7/27/2019 Trabalho Rodolfo
1/125
EESSCCOOLLAA PPOOLLIITTCCNNIICCAA DDAA UUNNIIVVEERRSSIIDDAADDEE DDEE SSOO PPAAUULLOO
TTRRAABBAALLHHOO DDEE FFOORRMMAATTUURRAA
PPRROOJJEETTOO EE EEXXEECCUUOO DDAASS OOBBRRAASS PPRROOVVIISSRRIIAASS EE
PPEERRMMAANNEENNTTEESS PPAARRAA IIMMPPLLAANNTTAAOO DDAA EESSTTAAOO VVIILLAA
PPRRUUDDEENNTTEE DDAA LLIINNHHAA 22--VVEERRDDEE DDOO MMEETTRR DDEE SSOO PPAAUULLOO
EENNTTRREEGGAA PPAARRCCIIAALL
Nomes: N
o
USP:Anderson Agena Nakazone 5434900Carollina Boretti Gomes 5959631Patrcia Sobral Fernandes 5489248Pedro de Stefani Nogueira 5438564Rodolfo Andro Simoni 5433534
Orientadora:Profa. Dra. Heloisa Helena Silva Gonalves
SO PAULO, 28 DE JUNHO DE 2009.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
2/125
1
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Mapa do Transporte Metropolitano. (Metr SP, 2009) ......................................................... 12
Figura 2 - Corte esquemtico de uma vala. ............................................................................................... 17
Figura 3 - Exemplo de ligao macho-fmea entre estacas-prancha metlicas.
(www.belgo.com.br).....................................................................................................................20
Figura 4 - Conteno definitiva em estacas-prancha metlicas. (www.revistafator.com.br) ................... 20
Figura 5 - Conteno em perfis metlicos e pranches de madeira. (PREFEITURA DO RECIFE,
2002) ..................................................................................................................................................... 21
Figura 6 - Foto de uma conteno em perfis metlicos e pranches de madeira associados a taludes.
(Arquivo pessoal) ...................................................................................................................................... 22
Figura 7 Cortina de estacas escavadas com concreto projetado (HACHICH et. al., 1996) ................... 24
Figura 8 - Cortina de estacas escavadas com colunas tipo CCP (HACHICH et. al., 1996) .................. 24
Figura 9 - Cortina de estacas-raiz. (HACHICH et. al., 1996) ................................................................... 25
Figura 10 - Esquema ilustrativo da seqncia executiva de uma parede diafragma moldada in loco
(PREFEITURA DO RECIFE, 2004) ........................................................................................................ 28
Figura 11 - Parede-diafragma atirantada (www.infraestrutura.eng.br) ..................................................... 28
Figura 12 - Esquema de estroncas horizontais .......................................................................................... 30
Figura 13 - Detalhe tpico de um tirante. (Revista Tchne, Ed. 123) ....................................................... 31
Figura 14 - Detalhes da distribuio de empuxo ativo (MAFFEI, 1995). ................................................ 37
Figura 15 - Detalhes da distribuio de empuxo passivo (MAFFEI, 1995). ............................................ 37
Figura 16 - Distribuio de empuxo ativo mnimo (MAFFEI et al, 1998). .............................................. 38
Figura 17 - Zona de considerao de sobrecargas de superfcie (MAFFEI, 1995)................................... 39
Figura 18 - Larguras de atuao de sobrecargas a serem consideradas (MAFFEI, 1995). ....................... 40
Figura 19 - Tenses horizontais referentes sobrecarga P (MAFFEI, 1995). ........................................ 41
Figura 20 - Distribuio de empuxos hidrostticos para lenis empoleirados (MAFFEI et al, 1998). ... 43
Figura 21 - Modo de falha e distribuio de tenses assumida (TACITANO, 2006). ............................. 47
Figura 22 - Detalhe das distncias consideradas na atuao dos empuxos-fora (MAFFEI, 1995). ........ 48
Figura 23 - Envoltria sugerida por Guerra, 1982 (MAFFEI, 1995). ....................................................... 50
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
3/125
2
Figura 24 - Diagrama de empuxos para a fase intermediria de escavao (MAFFEI et al, 1998).......... 51
Figura 25 - Diagrama de empuxos para a fase final de escavao (MAFFEI et al, 1998). ...................... 52
Figura 26 - Diagrama de empuxos para a fase intermediria de escavao para paredes rgidas (MAFFEI
et al, 1998). ............................................................................................................................................... 53
Figura 27 - Comportamento elasto-plstico associado ao solo (TACITANO, 2006). .............................. 54
Figura 28 - Seqncia executiva do mtodo VCA. ................................................................................... 58
Figura 29 Tnel executado pelo mtodo liner (www.armcostaco.com.br) ............................................ 59
Figura 30 - Mtodo executivo de shield com escavao manual. (CHIOSSI, 1975). ........................... 62
Figura 31 - Mtodo executivo de shield com escavao semi-mecanizada. (CHIOSSI,
1975)..63
Figura 32 - Seo de um shield mecanizado. (Companhia do Metropolitano de So Paulo, 2009)...... 63
Figura 33 - Seo de um shield com ar comprimido. (Companhia do Metropolitano de So Paulo,
2009) ......................................................................................................................................................... 64
Figura 34 - Seqncia executiva de tneis N.A.T.M. (Companhia do Metropolitano de So Paulo,
2009).67
Figura 35 - Classificao de solos segundo Terzaghi (1946) ................................................................... 71
Figura 36 - Mecanismos de ruptura local e global (Maffei, Murakami) .................................................. 74
Figura 37 - Tenses verticais antes e depois da escavao de uma seo circulas (SZCHY, 1973) ...... 75
Figura 38 - Redistribuio de tenses em uma seo circular segundo Kirsch para =0 e =0,25
(SZCHY, 1973) ...................................................................................................................................... 76
Figura 39 - Isobricas de tenses em uma seo circular segundo Kirsch (SZCHY,1973) ................... 77
Figura 40 - Material elasto-plstico ideal (SZCHY, 1973) .................................................................... 79
Figura 41 - Critrio de resistncia de Mohr-Coulomb. (SZCHY, 1973) ................................................ 79
Figura 42 - Representao da Teoria de Kastner (SZCHY, 1973) ......................................................... 80
Figura 43 - Processo de ruptura do fenmeno conhecido como loosening. (SZCHY, 1973) ................ 81
Figura 44 - Extenso da zona plstica em funo da rigidez dos suportes em um tnel circular a uma
profundidade de 1000m. (SZCHY, 1973) .............................................................................................. 84
Figura 45 - Presso de gua em (a) estrutura drenante e (b) estrutura no drenante (SZCHY, 1973) ... 87
Figura 46 Anlise do fenmeno conhecido por "areia movedia" durante a percolao (TERZAGHI) ...
88
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
4/125
3
Figura 47 - Parbola de carga da Teoria de Bierbumer (BAGNOLI, 1976) ........................................... 90
Figura 48 - Configurao de esforos da Teoria de Terzaghi. (BAGNOLI, 1976) .................................. 91
Figura 49 - Ilustrao do Modelo de Kommerell (SZCHY, 1973) ........................................................ 92
Figura 50 - Ilustrao da Teoria de Protodyakonov. (SZCHY, 1973) ................................................... 93
Figura 51 - Representao de uma malha criada para o mtodo dos elementos finitos ............................ 97
Figura 52 - Ilustrao esquemtica de instrumentao convencional. (DER-SP 2005) ......................... 101
Figura 53 - Marco superficial. (MORETTI 2009) .................................................................................. 103
Figura 54 - Esquema da instalao de um marco superficial em um aterro. (MORETTI
2009)104
Figura 55 - Instalao de um pino de recalque. (MORETTI 2009) ........................................................ 105
Figura 56 - Instalao de um tassmetro. (Bureau de Projetos e consultoria LTDA 2009) ................... 106
Figura 57 - Medidor de convergncia. .................................................................................................... 107
Figura 58 - Piezmetro pneumtico instalado em um aterro. (MORETTI 2009) ................................... 108
Figura 59 - Leitora pneumtica. (MORETTI 2009) ............................................................................... 108
Figura 60 - Esquema de instalao de um piezmetro pneumtico. (MORETTI 2009) ......................... 109
Figura 61 - Esquema de instalao de um piezmetro Casagrande. (MORETTI 2009) ......................... 110
Figura 62 - Esquema de instalao de um indicador de nvel dgua. (MORETTI 2009) ..................... 112
Figura 63 - Esquema de instalao de um inclinmetro. (MORETTI 2009) .......................................... 114
Figura 64 - Corte de um do tubo inclinomtrico e as ranhuras que servem como guias. (MORETTI
2009) ....................................................................................................................................................... 114
Figura 65 - Torpedo com servo-acelerometros. (MORETTI 2009) ........................................................ 115
Figura 66 Esquema de um perfilmetro em uma seo de tnel. (MORETTI 2009) .......................... 116
Figura 67 - Esquema de instalao do referencial de nvel profundo (Benchmark). (MORETTI 2009) ..
