como, placas de recalque, inclinômetros, piezômetros, indicadores de nível de água, tassômetros (instrumentos para medições de recalques profundos, instalados em cotas determinadas em projetos cujo recalque é transferido para superfície através de hastes de transferência e quantificado através de leituras topográficas de precisão), marcos reflexivos, etc. Os desenhos as built devem registrar eventuais alterações do projeto executivo, envolvendo dimensões, processos executivos, substituições de materiais, equipamentos empregados ou outras. Os mapeamentos das fundações das principais estruturas e tratamentos executados devem ser documentados.

Hayrton Rodrigues do Prado Filho

hayrton@hayrtonprado.jor.br



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