CASE Rio Office Park by SCAC

Case Rio Office Park

Rio Office Park

Estudo de solução alternativa

Sobre a solução alternativa

Resultados

Considerações finais

Rio Office Park Estudo de solução alternativa O escopo deste estudo de caso é fornecer informações sobre a solução alternativa de fundação profunda, adotada na obra RIO OFFICE PARK, para o cliente PLARCON ENGENHARIA S/A. Esta solução foi desenvolvida e elaborada pela Consultrix em parceria com a SCAC Fundações e Estruturas Ltda., no período entre Janeiro e Abril de 2001. Entende-se como “alternativa de fundação profunda” a solução concorrente ao projeto de fundação inicial da obra, planejado com estacas escavadas moldadas “in loco” com utilização de lama bentonítica. O projeto inicial de fundação profunda da obra, elaborado pela empresa Engenheiros Consultores Associados Consultrix S/C Ltda., apresentava como solução estacas escavadas com utilização de lama bentonítica. A solução alternativa apresentava, como proposta, o uso de estacas escavadas com fuste pré-moldado.

Entende-se como melhor solução em uma obra aquela que atenda às exigências de projeto, custo, prazo de execução, bem como o fato de que seja viável sua implementação. No entanto, para se entender o “por quê” da concorrência dessas duas opções, uma pergunta precisa ser respondida:

Onde essa solução será aplicada, ou seja, em que tipo de solo? Sendo assim, na Figura 1, é apresentada a sondagem do terreno onde a fundação profunda deve ser aplicada.

Figura 1 - Perfil de sondagem típico da obra

A “radiografia” do solo é a personagem principal de todo desenvolvimento da solução, envolvendo o uso de estacas escavadas com fuste pré-moldado, onde alguns pontos de suma importância serão analisados para esclarecimento do “por quê” da mesma ter sido projetada como opção ao projeto inicial. Sabe-se que o conhecimento de uma sondagem para o dimensionamento de uma fundação e a posterior elaboração de seu projeto é importantíssimo. Dessa forma, são necessárias as seguintes explanações: o elemento estrutural pelo qual a fundação é composta tem como função principal suportar e transmitir as cargas da superestrutura até o solo resistente; no caso de estacas, essa distribuição de transmissão de carga pode ser parcelada através da resistência de ponta e/ou do atrito lateral. Ao analisar o perfil de sondagem da Figura 1, observa-se (destacado na parte superior)

um valor de SPT muito alto, o que conseqüentemente caracteriza a difícil penetração do solo naquele trecho. Ressalta-se que essa camada deveria ser “atravessada” até atingir posteriormente a camada de solo resistente (destacada na parte inferior da sondagem), pois devido à alta magnitude das cargas provenientes dos pilares dos edifícios, bem como em razão da baixa resistência da camada intermediária de solo (abaixo da primeira camada de solo resistente), é imprescindível que a estaca atravesse a camada inicial e atinja a camada de solo resistente, proporcionando suporte necessário às estacas cravadas. Em uma primeira avaliação do perfil de sondagem (Figura 1), e com o conhecimento dos principais tipos de fundação, poder-se-ia induzir pela seguinte ponderação: “Nesse tipo de solo não pode ser aplicada a cravação de estacas pré-moldadas de concreto, pois, tecnicamente, precisariam de muitas estacas para atender às cargas de projeto, além disso, normalmente, os pré-moldados não atravessam a camada de difícil penetração”. O pensamento induzido de fato tem consistência, caso fosse considerado o sistema “tradicional” (com o uso somente de bate-estaca) para cravação de estacas pré-moldadas de concreto a partir do nível do terreno. Além disso, se fossem utilizadas estacas de pequenos diâmetros e, conseqüentemente, cargas baixas, seria necessária uma quantidade enorme de estacas, tornando o projeto praticamente inviável.

Desse modo, como resolver esse “problema” e fornecer a solução alternativa em pré-moldados para este caso? 07

Sobre a solução alternativa A questão principal era: como aplicar uma solução que garantisse as exigências de projeto e conseqüentemente apresentasse viabilidade para sua implementação. Sendo assim, para concorrer com a solução apresentada no projeto inicial (estacas escavadas com utilização de lama bentonítica), expuseram-se as vantagens técnicas da solução alternativa. Na solução alternativa, apresentada pela SCAC, há a associação das vantagens das estacas escavadas moldadas “in loco” com aquelas das estacas cravadas. A camada de alta resistência é atingida executando-se uma cava na qual o elemento pré-fabricado é instalado com um mínimo de vibração.