.117
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
5/125
4
LISTA DE EQUAES
Equao 1 - Razo entre tenses verticais e horizontais segundo a mecnica clssica. ........................... 72
Equao 2 Tenso radial ........................................................................................................................ 75
Equao 3 Tenso tangencial ................................................................................................................. 75
Equao 4 Fora cortante ....................................................................................................................... 75
Equao 5 Resultado da teoria de Kastner generalizada........................................................................ 80
Equao 6 Altura da cunha de ruptura ................................................................................................... 81
Equao 7 Presso vertical no revestimento definitivo ......................................................................... 90
Equao 8 Resistncia ao cisalhamento das paredes ............................................................................. 91
Equao 9 Tenso final vertical ............................................................................................................. 91
Equao 10 Altura da elipse .................................................................................................................. 93
Equao 11 Carga total resultante ......................................................................................................... 93
Equao 12 Momento em relao a um ponto genrico ........................................................................ 94
Equao 13 Altura da parbola resultante ............................................................................................. 94
Equao 14 Presso resultante sobre o revestimento ............................................................................. 94
Equao 15 Presso horizontal segundo Terzaghi ................................................................................. 94
Equao 16 Presso horizontal segundo Rankine .................................................................................. 95
Equao 17 Presso horizontal segundo a mecnica clssica ................................................................ 95
Equao 18 Deformaes e distores para um estado plano de deformao ....................................... 96
Equao 19 Lei de Hooke ...................................................................................................................... 96
Equao 20 Equilbrio nodal para cada ponto i ..................................................................................... 96
Equao 21 - Critrio de plastificao de Coulomb ................................................................................. 96
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
6/125
5
SUMRIO
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................................. 1
LISTA DE EQUAES ............................................................................................................................ 4
SUMRIO .................................................................................................................................................. 5
1 RESUMO ........................................................................................................................................... 7
2 OBJETIVO......................................................................................................................................... 8
3 INTRODUO ................................................................................................................................. 8
3.1 Plano de expanso do Metr e sua necessidade .......................................................................... 8
3.2 Histrico de obras enterradas valas e tneis .......................................................................... 13
3.2.1 Valas ................................................................................................................................. 13
3.2.2 Tneis ............................................................................................................................... 13
4 Embasamento terico sobre escavao e estabilidade de valas e tneis .......................................... 15
4.1 Dimensionamento e mtodos construtivos de valas ................................................................. 17
4.1.1 Contenes ........................................................................................................................ 17
4.1.1.1 Estacas-Prancha ............................................................ ............................................................. 19
4.1.1.2 Perfil Pranchado ........................................................................................................................ 20
4.1.1.3 Paramentos com Estaces ............................................................. ............................................. 22
4.1.1.4 Cortina com Microestacas ou Estacas tipo Raiz ................................................................... ..... 25
4.1.1.5 Cortinas com Estacas Tipo Hlice Contnua ............................................... .............................. 25
4.1.1.6 Colunas Jet Grouting .................................................................. ............................................ 26
4.1.1.7 Paredes-diafragma ................................................................................................. .................... 26
4.1.1.8 Estruturas auto-portantes .................................................................. ......................................... 29
4.1.2 Escoramentos .................................................................................................................... 29
4.1.2.1 Estroncas ................................................................... ................................................................. 30
4.1.2.2 Tirantes ........................................................... ................................................................... ........ 31
4.1.3 Esforos Solicitantes ......................................................................................................... 33
4.1.3.1 Empuxos de Terra .......................................................... ............................................................ 34
4.1.3.2 Sobrecargas de clculo .............................................................................................................. 39
4.1.3.3 Influncias da gua no macio ................................................................ ................................... 41
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
7/125
6
4.1.4 Modelos de clculo ........................................................................................................... 43
4.1.4.1 Mtodos no evolutivos ............................................................ ................................................. 45
4.1.4.2 Mtodos evolutivos ................................................................... ................................................. 53
4.2 Dimensionamento e mtodos construtivos de tneis ................................................................ 56
4.2.1 Mtodos construtivos ........................................................................................................ 56
4.2.1.1 Vala a cu aberto ou cut and cover ................................................................... ......................... 57
4.2.1.2 Tnel liner ................................................................................................................................. 58
4.2.1.3 TBM Tunnel Boring Machine ................................................................................................ 60
4.2.1.4 NATM New Austrian Tunnelling Method ............................................................................. 64
4.2.2 Mtodos de ruptura do macio (Terzaghi) ........................................................................ 69
4.2.3 Clculo de solicitaes ...................................................................................................... 72
4.2.3.1 Cargas do macio .................................................................... ................................................... 72
4.2.3.2 Sobrecargas de Clculo ............................................................ .................................................. 85
4.2.3.3 Empuxos de gua .................................................. ........................................................... ......... 86
4.2.4 Modelos de Clculo .......................................................................................................... 89
4.2.4.1 Teorias que consideram a profundidade na determinao de cargas verticais ........................... 90
4.2.4.2 Teorias que no consideram a profundidade na determinao de cargas verticais .................... 92
4.2.4.3 Cargas horizontais ..................................................................................................................... 94
4.2.4.4 Cargas de fundo ............................................................. ............................................................ 95
4.2.4.5 Aplicao do mtodo dos elementos finitos ..................................................... ......................... 95
4.2.5 Instrumentao .................................................................................................................. 98
4.2.5.1 Introduo ............................................................ .............................................................. ........ 98
4.2.5.2 Instrumentao de tneis em NATM .................................................................... ..................... 99
4.2.5.3 Descrio dos Instrumentos ............................................................. ........................................ 103
4.2.5.4 Leitura dos Dados ................................................................. ................................................... 117
4.2.5.5 Acompanhamento Tcnico de Obras ...................................................................... ................. 119
5 Referncias bibliogrficas .............................................................................................................. 120
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
8/125
7
1 RESUMO
Este trabalho trata do estudo de caso das obras provisrias e permanentes para aimplantao da Estao Vila Prudente da Linha 2 Verde do Metr de So Paulo.
A Estao Vila Prudente est em fase de execuo, com trmino previsto para maro de
2010. Ela composta por dois poos de 42 metros de dimetro cada, um poo de sada de
emergncia e um tnel de 63 metros, realizado peloNew Austrian Tunnelling Method(NATM).
O trabalho est dividido em duas partes: uma primeira parte apresentada aqui, onde
abordaremos os conceitos envolvidos neste tipo de obra, e a segunda parte, que ser
apresentada no prximo semestre, onde abordaremos a situao da Estao Vila Prudente, seus
mtodos construtivos, equipamentos utilizados, impactos envolvidos, etc.
Apresentaremos nas prximas pginas, em linhas gerais, o plano de expanso do Metr
de So Paulo, a histria das obras enterradas e conceitos bsicos de instrumentao geotcnica.
E como principal parte desta primeira entrega, faremos um embasamento terico sobre
escavao e estabilidade de valas e tneis, com seus respectivos dimensionamentos e mtodos
construtivos.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
9/125
8
2 OBJETIVO
Fazer uma reviso bibliogrfica dos principais mtodos construtivos e modelos declculos em escavaes de valas e tneis.
Com embasamento terico, fazer um estudo de caso, analisando as obras provisrias e
permanentes da Estao Vila Prudente da Linha 2 Verde do Metr de So Paulo.
Analisar os diversos aspectos que levaram as decises de projeto e execuo da estao,
analisar as memrias de clculo comparando com outros mtodos.
Alm disso, abordaremos assuntos tais como estudo de demanda e estudo de impactos
ambientais.
3 INTRODUO
3.1 Plano de expanso do Metr e sua necessidade
So Paulo, a maior cidade da Regio Metropolitana de So Paulo (RMSP), composta
por mais 38 municpios, sofre dia aps dia com seus tpicos congestionamentos. Com quase 11
milhes de habitantes, sua rede de transporte engloba nibus, trens, metr, alm de um sistema
composto por mais de 17,2 mil quilmetros de vias.
Um fator agravante em relao ao trnsito na maior cidade da Amrica do Sul o
crescimento da frota de veculos. Em 12 meses (de maro de 2007 a maro de 2008), o total de
veculos em So Paulo subiu 6,7%, proporo quase 16 vezes maior que o ritmo de crescimentoda populao de So Paulo (0,41% ao ano em 2006 e 2007, segundo a Fundao Seade). So
Paulo ganha cerca de mil veculos novos por dia (DETRAN-SP, 2009) e, existe hoje,
aproximadamente um veculo para cada dois habitantes da capital.
Segundo a CET (Companhia de Engenharia de Trfego), o nmero de veculos cresceu
25% nos ltimos dez anos, enquanto a infra-estrutura urbana, com a quantidade de ruas e
avenidas, aumentou apenas 6%. Como conseqncia desse aumento desordenado dos veculos
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
10/125
9
em relao s vias, a velocidade mdia dos carros diminuiu nos ltimos anos, assim como a
velocidade dos nibus.
Para ajudar a solucionar este crescente problema, deve ser feito um investimento notransporte pblico da cidade, que precrio se comparado com outras grandes cidades, como
Nova Iorque, Londres, Tquio e Paris, que apresentam as maiores redes metrovirias do
mundo.
A primeira linha do Metr de So Paulo foi a Linha Azul, inaugurada em 1974, e ligava
dois cantos opostos da cidade: Santana e Jabaquara. Hoje, com 3,3 milhes de usurios por dia,
os 61,3 quilmetros de trilhos e as 55 estaes existentes so insuficientes. O Metr est
operando com capacidade mxima em algumas estaes, nos horrios de pico (Tabela 1).
DEMANDA
Entrada de passageiros - 2008
Linha
1-Azul
Linha
2-Verde
Linha
3-Vermelha
Linha
5-LilsRede
Total (milhares) 264.157 73.758 312.756 33.695 684.367
Mdia dos dias teis 885.618 261.169 1.045.665 118.052 2.310.503
Mdia dos Sbados 499.908 104.399 596.462 65.827 1.266.596
Mdia dos Domingos 287.366 56.761 346.234 35.557 704.672
Mxima Diria 992.377 288.955 1.157.387 139.469 2.562.460
Tabela 1 - Demanda de passageiros segundo a linha 2008. (GOP/OPC/CTE, 2008)
O Plano de Expanso do Transporte Metropolitano conta com investimento de R$ 20
bilhes do Governo do Estado de So Paulo, para que at 2010, a rede sobre trilhos, que
engloba Metr, CPTM e EMTU/SP, seja quadruplicada e chegue a 240 quilmetros e reduza
em at 25% o tempo de viagem dos passageiros.
Uma das primeiras medidas do Plano de Expanso a serem implementadas, foi a
aquisio de novos trens para o sistema metroferrovirio. At 2010, sero 107 novos trens, e o
Plano prev aquisio de mais trens futuramente.
Este plano tambm abrange investimentos em infra-estrutura, para que se possa
aumentar a velocidade dos trens e diminuir a distncia segura entre um trem e outro,
aumentando o nmero de viagens realizadas.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
11/125
10
Apenas para a rede metroviria, desde 2004 esto sendo construdos 17 quilmetros de
vias e 14 estaes, que devero ficar prontas ate 2012, totalizando um investimento de R$ 10,1
bilhes.
A Linha 2 Verde do Metr que atualmente vai da estao Ana Rosa at a estao Alto
do Ipiranga, com 10,7 quilmetros, est sendo ampliada com a criao de trs novas estaes:
Sacom, Tamanduate e Vila Prudente, totalizando 15 quilmetros.Alm de possuir integrao
com a Linha 1-Azul nas estaes Paraso e Ana Rosa, a Linha 2-Verde, em seu novo trecho, ir
se integrar com a Linha 10-Turquesa (CPTM), na estao Tamanduate, com o Expresso
Tiradentes, na futura Estao Sacom e com a futura extenso da Linha 5-Lils, na Estao
Chcara Klabin.
A previso de que em 2010, com a operao total da Linha 2-Verde, entre Vila
Madalena e Vila Prudente, integrada na Estao Tamanduate com a Linha "D" da Companhia
Paulista de Trens Metropolitanos - CPTM e na Estao Sacom com o Expresso Tiradentes, a
demanda diria da linha chegue a 800 mil pessoas.
J a Linha 4 Amarela, com extenso de 12,8 quilmetros e 11 estaes, ligar o bairro
da Luz ao bairro de Vila Snia, na Zona Oeste, passando pela regio da Consolao, Avenida
Paulista e Pinheiros, e ser implantada em duas etapas. A primeira prev a construo e
inaugurao de seis estaes: Butant, Pinheiros, Faria Lima, Paulista, Repblica e Luz;
estrutura das estaes intermedirias Fradique Coutinho, Oscar Freire e Higienpolis-
Mackenzie; construo e inaugurao do ptio de manuteno Vila Snia. A segunda prev o
acabamento e a inaugurao das estaes intermedirias: Fradique Coutinho, Oscar Freire e
Higienpolis-Mackenzie; construo e inaugurao de duas estaes: So Paulo-Morumbi e
Vila Snia. Haver integrao com as linhas 1-Azul, 2-Verde e 3-Vermelha nas estaes Luz,
Paulista, e Repblica, respectivamente.
O trecho inicial da Linha 5-Lils foi entregue populao em outubro de 2002 e conta
com 8,4 km de extenso operacional distribudos em seis estaes: Capo Redondo, Campo
Limpo, Vila das Belezas, Giovanni Gronchi, Santo Amaro e Largo Treze. A integrao com a
rede metroviria realizada atravs da Estao Santo Amaro da CPTM. Essa linha atende aos
bairros de Capo Redondo, Capela do Socorro, Campo Limpo,Graja, Piraporinha, extremo de
Santo Amaro e redondezas.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
12/125
11
O segundo trecho a ser construdo dever atender uma demanda de, aproximadamente,
650 mil passageiros/dia til e ligar a Estao Largo Treze Estao Santa Cruz (Linha 1-
Azul) e Estao Chcara Klabin (Linha 2-Verde). Sero mais 11 estaes: Adolfo Pinheiro,
Alto da Boa Vista, Borba Gato, Brooklin- Campo Belo, gua Espraiada, Ibirapuera, Moema,
Servidor, Vila Clementino, Santa Cruz e Chcara Klabin. Sero mais 11,7 km de via a serem
implantados com previso de concluso em 2012. Quando totalmente construda, a Linha 5
Lils ter cerca de 20 quilmetros e 17 estaes.
O Plano de Expanso ainda contempla a elaborao dos projetos visando implantao
da futura Linha 6-Laranja (Brasilndia/Vila Nova Cachoeirinha - So Joaquim). As obras
devem iniciar at 2010.
O mapa completo pode ser observado a seguir (Figura 1), ilustrando tanto as estaes
existentes quanto s em projeto.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
13/125
12
Figura 1 - Mapa do Transporte Metropolitano. (Metr SP, 2009)
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
14/125
13
3.2 Histrico de obras enterradas valas e tneis
3.2.1 Valas
Segundo Kinder e Hilgemann (1964 apud Hachich et. al.,1996), os registros mais
antigos de obras de conteno apontam para muros de alvenaria de argila contendo aterros na
regio sul da Mesopotmia (atual Iraque) construdos por sumerianos entre 3200 e 2800 a.C..
Obras seguindo os preceitos da engenharia moderna comearam a surgir apenas no
incio do sculo XVIII, frutos de trabalhos de engenheiros franceses. A engenharia moderna de
obras de conteno comeou com o trabalho de Coulomb em 1776, sobre regras de mximos e
mnimos aplicadas a estrutura de arrimo causando um enorme impacto na concepo e
construo desse tipo de estrutura.
O grande desenvolvimento desta cincia foi motivado pela expanso colonizadora
europia iniciada no sculo XVI, que necessitava de estruturas de defesa e fortificaes
militares em locais e terrenos os mais variveis possveis em quase todos os continentes da
Terra.
Esses tipos de estrutura de defesa foram as primeiras obras de conteno a serem
introduzidas no Brasil no sculo XVII (fortes costeiros). O seu uso foi expandido ao longo do
sculo XVIII para obras porturias e de contenes urbanas na Bahia e Rio de Janeiro com a
vinda da Corte Real portuguesa.
A expanso deste tipo de estrutura pelo territrio nacional s teve incio no sculo XIX
com a expanso das obras ferrovirias particulares (Imperial Estrada de Ferro de Petrpolis,
1854) e estatais (Companhia Estrada de Ferro Dom Pedro II, 1864). (HACHICH et. al., 1996).
3.2.2 Tneis
A histria da construo de tneis remonta a Pr Histria quando o homem primitivo,procurando abrigo e proteo dos inimigos, escavou as primeiras cavernas. O tnel mais antigo
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
15/125
14
foi construdo h 4000 anos sob o Rio Eufrates com o propsito de comunicao entre dois
palcios da Babilnia e teve a considervel dimenso de 1km de extenso e seo de 3,6m por
4,5m. (SZCHY, 1966).
Na Histria Antiga, o domnio das obras subterrneas permitiu a construo de
aquedutos e passagens militares, que ainda resistem e continuam em utilizao, como os
aquedutos da Grcia que foram reformados e continuam levando gua at os pontos finais.
O desenvolvimento de tcnicas construtivas de tneis teve como impulso a construo
de ferrovias e a necessidade de transposio de rios. No Brasil, tneis comearam a ser
construdos na poca do imprio para a construo da Estrada de Ferro Dom Pedro II com
ponteira e marreta, pois a dinamite ainda no existia.
Os mtodos construtivos evoluram muito e hoje o que se observa so obras cada vez
mais seguras e finalizadas em curto espao de tempo. Mais adiante, ser feita uma breve
abordagem dos diversos mtodos construtivos utilizados atualmente.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
16/125
15
4 Embasamento terico sobre escavao e estabilidade de valas e tneis
Obras de conteno do terreno esto presentes nas mais diversas reas da construocivil tais como projetos de estradas, de pontes, de estabilizao de encostas, de canalizaes, de
saneamento, de metrs, etc. As contenes so feitas pela introduo de uma estrutura e de
elementos que apresentam uma rigidez distinta daquela do terreno que conter.
Como um panorama dos processos executivos de estruturas de conteno, Hachich et.
al. (1996) apresenta algumas definies relativas a contenes, muros, escoramentos, cortinas e
reforos. Tais definies so apresentadas a seguir:
Conteno todo elemento ou estrutura destinado a contrapor-se a empuxos ou tenses
geradas em macio cuja condio de equilbrio foi alterada por algum tipo de
escavao, corte ou aterro.
Muros so estruturas corridas de conteno constitudas de parede vertical ou quase
vertical apoiada numa fundao rasa ou profunda. Podem ser construdos em alvenarias
(tijolos ou pedras) ou em concreto (simples ou armado) ou ainda, de elementos
especiais. Sua fundao pode ser direta, rasa e corrida ou profunda, em estacas ou
tubules.
Escoramentos so estruturas provisrias executadas para possibilitar a construo de
outras obras. So utilizados mais comumente para permitir a execuo de obras
enterradas ou assentamento de tubulaes embutidas no terreno.
Cortinas so contenes ancoradas ou apoiadas em outras estruturas, caracterizadas pela
pequena deslocabilidade.
Reforos do terreno so construes em que um ou mais elementos so introduzidos no
solo com a finalidade de aumentar sua resistncia para que possa suportar as tenses
geradas por um desnvel abrupto. Nesta categoria enquadram-se o Solo Reforado, a
Terra Armada e o Solo Grampeado ou Pregado.
Existem diversas maneiras de se classificar uma conteno segundo Cardoso (2002).
Algumas das mais comuns formas de classificao so: a classificao pela transitoriedade da
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
17/125
16
conteno (definitiva ou provisria), pelo funcionamento estrutural da conteno (rgida ou
flexvel), pela forma de obteno de equilbrio (escoradas ou no escoradas), etc.
A transitoriedade de uma conteno de suma importncia para escolha de seu mtodoexecutivo. Em obras onde haver uma abertura de vala e um subseqente reaterro (em
assentamento de tubulao, por exemplo), o ideal que se use um sistema de conteno
provisrio que possa ser reutilizado posteriormente. J em subsolos, por exemplo, pode-se
pensar em estruturas definitivas que possam cumprir uma dupla funo: conter o terreno
escavado e permitir a vedao da parte enterrada.
Contenes flexveis permitem certa movimentao e so capazes de absorver as
deformaes do solo adjacente com maior facilidade o que no ocorre com as contenesrgidas. No entanto, ao permitir deformaes, o solo vizinho tambm pode se deformar e
apresentar problemas de instabilidade, recalques, trincas, esforos no previstos, etc. De uma
maneira geral, contenes provisrias so flexveis e contenes permanentes so rgidas.
A forma de obteno de equilbrio das estruturas de conteno, sendo ela feita por
escoramento ou no, pode vir a determinar o consumo de materiais necessrios para
estabilizao de uma escavao (necessidade de estroncas, ou tirantes, por exemplo). Mais
detalhes a respeito dos escoramentos sero tratados no item 4.1.2.