A capacidade de carga desse tipo de fundação corresponde à de uma estaca escavada, quanto ao atrito lateral e, à capacidade de uma estaca cravada, quanto à resistência de ponta. Com essa solução, é possível avaliar a capacidade de carga da estaca no instante da cravação, o que não é possível nas estacas cujo fuste é moldado “in loco”. Além disso, onde foi necessário, foram utilizadas estacas de diâmetro 80 cm (considerados diâmetros grandes no campo dos pré-moldados), para suportar cargas de 3750kN (compressão) e 550kN (tração), dados que serão expostos detalhadamente mais adiante. Sendo assim, planejou-se a logística para a aplicação detalhada da solução alternativa. A primeira etapa foi a perfuração do solo, na qual se utilizou como sistema de perfuração da cava e contenção lateral do solo o equipamento aplicado em fundações do tipo hélice contínua, em que, ao invés de concreto como é visto tradicionalmente, houve a injeção de lama bentonítica.

Figura 2 - Execução da estaca com lama bentonitica com fuste pré-moldado.

A) Perfuração da cava É importante salientar que a perfuração do solo ocorreu somente no trecho onde havia difícil penetração (cerca de 10 m de profundidade - região de SPT alto, na parte superior destacada na sondagem), detalhado na figura 2A. B) Lama bentonitica injetada Ao concluir o içamento do trado da hélice e ao vencer a camada de difícil penetração, a lama bentonítica ocupou toda escavação para a instalação do módulo pré-moldado, conforme mostrado na figura 2B. C) Instalação do fuste pré-moldada Com a contenção do solo, através da injeção de lama bentonítica, a próxima etapa foi a instalação do elemento pré-moldado com o uso de um guindaste. Nessa etapa pôde-se observar que o excesso de lama bentonítica foi expulso pelo óculo vazado, uma vez que as estacas centrifugadas SCAC têm como característica principal, proveniente de seu processo de fabricação, uma seção circular vazada uniforme ao longo de todo seu comprimento, etapa detalhada na figura 2C. D) Realização da emenda soldada A próxima etapa, ilustrada na figura 2D, foi o posicionamento do segundo módulo sobre o primeiro instalado, sendo este amarrado e suspenso no bate estaca e solidarizado através de solda dos anéis das extremidades das estacas, realizando a emenda dos módulos. E) Cravação dos elementos pré-moldados Depois de realizada a emenda dos módulos, deu-se o início do serviço de cravação com o uso do bate-estaca, conforme demonstrado na figura 2E.

Basicamente, no esquema de execução, utilizaram-se três equipamentos que permaneciam em localização estratégica: o equipamento de hélice para perfuração da cava, um guindaste para içamento e instalação do primeiro módulo de estaca na cava e o equipamento de bate-estaca para cravação da estaca até a camada de solo resistente. O bate-estaca estava localizado estrategicamente próximo ao guindaste para não haver perda de produtividade e remanejamento desnecessário de todos os equipamentos. Com o sistema integrado entre o equipamento de hélice contínua e o equipamento de bate-estaca, obteve-se uma enorme produtividade, em que, no andamento da obra, cerca de 2000 m de estacas de diâmetro 80 cm foram instalados em 20 dias.

Ao observar o sistema aplicado, é possível contestar o pensamento “tradicional “, anteriormente citado, sobre o uso de estacas pré-moldadas para atravessar camadas de difícil penetração, pois a camada com alto grau de impenetrabilidade pode ser pré-perfurada. Ademais, para suprir cargas altas, é possível utilizar estacas vazadas de concreto pré-moldado, fabricadas pelo processo de centrifugação, com grande diâmetro (80 cm), ao invés das de diâmetro 150 cm utilizadas no projeto inicial (com estacas escavadas maciças moldadas “in loco”). Para melhor entendimento sobre o quantitativo entre os dois projetos (inicial e alternativo), foram levantadas as quantidades de concreto empregadas (Tabela 1), referente às duas soluções. Outro dado relevante, é o fato de que, no projeto inicial, os comprimentos previstos eram em média de 21 m de profundidade, enquanto que, na solução alternativa, esses mesmos valores eram em média de18 m.