O desempenho de uma conteno depende das caractersticas do terreno, das condies
do lenol fretico, das condies das construes vizinhas, do espao disponvel para sua
implantao das caractersticas do sistema de conteno escolhido e inmeras outras variveis
que mudam sensivelmente de uma situao para outra. Inmeras variveis estas, que tornam
complexa a avaliao das vantagens, desvantagens e limitaes de cada um dos tipos de
conteno.
Segundo Hachich et. al. (1996), a anlise do custo de um sistema de conteno no pode
se restringir apenas ao seu custo direto de implantao. Deve tambm levar em conta outros
custos afetados pelo tipo de conteno adotado.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
18/125
17
4.1 Dimensionamento e mtodos construtivos de valas
A escolha do mtodo construtivo se baseia, principalmente, em fatores tcnicos,econmicos e de segurana. De maneira mais especfica, para obras do metr, as quais so
executadas em reas densamente urbanizadas, deve-se considerar ainda uma rapidez de
execuo, tanto pelos incmodos causados a populao quanto pela urgncia na demanda por
transportes pblicos mais eficazes.
Na escavao de uma vala, a definio do mtodo construtivo consiste, basicamente,
nas definies do tipo de conteno que sero utilizados durante as diversas fases da obra, bem
como do tipo de escoramento das mesmas. A figura 2 mostra uma seo esquemtica de umavala:
Figura 2 - Corte esquemtico de uma vala.
4.1.1 Contenes
A escavao de uma vala provoca um alvio nas tenses horizontais (h) que atuavam no
macio em seu estado natural. Dessa forma, medida que se aumenta a profundidade da
escavao, tenses horizontais cada vez maiores so aliviadas, o que provoca uma instabilidade
da parede escavada, bem como da superfcie adjacente vala. Conseqentemente, deve-se
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
19/125
18
utilizar sistemas de contenes laterais, ou seja, elementos que tenham a capacidade de
compensar o alvio das tenses, resistindo aos empuxos do solo e da gua nas paredes da vala.
Deve-se dizer que a escavao de valas sem contenes possvel em alguns casos
excepcionais. Entretanto, a profundidade deve ser pequena e o solo deve ser coesivo, no
podendo haver grandes sobrecargas nos arredores da vala (caso de escavaes para implantao
de tubulaes de gua e esgoto, linhas telefnicas, etc.).
De modo geral, deve-se dimensionar um sistema de conteno que permita a menor
alterao possvel no estado inicial de tenses, o que nem sempre possvel de ser feito. A
escolha do tipo de conteno se baseia, principalmente, nos seguintes pontos:
Impactos da movimentao das paredes de conteno e conseqente causa de recalquesem construes adjacentes;
Aspectos econmicos e tcnicos, os quais devem ser funo do tipo de solo a ser
escavado, disponibilidade de equipamentos, acessibilidade do local, entre outros;
O fato de a conteno ser uma obra provisria ou permanente;
Basicamente, os sistemas de conteno podem ser divididos em dois grandes grupos,sistemas rgidos ou flexveis. De acordo com Marzionna (1979), a classificao de uma parede
de conteno como rgida ou flexvel funo direta do seu produto de rigidez, do tipo e
distribuio do escoramento utilizado, do solo que est sendo escavado e das edificaes
lindeiras. Assim, quanto mais rgidos forem os elementos de conteno e menos deformveis
forem os solos, menores sero os deslocamentos horizontais. O documento tcnico da
Companhia do Metropolitano de So Paulo (CMSP) intitulado Clculo das Obras Executadas
pelo Mtodo da Trincheira (MAFFEI, 1995) assume, de forma mais simplista, que a parede
considerada flexvel quando sofre deformaes por flexo significativa. Por outro lado, a
parede pode ser considerada rgida quando essas deformaes puderem ser desprezadas.
Em termos prticos, tem-se a seguinte separao entre os tipos de conteno:
Contenes Rgidas: paredes de diafragma, estacas secantes (estaces, hlice contnua,
estacas raiz), devidamente escoradas;
Contenes Flexveis: perfis metlicos espaados entre 1,5 e 3,0 m, com pranches demadeira ou concreto, estacas-prancha, paredes descontnuas;
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
20/125
19
Outro ponto a ser considerado a possibilidade de carreamento de material por entre os
vazios existentes, o que intensifica os recalques junto superfcie de paredes suportadas por
contenes flexveis. A seguir, sero discorridos os principais tipos de conteno.
4.1.1.1 Estacas-Prancha
As estacas-prancha so perfis de ao laminados com sees planas ou em forma de U
ou Z, ou de concreto armado, ou de madeira, com encaixes do tipo macho-fmea (Figura
3), que permitem construir paredes contnuas atravs da justaposio das peas que vo sendo
encaixadas e cravadas no solo de maneira sucessiva.
Em estacas-prancha metlicas essa cravao pode ser feita por percusso ou por
vibrao e dependendo das caractersticas do terreno e das construes vizinhas, sua
implantao pode provocar problemas indesejveis de incmodo, rudo e fissurao oriundos
da vibrao.
O sistema de ligao entre as estacas-pranchas permite a formao de um paramento
estanque que evita o fluxo dgua e o carreamento de material para o interior das escavaes.
Dependendo do comprimento de sua ficha e das caractersticas do subsolo podem muitas
vezes dispensar os sistemas de rebaixamento de lenol fretico.
Podem ser reaproveitadas se forem empregadas como estrutura temporria e
implantadas afastadas das estruturas definitivas. A retirada das estacas-prancha deixa vazios no
solo que desconfinam o terreno podendo permitir o fenmeno do recalque.
So utilizadas com qualquer tipo de escoramento. No caso de utilizao como estrutura
definitiva (Figura 4), elas no podem ser reaproveitadas tornando o processo antieconmico.
O escoramento inferior das estacas-prancha proporcionado pelas prprias fichas da
estrutura, sendo que estas tambm suportam os esforos verticais atuantes no paramento.
Estacas-prancha de madeira so utilizadas em conteno de escavao de pequena
profundidade como, por exemplo, em valas para instalao de tubulaes de esgoto, guas
pluviais, etc.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
21/125
20
Estacas-prancha de concreto tem restries quanto ao seu uso. Contenes altas exigem
porte avantajado dessas estacas-prancha de concreto, tornando difcil o seu manuseio e sua
cravao tendo em vista o elevado peso e dificuldade de alinhamento das mesmas. Outros
problemas so as falhas nas juntas dessas estacas que permitem passagem de gua e solo para
dentro das escavaes.
Figura 3 - Exemplo de ligao macho-fmea entre estacas-prancha metlicas. (www.belgo.com.br)
Figura 4 - Conteno definitiva em estacas-prancha metlicas. (www.revistafator.com.br)
4.1.1.2 Perfil Pranchado
Trata-se de um paramento muito usado em obras de conteno implantadas acima do
lenol fretico e em solos que podem, por efeito de um arqueamento (areias) ou devido sua
coeso (argilas e siltes), permanecer estveis, ao menos temporariamente, permitindo a
escavao do terreno entre perfis, para instalao do pranchamento. Nestas condies e para
alturas de escavaes de at aproximadamente 6 m tem se mostrado uma soluo muito
econmica, principalmente quando os perfis metlicos so incorporados estrutura definitiva
como parte integrante da armadura da cortina de concreto.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
22/125
21
O espao necessrio para sua implantao de aproximadamente 20 cm a 40 cm e
considerado pequeno. O perfil pranchado pode ser utilizado com qualquer tipo de escoramento.
Os perfis metlicos so utilizados para suportar as cargas verticais da conteno dasvigas e lajes e tambm as da estrutura definitiva.
Abaixo do nvel dgua, s podem ser implantadas com o auxlio de sistemas de
rebaixamento do lenol fretico tornando essa opo onerosa nessas condies. Tambm nessas
condies podem aparecer recalques indesejveis nas construes vizinhas.
A cravao dos perfis metlicos feita com auxlio bate-estacas e pode causar vibraes
excessivas se tais perfis forem de porte avantajado e se o subsolo apresentar camadas de solo
resistentes. Muitas vezes, os perfis metlicos s podem ser instalados com a utilizao de pr-
furos para reduzir as vibraes e permitir que os mesmos atravessem camadas resistentes de
solo.
Os perfis so cravados com um espaamento que varia entre 1,5 a 2,5 m.O vo entre os
perfis contido por pranchas normalmente de madeira (Figura 5). Aps a cravao dos perfis,
feita a escavao do terreno concomitantemente instalao das pranchas de madeira nos vos
entre os perfis (Figura 6).
Figura 5 - Conteno em perfis metlicos e pranches de madeira. (PREFEITURA DO RECIFE, 2002)
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
23/125
22
Figura 6 - Foto de uma conteno em perfis metlicos e pranches de madeira associados a taludes. (Arquivo pessoal)
4.1.1.3 Paramentos com Estaces
Neste tpico, estaro ilustradas as cortinas constitudas por estaces escavados com
lama bentontica, estaces revestidos com camisas metlicas e tambm cortinas de tubules
executados a cu aberto.
Essas cortinas podem ser executadas da superfcie do terreno, sem praticamente
desconfinar o solo adjacente e sem provocar vibraes. Este tipo de soluo adotado na
execuo de contenes em que o solo a ser contido constitudo por argilas mdias, rijas e
duras, ou ainda solos (acima do nvel dgua) que possuam certa coeso que permita espaar os
estaces ou tubules para compensar o maior consumo de ao e concreto por m de paramento,
dada a sua forma circular.
Para a instalao deste tipo de paramento, necessrio dispor de um espao de pelo
menos 70 cm no caso de tubules a cu aberto escavados manualmente (podem ser executados
tangente divisa), e de pelo menos 80 cm no caso de estaces escavados com lama bentontica
ou com camisa perdida. (HACHICH et. al., 1996)
De uma maneira geral, os estaces e tubules possuem elevada rigidez e, portanto
permitem um maior espaamento dos escoramentos (tirantes e estroncas). Maiores
espaamentos constituem um aspecto econmico favorvel.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
24/125
23
Os estaces escavados com lama bentontica e os estaces revestidos com camisa
metlica necessitam de equipamentos e mo-de-obra especializada tornando-se ento uma
alternativa mais cara.
Cortinas de tubules so em geral utilizadas quando o acesso de equipamentos pesados
praticamente impossvel ou ainda quando h presena de mataces que prejudicam o
desempenho de tal equipamento.
Os tubules so executados manualmente, a cu aberto, valendo neste caso, todas as
restries que se aplicam a este tipo de soluo de fundao (em linhas gerais, podem ser
usados em solos coesivos e rijos, acima do nvel dgua).
O solo entre estaces ou tubules pode ser contido por concreto projetado, armado ou
no, por uma cortina convencional de concreto armado ou simplesmente protegido por uma
camada de alvenaria. Em todos os casos, haver escavao manual, cujo custo dever ser
avaliando no momento da anlise econmica da soluo.
No caso do concreto projetado, este aplicado em forma de arco funcionando como um
pranchamento (Figura 7). Esse concreto projetado em forma de arco busca transmitir aos
elementos adjacentes o empuxo de terra.
Uma variante desta soluo, especialmente em terrenos de baixa consistncia, seria a
substituio do concreto projetado entre as estacas escavadas por colunas tipo CCP
(Chemical Churning Pile) executadas pela tecnologia do Jet Grouting, secantes, tambm em
forma de arco (Figura 8). Neste caso, durante o processo da escavao, a conteno do terreno
entre as estacas j estar pronta, entretanto, fundamental que no haja vazios entre as colunas
de forma a permitir a passagem de solo e gua comprometendo as estruturas vizinhas.
Quando o solo a ser contido for constitudo por camadas de areias, argilas moles ou
siltes fofos, situadas abaixo do nvel dgua, a implantao destes sistemas de conteno s se
tornam possveis com o emprego de sistemas de rebaixamento do leno fretico.
No caso de estaces justapostos, sempre haver entre eles um espao de
aproximadamente 5 cm a 10 cm ou at mais (em casos de problemas com a verticalidade em
escavaes profundas). Nestes espaos, poder haver fluxo de gua e solo. Este problema pode
ser resolvido com tratamento das juntas atravs de injees qumicas ou atravs de colunas de
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
25/125
24
Jet Grouting citadas anteriormente. O tratamento deve ser feito por trs da cortina e antes das
escavaes.
Estes tratamentos so relativamente onerosos e no garante perfeita estanqueidade dasjuntas. Dever haver um tratamento adicional pelo lado interno, dos pontos localizados de
vazamento.
Figura 7 Cortina de estacas escavadas com concreto projetado (HACHICH et. al., 1996)
Figura 8 - Cortina de estacas escavadas com colunas tipo CCP (HACHICH et. al., 1996)
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
26/125
25
4.1.1.4 Cortina com Microestacas ou Estacas tipo Raiz
Estacas de pequeno dimetro no so os elementos mais recomendados para seremutilizados como paramento de uma conteno. Isto porque alm de apresentarem baixa
capacidade de resistir a momentos fletores devido a sua pequena seo transversal, exigem um
maior nmero de pontos a serem escorados, como mostrado na figura 9, e ainda apresentam
assim como os estaces, os mesmos problemas de justaposio (penetrao de gua e solo
comprometendo a vizinhana) com o agravante de se ter um maior nmero de juntas por m.
Elas so executadas com equipamentos de pequeno porte, adequados para perfurar
rochas. Seu emprego tem sido limitado a situaes onde outros sistemas se mostram inviveis einadequados, seja por problemas de acesso de equipamentos, ou ainda pelas condies adversas
do subsolo criadas pela presena de mataces ou veios rochosos.
Figura 9 - Cortina de estacas-raiz. (HACHICH et. al., 1996)
4.1.1.5 Cortinas com Estacas Tipo Hlice Contnua
As recomendaes e comentrios feitos para as cortinas constitudas por estaces
tambm se aplicam s cortinas executadas com estacas tipo Hlice.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
27/125
26
Devido ao processo executivo, elas apresentam como vantagem em relao aos estaces
o fato de no utilizarem lama bentontica e ou camisas metlicas para conter o terreno e ter uma
velocidade de execuo bem maior.
O processo de colocao das armaduras, neste tipo de estaca no permite que ela,
dependendo do seu comprimento, seja totalmente armada. Por este motivo a sua utilizao em
contenes fica limitada a paramentos cuja altura, incluindo o comprimento da ficha, seja igual
ou inferior ao comprimento da estaca possvel de ser armada.
4.1.1.6 Colunas Jet Grouting
As colunas de Jet Grouting so colunas de solo/cimento e, como tal, tm pouca
resistncia trao. Por este motivo, tais colunas no so muito utilizadas como paramento, a
no ser em casos de conteno de pequena altura ou em paramentos cuja forma induza tenses
predominantemente de compresso como no caso de contenes de paredes de poos
circulares.
Podendo ser executadas secantes umas s outras, as colunas de Jet Grouting permitem
estanqueidade do terreno a ser contido.
Como processo de melhoria de resistncia dos solos, tem sido utilizado enfilagem na
execuo de tneis.
Elas so estruturas provisrias e, portanto, no substituem a conteno definitiva.
4.1.1.7 Paredes-diafragma
A parede-diafragma foi concebida por C. Verder e Marconi no final dcada de 1930 em
Milo, na Itlia. Este sistema consiste na execuo de painis de profundidades e espessuras
variveis formando uma cortina.
As paredes-diafragmas podem ser de diversos tipos, dentre os quais:
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
28/125
27
Concreto armado ou no moldadas in loco;
Concreto armado em placas pr-moldadas;
Mistura de cimento, bentonita e gua em propores convenientes, conhecida como
coulis, formando um diafragma plstico;
Mista.
Este sistema de conteno permite a execuo de uma parede contnua ao longo de todo
permetro da conteno, sem provocar vibraes ou desconfinar o terreno adjacente (mesmo em
areias muito compactas e argilas muito duras). A parede-diafragma pode ser aplicada
praticamente em qualquer tipo de solo, acima ou abaixo do nvel dgua local e forma um
paramento estanque, ou seja, evitam o fluxo de gua para o interior da escavao.
Alm desses aspectos, salienta-se que a parede pode ser executada com espessuras que
variam de 30 cm at 120 cm (em alguns casos especiais pode chegar a at 240 cm) e so
utilizadas tanto em contenes de pequena altura quanto em contenes de grande altura.
Como se conformam melhor com o permetro da conteno, podem ser utilizadas com
qualquer tipo de escoramento. No caso do uso de tirantes, dispensam a execuo das longarinas
(vigas horizontais) para distribuio das cargas. Quando se utiliza como escoramento a prpria
estrutura definitiva, as paredes-diafragma podem ser executadas incorporando os ferros de
espera das vigas e lajes das estruturas projetadas.
Durante a execuo da parede-diafragma se pressupe a estabilizao das paredes da
escavao, uma vez que este processo feito sem revestimento. A lama bentontica, que uma
mistura de bentonita e gua em proporo conveniente, garante a estabilidade da escavao.
A seqncia executiva da parede-diafragma moldada in loco obedece s seguintes
etapas (Figura 10):
Execuo de parede-guia, que servir para definir o permetro da obra e guia para a
ferramenta de escavao (clam-shell);
Escavao com simultneo preenchimento com lama bentontica at a profundidade de
projeto, visando estabilidade das paredes escavadas;
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
29/125
28
Colocao da chapa-junta. As juntas entre painis so juntas secas do tipo
macho/fmea, que so colocadas na extremidade dos painis antes da concretagem;
Colocao da armadura;
Concretagem submersa. O concreto lanado no fundo da escavao atravs dos tubos
de concretagem; medida que o concreto sobe, o tubo de concretagem, que deve ter sua
extremidade sempre imersa no concreto, vai tambm sendo levantado;
Retirada da chapa-junta, que dever acontecer assim que o concreto iniciar o seu
processo de pega.
Figura 10 - Esquema ilustrativo da seqncia executiva de uma parede diafragma moldada in loco (PREFEITURADO RECIFE, 2004)
Figura 11 - Parede-diafragma atirantada (www.infraestrutura.eng.br)
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
30/125
29
A figura 11 apresenta uma conteno em parede diafragma. O processo executivo exige
a utilizao de equipamentos pesados e de grande porte e, portanto, no possvel execut-las
em locais onde estes equipamentos no conseguem ter acesso. A presena de mataces outro
fator que pode inviabilizar a utilizao deste sistema.
4.1.1.8 Estruturas auto-portantes
Estruturas auto-portantes so aquelas que utilizam de sua forma, ou de uma
configurao especial, para melhor suportar os esforos a que so submetidas. Exemplos como
telhas, coberturas e armazns auto-portantes so muito comuns no mercado da construo civil
brasileiro.
A estao Vila Prudente da Linha Verde do Metr de So Paulo, tema de estudo do
presente trabalho, pode ser considerada uma estrutura auto-portante, devido forma cilndrica
de seus poos, que podem suportar esforos de empuxo do solo e da gua utilizando a principal
caracterstica do concreto, que boa resistncia a esforos de compresso. Na segunda entrega
deste trabalho, no estudo de caso do projeto e obras da estao Vila Prudente, ser feita umaanlise de uma estrutura deste tipo sujeita a esforos axiais, segundo a mecnica clssica, com a
finalidade de comparar com os esforos solicitantes de projeto.
4.1.2 Escoramentos
Escoramentos so reforos executados nas contenes para colaborarem no suporte s
cargas aplicadas. Os escoramentos podem resistir a esforos de compresso ou de trao. A
seguir, sero descritos dois tipos desses elementos de apoio.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
31/125
30
4.1.2.1 Estroncas
Estroncas so peas de travamento das contenes tambm conhecidas por escoras. Sopeas que trabalham fundamentalmente compresso, podendo ser de madeira ou de ao. As
escoras podem ter o carter provisrio, sendo substituda por lajes ou outro elemento estrutural,
ou simplesmente deixando de existir.