Realmente, observa-se na Tabela 1 que há uma diferença exorbitante na quantidade de concreto empregada nas duas soluções (aproximadamente 70%). Outra diferença significativa, além dos quantitativos entre as soluções, é a segurança, pois a monitoração da cravação na solução alternativa com o equipamento PDA (Pile Driving Analyser) e os controles de nega e repique possibilitam o conhecimento imediato da carga mobilizada em cada golpe do martelo. Através do PDA é possível estabelecer uma extrapolação para a carga de ruptura das estacas no final da cravação (ou após “set-up”), realizando-se uma prova de carga dinâmica, na qual os pontos da curva carga deslocamento são estabelecidos a partir da aplicação de energias de cravação crescentes, conforme será mostrado mais adiante na Figura 8.

PROJETO INICIAL m3

PROJETO SCAC m3

4897 1430 Tabela 1: Quantitativo de concreto dos projetos (inicial e alternativo)

Sendo assim, o comportamento futuro das estacas sob ação das cargas de trabalho pode ser visualizado, sem necessidade de realização posterior de provas de carga estática tradicionais, com custo e tempo onerosos, através do exame da curva obtida na prova de carga dinâmica. Portanto, adotando essa solução, continua-se com a cravação de cada estaca até que se constate a capacidade de carga prevista no projeto, garantindo o coeficiente de segurança mínimo, estaca por estaca. Na solução alternativa, há meios de medir o valor absoluto da capacidade de carga do conjunto estaca-solo durante a execução das estacas, obtendo uma imediata verificação da carga admissível prevista no projeto, enquanto que as moldadas “in loco” só podem ser testadas após decorrido um certo tempo de sua instalação. Dessa forma, então, questiona-se:

Caso a capacidade de carga das estacas moldadas “in loco” não seja atingida, decorrido certo tempo de sua instalação no ensaio de prova de carga, o que fazer?

RESULTADOS

Resultados No complexo empresarial RIO OFFICE PARK, foram realizadas provas de carga dinâmica com o intuito de confirmar e garantir a solução aplicada. No entanto, um outro fato relevante que vale a pena ser analisado é o comprimento cravado das estacas. Se analisarmos a sondagem da Figura 1 (trecho destacado na parte inferior) e demais sondagens, observamos que a cota do trecho de solo resistente está entre 16 e 20 m abaixo do nível do terreno. Sendo assim, espera-se que naquele trecho seja atingida a carga a ser solicitada pela estaca determinada em projeto, sem que essa sofra qualquer imprevisto (recalque ou quebra). Para tanto, é necessária a comprovação desse fato através de resultados.

ANÁLISE ESTATÍSTICA DOS COMPRIMENTOS TORRE A e B - n = 211 estacas Ø80cm

Frequências cias (%)

0 16,5

17,0

17,5

18,0

18,6

19,1

19,6

20,1

20,7

Comprimento Cravado (m) (Média = 18,6 m - Desvio Padrão = 0,7 m - CV = 4,0%)

Figura 7 Estatística dos comprimentos de estacas cravadas de diam. 80 cm.

Na Figura 7, apresenta-se o comprimento médio das estacas de diâmetro 80 cm diâmetro que possui a quantidade mais representativa na obra -, enquanto que os dados de prova de carga dinâmica são demonstrados mais adiante, na tabela 2. Conforme observado na Figura 7, o valor médio do comprimento cravado foi de 18,6 m, sendo que este valor está dentro do trecho previsto (destacado na parte inferior da sondagem). O comprimento previsto no projeto, utilizando estacas escavadas, era de 21 m de profundidade, em média.

Tabela 2- Resultado dos ensaios de carregamento dinâmico das estacas ø 80cm

Estaca

Comp. (m)

Martelo (kN)

RMX (kN)

DMX (mm)

EMX (kNm)

P11A

18,10

6040

23,00

152

3,2

P19E

20,30

6850

23,80

149

3,2

P20B

18,50

6080

21,60

10,37

3,0

P20C

18,00

6490

1990

100

2,5

P23C

16,40

6500

10,10

1191

2,5

P35C

16,40

6090

22,0

1153

3,0

Legenda: RMX Resistência máxima mobilizada pelo golpe do martelo DMX Deslocamento máximo descendente na localização dos transdutores EMX Valor máximo da energia transmitida, medida no local dos transdutores

Para compreensão dos dados apresentados na Tabela 2, é necessário apresentar os dados técnicos de projeto para analisar a importância dos resultados de forma comparativa (previsto em projeto x cravado). O projeto da solução alternativa em estacas escavadas com fuste pré-moldado, contemplava o estaqueamento de duas torres (A e B), com a seguinte quantidade de estacas e cargas admissíveis:

Altura Queda (m)

Torre A 22 estacas centrifugadas 60cm até 2200kN (compressão) e 350kN (tração) 57 estacas centrifugadas 70cm até 2750kN (compressão) e 450kN (tração) 108 estacas centrifugadas 80cm até 3750kN (compressão) e 550kN (tração)