As estroncas devem ser posicionadas logo aps a escavao e colocao das longarinas
(elemento linear em que a conteno se apia). Em escavaes de valas estreitas, o
escoramento com escoras pode ser feito na horizontal e em diversos nveis at se atingir a
profundidade desejada (Figura 12). Quando as escavaes tiverem dimenses maiores, elasdevem ser posicionadas de forma inclinada.
As estroncas possuem a desvantagem de ocupar o espao da obra, restringindo as
operaes. Em contra partida, o sistema de escoramento com menor custo. Em escavaes
muito largas, as estroncas podem se tornar inviveis, sendo substitudas pelos tirantes.
Figura 12 - Esquema de estroncas horizontais
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
32/125
31
4.1.2.2 Tirantes
O tirante um elemento linear capaz de transmitir esforos de trao entre suasextremidades. (HACHICH et. al., 1998)
A utilizao de tirantes tem como principal conceito a melhoria das caractersticas
mecnicas do terreno. Geralmente so barras de ao, por ser um material que resiste bem a
esforos trao.
O tirante composto por trs partes: a cabea, que a parte que fica fora do terreno e
suporta ou escora a estrutura; o trecho livre, responsvel pela ligao entre a cabea e o bulbo
de ancoragem; e o trecho ancorado, tambm conhecido por bulbo de ancoragem, que a
extremidade que fica enterrada e transmite os esforos do tirante para o terreno. Cada parte
ainda possui outros componentes que so mostrados na figura 13.
Figura 13 - Detalhe tpico de um tirante. (Revista Tchne, Ed. 123)
Segundo Hachich et. al. (1998), o grande mrito do tirante obter elevadas cargas com
peas de pequeno porte. Entre outras vantagens, pode-se citar ainda a pouca interferncia na
obra, o fato de ser uma estrutura auto-portante sem necessidade de detalhes complexos de
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
33/125
32
fundao e a garantia de 100% da qualidade quanto s cargas, pois so todos testados
individualmente.
Devido vizinhana das construes, o atirantamento pode se tornar invivel porinterferncia com outras fundaes ou por invaso do terreno adjacente. Outro cuidado que
deve ser tomado quanto ao risco de corroso, uma vez que algumas estruturas so de ao.
O uso do tirante tem diversas aplicaes, sendo que nesse trabalho ficar restrito
aplicao mais utilizada: combate ao empuxo de terra.
A escavao de valas profundas requer estruturas para conteno do material devido ao
alvio de tenses provocado com a retirada do solo. Os tirantes so estruturas componentes do
escoramento, substituindo as escoras. A sua instalao ocorre medida que a escavao vai
sendo executada, permitindo escavaes de cima para baixo e reduzindo as deformaes do
terreno. As escavaes devem ocorrer em nichos, permitindo que um nicho no executado sirva
de suporte para o tirante em execuo. Assim, o processo se torna seguro e evita a
descompresso do terreno pelo efeito de protenso dos tirantes.
O tirante deve ser preparado de acordo com o previsto em projeto, respeitando o
comprimento e os componentes auxiliares, alm de receber proteo anticorrosiva adequada.
A locao do furo de perfurao deve ser feita minuciosamente, atentando para
inclinao e direo do tirante. O tipo de equipamento utilizado para a perfurao deve ser
coerente com o tipo de terreno, comprimento e dimetro do furo.
Aps a perfurao, o tirante instalado no furo. Em seguida, feito o preenchimento do
furo com calda de cimento at que ocorra o vazamento de calda pela boca. Essa injeo de
calda de cimento pode ocorrer antes da instalao do tirante, sendo dependente do tipo de
mtodo executivo adotado.
Todos os tirantes devem ser submetidos a ensaios de protenso de acordo com a norma
brasileira, que feito com um conjunto macaco hidrulico-bomba-manmetro. Assim, tem-se
total controle da capacidade de carga e comportamento de todos os tirantes da obra.
O clculo para dimensionamento do tirante inicia-se com a anlise do solo, de modo a
determinar a superfcie de ruptura. Assim, obtm-se o fator de segurana global, o que definir
a necessidade ou no de tirantes. Com a necessidade de tirante, este deve ser dimensionado de
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
34/125
33
modo a considerar o empuxo de terra e de gua atuante, analisando a regio estvel do macio
para que sejam dissipadas as tenses. O comprimento livre deve ser dimensionado de acordo
com a cunha de deslizamento para que no ocorram esforos prejudiciais nessa regio.
Finalmente, o clculo do comprimento do trecho ancorado deve garantir a carga de ensaio.
4.1.3 Esforos Solicitantes
O conjunto solo-conteno forma um sistema estaticamente indeterminado. Dessa
forma, os valores de empuxos, bem como a distribuio das tenses que atuam na parede,
dependem significativamente dos deslocamentos e das deformaes, tanto da interface solo-
parede quanto do macio arrimado. Por sua vez, os deslocamentos e deformaes so funo da
vinculao e da rigidez da parede de conteno, as quais variam conforme as diferentes fases de
escavao. Alm disso, eles dependem tambm das caractersticas geomtricas e reolgicas do
solo que compe o macio. Existem basicamente trs situaes de vinculao:
Paredes em balano: resistem aos empuxos pelo seu engastamento no solo e, portanto,
necessrio existir um comprimento mnimo para que haja equilbrio, denominado fichamnima.
Paredes com um nvel de escoramento: costuma-se considerar que o apoio escorado
indeslocvel, ou seja, pode haver rotao da parede em torno deste ponto. Dessa forma,
o equilbrio se d pela existncia de uma ficha mnima que evite essa rotao e por uma
fora de escoramento aplicada tal que a somatria das foras horizontais resulte nula.
Paredes com vrios nveis de escoramento: o equilbrio ocorre pelos esforos que osescoramentos aplicam na parede. Dessa forma, a ficha no tem tanta importncia quanto
nos casos anteriores.
No caso de escavao de valas circulares, como o caso de poos escavados para a
construo de estaes de metr, a conteno do macio feita por uma estrutura auto-portante,
a qual resiste aos empuxos do solo, redistribuindo-os em tenses de compresso, para as quais a
parede deve ser dimensionada para resistir.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
35/125
34
4.1.3.1 Empuxos de Terra
Os empuxos de terra variam de acordo com o estado do solo, sendo os principais:
Ativo: ativado por pequenos deslocamentos no sentido interno da vala, o que gera um
alvio das tenses horizontais de confinamento (h). caracterizado pelo coeficiente de
empuxo ativo (ka);
Passivo: ocorre quando o solo empurrado pela parede. Dessa forma, os empuxos
passivos so os maiores empuxos de terra que podem atuar em uma parede.
caracterizado pelo coeficiente de empuxo passivo (kp);
Repouso: situao na qual no ocorrem descolamentos da parede. caracterizado pelo
coeficiente de empuxo (k0).
Em situaes mais especficas, quando os deslocamentos so insuficientes para ativar os
estados ativo ou passivo, podem-se adotar coeficientes de empuxo intermedirios,
caracterizando o repouso-ativo ou o repouso-passivo.
Maffei et al (1998) diz que a seqncia bsica consiste em calcular primeiramente a
resultante do empuxo, que nominalmente aceito como estaticamente determinado por teoria
de equilbrio-limite para as condies de ruptura do solo e, subseqentemente, estimar a
distribuio das tenses respectivas. Ou seja, deve-se pesquisar ou simplesmente adotar uma
superfcie critica para a aplicao da hiptese-limite de ruptura. No interior dessa superfcie
admite-se a plastificao do solo no momento da ruptura, a qual ocorre principalmente por
cisalhamento ou pela eventual existncia de trinca de trao. Deve-se ressaltar que na hiptese
de corpo rgido est implcito o desenvolvimento simultneo das tenses e deformaes de
ruptura, hiptese esta aceitvel para macios homogneos de dimenses mdicas e de
comportamento tenso-deformao plsticos.
Como mencionado anteriormente, os deslocamentos so determinantes na distribuio
de tenses na parede. No caso de rotao em torno da base, a distribuio de tenses atuantes
na parede triangular, com intensidade variando conforme os deslocamentos laterais, podendo
ser calculadas pela Teoria de Rankine. No caso de translao da parede ou de rotao em torno
do topo, por outro lado, as distribuies de tenso se afastam da triangular ideal, tendendo a
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
36/125
35
resultar em empuxos-fora cerca de 5 a 20 % maiores (MAFFEI, 1995). Essa diferena na
distribuio de tenses est relacionada com a capacidade de arqueamento do solo, ou seja, sua
capacidade de se adequar a um novo estado de tenses a partir de uma redistribuio de tenses
de cisalhamento. Assim, de modo geral, em solos sem capacidade de arqueamento (solos
moles, solos residuais, entre outros), tendem a prevalecer distribuies triangulares do tipo
geosttico.
Alm do Mtodo de Rankine j mencionado, tem-se outro mtodo tradicional para o
clculo de empuxos de terra, o Mtodo de Coulomb.
A teoria de Rankine foi inicialmente proposta baseando-se nas seguintes hipteses:
O solo do macio homogneo e no-coesivo;
O tardoz da parede de conteno deve ser vertical e liso, ou seja, despreza-se o atrito
solo-parede;
O retroaterro, ou seja, o macio arrimado deve ser horizontal.
Posteriormente, estendeu-se sua proposta, permitindo o tratamento de solos coesivos,
bem como de macios inclinados.
Conclui-se pelas condies apresentadas que as tenses principais (1 e 3) atuantes em
um elemento de solo prximo a parede esto sempre atuando nas direes vertical e horizontal.
Dessa forma, baseado no conceito de ruptura de Mohr-Coulomb, Rankine obteve as expresses
que permitem o clculo dos empuxos de terra atuantes na parede. A Teoria de Rankine assume
que o solo do macio arrimado esteja em um estado de equilbrio plstico, ou seja, na iminncia
da ruptura. Percebe-se que Rankine props um mecanismo que parte das condies de
equilbrio e plastificao, o que classifica sua teoria como um mtodo de equilbrio-limite.