Torre B 11 estacas centrifugadas 60cm até 2200kN (compressão) e 350kN (tração) 42 estacas centrifugadas 70cm até 2750kN (compressão) e 450kN (tração) 103 estacas centrifugadas 80cm até 3750kN (compressão) e 550kN (tração)

Ressalta-se que as cargas admissíveis do conjunto estaca-solo são bem próximas da carga admissível estrutural das estacas, comprovando uma solução otimizada. Observa-se que a carga mobilizada nas estacas de diâmetro 80 cm foi superior a 1,6 o valor de projeto (=3750kN), pois o menor valor observado de RMX foi de 6040kN, o que corresponde a um valor de coeficiente de segurança 1,61 (6040kN / 3750kN = 1,61).

Na Figura 8, são apresentadas as curvas obtidas de carga x deslocamento para as estacas de diâmetro 80 cm, sendo possível observar o comportamento praticamente linear da curva para diversas estacas ensaiadas, indicando tendência de ruptura através do elemento estrutural com valor superior a 10.000kN, e não ruptura através do solo. A linha de tendência (extrapolação da curva carga vs. deslocamento), mostrada na Figura 8, pode ser um indicativo de ruptura através do elemento estrutural. Nesses ensaios, com o emprego do equipamento PDA, os pontos da curva carga-deslocamento são estabelecidos a partir da aplicação de energia de cravação crescente. A partir dos valores das resistências medidas através do repique, realizou-se um estudo estatístico para estacas de diâmetro 80cm, obtendo-se a distribuição de freqüências e a curva de Gauss correspondente (Figura 9). Ressalta-se que o valor da resistência mínima foi superior a 1,6 vezes e a média de 2,0 vezes o valor da carga admissível.

0 0 0 0 ENSAIO DE DE CARREGAMENTO CARREGAMENTO DINÂMICO DINÂMICO ENSAIO Ø80cm n = 6 estacas Lcravado = 16,4 m m aa 20,3 20,3 m m Ø80cm - n = 6 estacas - Lcravado = 16,4 00

2000 2000

Carga Mobilizada Mobilizada RMX RMX (kN) (kN) Carga 4000 6000 8000 4000 6000 8000

10000 10000

Deslocamento amento )) Deslocamento amento DMX DMX (mm) (mm)

00 10 10

Ruptura Ruptura da da estrutura estrutura

20 20 30 30

Linha Linha de de tendência tendência do do diagrama diagrama carga carga x x deslocamento deslocamento

40 40 50 50

Ponto Ponto de de ruptura ruptura do do sistema sistema d i t

60 60

P19E P19E P35C P35C P20C P20C

70 70

P11A P11A P20B P20B P32C P32C

80 80

Figura 8 - Curvas carga mobilizada x deslocamento

ANÁLISE ESTATÍSTICA DAS RESISTÊNCIAS TORRE A e B - n = 211 estacas Ø80cm

Frequências ncias (%)

0 4.972

5.592

6.211

6.831

7.450

8.070

8.689

9.309

9.928

Resistências na Cravação - extrapolado PR (kN) Média = 7450 kN - Desvio Padrão = 826 kN Característica = 6087kN - CV = 11,0%

Figura 9 - Estatística da carga de ruptura (PR) extrapolada a partir das resistências mobilizadas na cravação.

Considerações Finais

A solução alternativa com utilização de estacas escavadas com fuste pré-moldado descrita ao longo deste caso, foi aplicada com sucesso no complexo empresarial denominado RIO OFFICE PARK, obra situada na Rua Victor Civita, nº 77, bairro da Barra da Tijuca, RJ. A solução SCAC concorreu com o projeto de fundação da obra que previa o uso de estacas escavadas com utilização de lama bentonítica. A solução alternativa foi elaborada e desenvolvida pela empresa Engenheiros Consultores Associados Consultrix S/C Ltda, em parceria com a SCAC. O grande fator de motivação da solução aplicada foi vencer o desafio oferecido pelo solo, quebrando paradigmas tradicionais, utilizando-se estacas pré-moldadas de grande diâmetro em concreto armado centrifugado e serviços com tecnologia SCAC. Este case baseia-se em informações do corpo técnico e comercial (área de fundações) e do setor de obras da SCAC, bem como nas documentações da época que foram coletadas e investigadas nos arquivos pertinentes à obra. Além disso, representa um primeiro passo no programa de divulgação técnica através de casos de obras que serão apresentados oportunamente.

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