Um aspecto importante a ser ressaltado sobre essa teoria reside no fato da no
considerao do atrito solo-parede, o que pode conduzir a valores significativamente maiores
de empuxos ativos, a favor da segurana, porm antieconmicos.
Ao contrrio da Teoria de Rankine, a Teoria de Coulomb parte de um mecanismo,
supondo superfcie plana de ruptura, dentro da qual ocorre a plastificao do solo, ou seja,
trata-se de um mtodo cinemtico de clculo. A regio do solo que sofre plastificao
limitada por uma cunha triangular de solo, formada pelo tardoz da parede, pela superfcie do
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
37/125
36
macio e pela superfcie de ruptura adotada. Comparativamente com o Mtodo de Rankine, o
Mtodo de Coulomb tem aplicao mais ampla, pois pode ser aplicado em condies de macio
irregular, seja ele homogneo ou estratificado, sem desprezar a resistncia mobilizada entre o
solo e o muro.
Maffei et al (1998) diz que no caso de solos estratificados, pode-se utilizar o Mtodo de
Rankine para o clculo de tenses supondo que as camadas sobrejacentes atuem como
sobrecarga de extenso ilimitada. No entanto, quando h grande variabilidade de resistncia das
camadas, esse procedimento pode conduzir a resultados errneos, sendo recomendvel a
utilizao do Mtodo de Coulomb, devendo ser considerada a compatibilidade de
deslocamentos entre as mesmas. Ademais, para se utilizar o Mtodo de Rankine em macios
inclinados, deve-se utilizar coeficientes de empuxo que levem em conta essa inclinao, como
os obtidos por mtodos cinemticos, a exemplo dos coeficientes propostos por Caquot-Kerisel-
ABSI (1973) ou por Schneebeli.
A seguir so apresentadas formas usuais para o clculo dos empuxos de terra atuantes
no macio, baseadas no Mtodo de Rankine, por este ser tradicionalmente adotado pela CMSP.
Empuxo Ativo
Deve-se verificar inicialmente se o solo do macio homogneo ou pode ser assumido
como tal. Pelo esquema da seo de uma vala e pelo que foi explanado nos itens anteriores,
pode-se concluir que o empuxo ativo ocorre no lado do macio arrimado, o qual gera tenses
que empurram a parede de conteno, como mostrado no seguinte esquema:
aaa kcHk '..2..
A existncia de trincas de trao do descolamento da parede e a possibilidade deinfiltraes obrigam considerao de presses hidrostticas ao longo de sua altura (z0). Seu
valor coincide com a profundidade do macio em que a tenso ativa nula, como mostra a
figura 14:
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
38/125
37
Figura 14 - Detalhes da distribuio de empuxo ativo (MAFFEI, 1995).
Empuxo Passivo
O empuxo passivo mobilizado pela presso que a parede faz no solo na parte interna
da vala, abaixo da cota de escavao, ou seja, um esforo que trabalha a favor da sustentao
da parede de conteno. O esquema apresentado na figura 15 ilustra a ao dessas tenses na
parede.
ppp kcHk '..2..
Figura 15 - Detalhes da distribuio de empuxo passivo (MAFFEI, 1995).
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
39/125
38
Empuxo Ativo Mnimo
Em alguns casos, os solos argilosos podem se apresentar muito resistentes, com elevada
coeso, de modo que o empuxo ativo calculado resulte em um valor muito pequeno, nulo ou atmesmo negativo. Entretanto, mesmo que os clculos mostrem que o macio estvel,
recomenda-se o uso de um escoramento mnimo, uma vez que pode haver dvidas em relao
confiabilidade dos parmetros adotados, sua variao com o tempo e a ocorrncia de
mecanismos no previstos.
Maffei et al (1998) recomenda a utilizao de um empuxo ativo mnimo para o
dimensionamento da conteno a ser aplicada (Figura 16).
Figura 16 - Distribuio de empuxo ativo mnimo (MAFFEI et al, 1998).
Deve-se ressaltar que algumas providncias construtivas devem ser adotadas:
Instalao de uma linha de estroncas prxima superfcie, a fim de evitar a ocorrncia
de trincas de trao;
O eventual empuxo de gua na trinca de trao deve ser controlado com a utilizao dedrenos adequadamente dispostos;
Admite-se que os deslocamentos do escoramento adotado sejam suficientes para a
mobilizao, ao menos parcial, da resistncia ao cisalhamento do solo; Dessa forma, se
a parede estiver sujeita a severas restries de deslocamentos horizontais, deve ser
adotado o empuxo em repouso.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
40/125
39
4.1.3.2 Sobrecargas de clculo
Deve-se sempre consider-las no dimensionamento de paredes de conteno. Refere-ses cargas advindas de construes, edificaes e equipamentos que se situem nos arredores da
trincheira. Na prtica, Maffei (1995) prope considerar a rea de influncia definida na figura
17.
Figura 17 - Zona de considerao de sobrecargas de superfcie (MAFFEI, 1995).
Definem-se dois tipos de sobrecargas equivalentes, aplicadas conforme a figura 18:
P: sobrecarga geral uniformemente distribuda que abrange as cargas provenientes dedepsitos de materiais de construo e tambm as cargas provenientes do trfego de
veculos. Usualmente adotada como P = 10 kN/m2;
P: sobrecarga geral semi-infinita que abrange veculos especiais e equipamentos que
atuem prximos da vala. Usualmente adotada como P = 25 a 40 kN/m2, em uma
largura de 1,5 m a partir da parede de conteno (MAFFEI et al, 1998).
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
41/125
40
Figura 18 - Larguras de atuao de sobrecargas a serem consideradas (MAFFEI, 1995).
O efeito dessas sobrecargas pode ser calculado atravs de expresses da Teoria da
Elasticidade, o que pode conduzir a valores de empuxo muito conservadores. Por definio,
caso o empuxo resultante das sobrecargas seja maior que 40 % do empuxo resultante do peso
prprio do macio, deve-se utilizar outros mtodos para estim-lo, como mtodos cinemticos.
Simplificadamente, para a carga distribuda P, as tenses horizontais so constantescom a profundidade, podendo ser estimadas como h = P.ka. Para a sobrecarga P, pode-se
utilizar os valores de tenses horizontais mostrados na figura 19.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
42/125
41
Figura 19 - Tenses horizontais referentes sobrecarga P (MAFFEI, 1995).
Deve-se ressaltar que a presena de sobrecargas no fundo da vala, ou seja, cargas que
contribuiriam para um aumento do empuxo passivo resistente, so desprezadas a favor da
segurana.
4.1.3.3 Influncias da gua no macio
A considerao dos efeitos da ao da gua em obras geotcnicas imprescindvel e jfoi observada como a causa de ruptura de diversas obras como barragens, sistemas de
conteno, taludes, entre outras.
A gua ocupa os vazios do solo, criando presses neutras no mesmo, presses estas que
aliviam o peso natural do solo, ou seja, diminuem as tenses efetivas nele atuantes, diminuindo
sua resistncia, o que pode levar sua ruptura dependendo da situao.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
43/125
42
No caso de paredes de conteno, a gua pode introduzir tenses adicionais que podem
influenciar consideravelmente no seu dimensionamento. Sua ao depende dos condicionantes
hidrogeolgicos da regio e das permeabilidades da parede e do solo arrimado.
Terrenos homogneos
Se a parede impermevel (parede de diafragma, estacas secantes, etc) e no h
rebaixamento do lenol, considera-se o nvel dgua como esttico, somando-se o empuxo
hidrosttico ao empuxo de terra calculado com o peso especfico submerso do solo (sub).
No caso de paredes permeveis (perfil com pranches, paredes descontnuas, etc.),
deve-se analisar se o meio permevel ou no. Em meios permeveis, admite-se que o lenol naturalmente drenado, ou seja, calculam-se os empuxos de terra adotando o peso especfico
natural do solo. Entretanto, caso esse rebaixamento no seja to eficiente a ponto do nvel
dgua cruzar a parede acima da cota de fundo da escavao, o empuxo dever ser determinado
por mtodo cinemtico atravs da pesquisa da superfcie crtica considerando a interferncia do
lenol fretico e a piezometria no macio (MAFFEI, 1995). O mesmo tratamento pode ser dado
a rebaixamentos de lenis em meios permeveis arrimados por uma parede impermevel.
Por fim, pode-se ter uma parede permevel suportando um macio impermevel. Nestecaso, tem-se um rebaixamento do fluxo transiente, ou seja, deve-se comparar sua velocidade
com a velocidade de rebaixo da escavao. Assim, Maffei (1995) recomenda que sejam
traadas as redes de fluxo e se considere o efeito da gua na superfcie crtica.
Terrenos estratificados
No caso de terrenos estratificados, o rebaixamento do lenol fretico tem eficincia
questionvel, ou seja, seja a parede permevel ou no, devem-se utilizar mtodos cinemticospara a determinao da superfcie crtica. Pode-se tratar o caso de uma parede permevel sem
rebaixamento do lenol de forma anloga. Por fim, para uma parede impermevel, sem
rebaixamento, pode-se adotar o empuxo hidrosttico e calcular o empuxo de terra com o peso
submerso.
H casos de solos que alternam camadas argilosas e arenosas, ou seja, terrenos que
podem ter mais de um nvel de lenol fretico, os chamados lenis empoleirados. Isso porque
a permeabilidade da camada de areia cerca de 1000 vezes maior que a de argila, situao esta
que pode ser encontrada em diversos solos da cidade de So Paulo (NEGRO, 1992). Caso no
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
44/125
43
haja drenagem desses lenis por meio de bombeamento submerso, Maffei (1995) recomenda o
diagrama de empuxos hidrostticos da Figura 20.
Figura 20 - Distribuio de empuxos hidrostticos para lenis empoleirados (MAFFEI et al, 1998).
Para paredes permeveis, utilizar mtodos cinemticos. Para paredes impermeveis,
considerar empuxos conforme a figura acima. Entretanto, no trecho em que o empuxo reduz
com a profundidade (solo argiloso), deve-se calcular o empuxo de terra com o peso especifico
natural do solo e som-lo a subpresso.
Alternativamente, como j mencionado, pode-se efetuar a drenagem profunda desses
lenis empoleirados atravs de bombeamento, soluo bastante adotada pela CMSP em
escavaes de poos. Essa soluo permite que se considere a atuao singular do empuxo de
terra calculado com o peso especfico natural do solo. Alm disso, permite a escavao das
camadas arenosas sem o risco de escoamento das mesmas para o interior da vala, ou seja, trata-
se de uma soluo tcnica e construtiva.
4.1.4 Modelos de clculo
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
45/125
44
O clculo de valas est intimamente ligado ao comportamento dos solos. Como no se
sabe, a priori, qual o mecanismo de ruptura mais crtico para o sistema solo-parede de
conteno-escoramento, analisam-se, usualmente, alguns mecanismos de ruptura considerados
viveis isoladamente e garante-se uma segurana adequada da obra contra cada um deles.
Segundo Marzionna (1979), uma vez definidos o mtodo construtivo e o sistema de
escoramento, o dimensionamento dos elementos de conteno de valas compreende
basicamente duas etapas:
Avaliao da ficha necessria da parede de conteno;
Avaliao das solicitaes em todo o sistema de conteno.
Para que isso seja feito, necessria a adoo de um modelo representativo que permita
a determinao do campo de tenses e de deslocamentos na estrutura de conteno (AUN,
2004), ou seja, necessrio conhecer:
As tenses iniciais em todos os pontos do macio;
A geometria do macio e da estrutura em todas as fases de execuo;
A reologia (comportamento tenso x deformao) em todos os pontos do macio e da
estrutura.
Dessa forma, o modelo conceitual definido atravs da representao simplificada de todos
esses elementos, uma vez que conhec-los completamente impossvel. O estado inicial de
tenses representado por tenses principais admitidas, verticais e horizontais, as quais variam
com a profundidade. A reologia do macio e da estrutura poderia ser representada por um
modelo visco-elasto-plstico complexo. Assim, sabendo-se que a determinao dos
carregamentos atuantes no sistema de conteno em cada fase de execuo se trata de um
problema hiperesttico funo da rigidez relativa entre o macio e a parede, esse modelo
possibilita a resoluo numrica de problemas de contenes sujeitas a qualquer caso de
solicitao (AUN, 2004). Entretanto, sua aplicao quase que invivel, uma vez que as
representaes geomtricas e reolgicas so muito complexas, alm de haver vrias fases entre
o incio e o final da escavao da vala.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
46/125
45
Por esse motivo foram definidos modelos derivados, que resultam da adoo de
hipteses simplificadoras na determinao de alguns parmetros e da desconsiderao de outros
julgados desprezveis. A seguir, sero apresentados de forma sucinta alguns mtodos de clculo
baseados em modelos derivados, os quais sero agrupados em Mtodos Evolutivos e No
Evolutivos.
4.1.4.1 Mtodos no evolutivos
Os mtodos no evolutivos so aqueles que no consideram as deformaes e
deslocamentos provenientes da etapa de escavao anterior, ou seja, assume-se que cada fase
de escavao seja independente da precedente. Constituem mtodos no evolutivos, portanto,
os Mtodos Empricos e Semi-Empricos, mtodos clssicos utilizados no dimensionamento de
paredes de conteno.
Segundo Ching (1985), a no considerao do clculo evolutivo ocasiona sempre em
uma diferena com a realidade, tanto em termos de esforos solicitantes quanto em termos de
deslocamentos, sendo criticamente mais importante na anlise de paredes rgidas. Entretanto,Tacitano (2006) explica que para solos normais, isto , com parmetros de resistncia no
muito baixos, estes mtodos tm-se mostrado como aceitveis. Alm disso, eles podem ser
ferramentas importantes no pr-dimensionamento de sistemas de conteno devido sua
simplicidade e praticidade.
As principais hipteses admitidas por esses mtodos so:
Cada fase de escavao independente da anterior;
Tirantes e estroncas so considerados apoios indeslocveis, isto , suas flexibilidades
so negligenciadas;
Assume-se que cada fase das escavaes ocorra instantaneamente, admitindo que os
escoramentos j estejam instalados antes mesmo da escavao ser realizada.
Segundo Maffei (1995), a magnitude e distribuio dos esforos obtidos por esses
mtodos de clculo no devem ser assumidas como realsticas, tanto pelas simplificaes
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
47/125
46
adotadas quanto pelas dificuldades em se simular a reologia do solo e outros fenmenos que
possam ocorrer durante a escavao. Dessa forma, a distribuio de esforos deve ser assumida
como estaticamente admissvel, isto , em equilbrio com o carregamento, no violando a
condio de plastificao do solo arrimado.
Dessa forma, esses mtodos apresentam diversas limitaes, o que impede que sejam
usados de forma indiscriminada em qualquer situao (MARZIONNA, 1979). Em sua tese,
Tacitano (2006) aborda as principais limitaes:
No consideram a variao das tenses horizontais advindas da deformao dos
escoramentos;
No consideram o histrico da escavao e nem a irreversibilidade do comportamento
do solo (histerese). Portanto, no consideram os deslocamentos provenientes da etapa
anterior de escavao;
Em geral, as tenses so superestimadas e sua evoluo ao longo do processo de
escavao ignorada, ou seja, so mtodos conservadores, que acabam por onerar as
obras de conteno;
Paredes em balano
As paredes em balano resistem aos empuxos solicitantes devido ao seu engastamento
no solo. Para seu dimensionamento, considera-se a rotao da parede em torno do ponto b
situado abaixo da cota de escavao (vide figura abaixo). Ademais, admite-se que haver, em
qualquer caso, deslocamentos suficientes para mobilizar o empuxo ativo.
Para o clculo da ficha necessria (definida como sendo o menor comprimento de
parede de conteno enterrado no solo, ou seja, abaixo da cota final de escavao, suficiente
para garantir condies adequadas de segurana obra) para o equilbrio da parede usual a
aplicao do Mtodo de Blum, calculando os empuxos de terra conforme o Mtodo de Rankine,
ou seja, assumindo que a distribuio de tenses seja triangular. De fato, a experincia tem
mostrado que o Mtodo de Rankine fornece valores de tenses bastante prximos da realidade
nessa situao. Assim, caso a determinao dos deslocamentos no seja almejada, o Mtodo de
Blum suficiente para um projeto adequado de paredes de conteno em balano.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
48/125
47
O mtodo consiste basicamente em aplicar as condies de equilbrio conforme o
carregamento indicado na figura 21.
Figura 21 - Modo de falha e distribuio de tenses assumida (TACITANO, 2006).
Admite-se que o contra-empuxo Fc atue no centro de rotao Ce, portanto, no influi no
equilbrio de momentos. Assim, calcula-seD atravs do equilbrio de momentos em torno do
ponto Ce encontra-se o comprimento de ficha mnima D somando-se a D um comprimento
adicional de 0,2.D. Para tal, deve-se minorar o empuxo passivo com um coeficiente desegurana (CS) igual a 1,5 para obras provisrias e igual a 2,0 para obras permanentes.
O clculo de fichas maiores que a mnima similar, mas um pouco mais trabalhoso.
Costuma-se utilizar fichas maiores que a mnima para reduzir os deslocamentos horizontais do
macio. Quando h espao fsico disponvel, pode-se tambm utilizar bermas de equilbrio,
visando aumentar o empuxo passivo disponvel.
Tacitano (2006) recomenda a utilizao de paredes em balano para valas de at 4,0metros de profundidade, pois abaixo desta cota os projetos tornam-se antieconmicos.
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
49/125
48
Ademais, Maffei et al. (1998) recomenda a execuo de um piso estrutural em obras
permanentes, a fim de se evitar deformaes por fluncia ou reduo de rigidez do solo e
eventual colapso por perda de resistncia ou eroso.
Paredes com um nvel de escoramento
No clculo do comprimento de ficha mnimo considera-se que a falha do sistema de
conteno ocorre atravs da rotao da parede em torno do nvel de ancoragem, o qual provoca
um arqueamento do solo do macio arrimado (exceo feita a solos moles). Dessa forma, o
empuxo ativo atuante abaixo do nvel de escoramento deve ser retificado, de modo que sua rea
resultante seja igual rea triangular anterior (apenas o empuxo de terra deve ser retificado).
Assim, a ficha mnima determinada pelas condies de equilbrio esttico, admitindo-
se que seja mobilizado o empuxo passivo do lado da escavao. Por se tratar do atendimento de
condies de equilbrio, o empuxo passivo deve ser minorado por um CS, de forma anloga ao
item anterior. A figura 22 ilustra a situao descrita.
Figura 22 - Detalhe das distncias consideradas na atuao dos empuxos-fora (MAFFEI, 1995).
Logo, do equilbrio de momentos de todas as foras atuantes em torno do ponto R, tem-
se o comprimento de ficha mnimo:
7/27/2019 Trabalho Rodolfo
50/125
49
ahaph
P ElCS
El ..
Por sua vez, a fora resistente do escoramento obtida por equilbrio de foras
horizontais, ou seja, F = Eah.(1 la/lp).
Maffei et al. (1998) ressalta que se costuma adotar CS entre 2,0 e 3,0 para limitao de
deslocamentos nos casos em que as fichas estejam imersas em solos muito deformveis, como
por exemplo, os solos silte-arenosos encontrados nas vrzeas dos rios Tiet e Pinheiros em So
Paulo. Para paredes muito flexveis, este mtodo conduz a valores superestimados de momento
fletor, o que pode ser melhorado atravs das curvas de reduo de momentos propostas por
Rowe (1953) e abordadas de forma bastante elucidativa na tese de Tacitano (2006, p. 37 42).
Casos de ficha maior que a mnima correspondem, em geral, a segunda fase de
escavao de paredes multi-escoradas. Procede-se de forma anloga, considerando-se o
empuxo ativo retificado apenas at a cota de fundo da vala e normal abaixo dela.
No caso de paredes projetadas com apenas um nvel de escoramento de forma