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CONDICIONANTES GEOLÓGICOS NA CONCEPÇÃO E TRATAMENTO DAS FUNDAÇÕES DE EDIFÍCIO CORPORATIVO

Geól. Álvaro Rodrigues dos Santos
Eng. Antônio Sérgio Damasco Penna


Agradecimentos

Os autores agradecem o corpo de engenheiros e arquitetos da WTorre Properties, Demetrius De Feo, Marcos Antonio da Silva Santos, Cintia Bandeira Margarido, Alisson Luiz Pereira, pela alto grau de responsabilidade profissional demonstrado ao longo de todo projeto, atitude pela qual sempre foi priorizada a segurança técnica do empreendimento, não medindo esforços para que as operações técnicas propostas viessem a ser executadas em condições de excelência.

Introdução

A empresa WTorre Real Properties deverá inaugurar, brevemente, mais um exuberante empreendimento para escritórios comerciais em região da cidade de São Paulo (nas proximidades dos Shoppings Morumbi e Market Place) que, em um processo de recente e rápida revolução urbanística, vem se caracterizando por abrigar edifícios comerciais de grande ousadia arquitetônica e tecnológica.
Esse novo empreendimento, WTorre Morumbi, é constituído de duas torres com grande vão central interligadas por 5 passarelas de escritórios, com 29 pavimentos tipo, sendo 3 subsolos, térreo e mais 5 subsolos para garagens, compondo 143 mil metros quadrados de área construída e 90 mil metros quadrados de área locável.

Já nas prospecções iniciais de campo, a equipe projetista das fundações, detectou algumas características geológicas e geotécnicas no maciço de fundação que demandariam cuidados e soluções especiais. Pela singularidade do caso em se tratando de fundações de edifícios, considerou-se que seria de grande interesse para a engenharia brasileira a elaboração da presente nota técnica, cujo objetivo é descrever sucintamente as condições geológicas naturais encontradas e as soluções de fundação para tanto definidas.

Empresas responsáveis pelo projeto e tratamento das fundações

A empresa Damasco Penna Engenharia Geotécnica desenvolveu todos os trabalhos de prospecção de campo e de projeto das fundações, apoiada pela assessoria de geologia da ARS Geologia na interpretação do maciço rochoso e no planejamento e acompanhamento técnico do tratamento de consolidação. As injeções de calda de cimento foram executadas pela Fundesp Fundações Especiais.

Características gerais do maciço rochoso de fundação

Com as escavações executadas o empreendimento WTorre Morumbi teve suas fundações diretamente apoiadas em rochas do embasamento cristalino da Bacia Sedimentar Terciária de São Paulo.

Localmente esse embasamento é composto de um biotita gnaisse com zonas de franca migmatização. Submetido a processos neotectônicos e ataque intempérico o maciço apresenta como características marcantes alto grau de fraturamento e conturbação estrutural e elevada heterogeneidade aleatória de feições mineralógicas e petrológicas, compondo uma distribuição caótica de zonas de intensa diferenciação mineralógica, bolsões de concentração micácea (biotita), zonas com diferentes graus de alteração e intenso fraturamento com diversificadas direções e mergulhos, mostrando alguma relativa constância de sistemas sub-horizontais. Ainda que as fraturas da rocha apresentem-se mais frouxas e aliviadas na proximidade da superfície, o padrão de intenso faturamento, com eventual material de alteração de rocha no interior de fraturas, é persistente em profundidade.

As sondagens executadas pela empresa Damasco Penna Engenharia Geotécnica e os levantamentos diretos nas frentes de escavação mostraram a prevalência dos seguintes parâmetros geomecânicos:

- grau de faturamento alto – F3/F4/F5
- grau de recuperação baixo - predominância R4
- grau de alteração – predominância A1/A2
- maciço pouco coerente a coerente (C2/C3)
- IQR 26 – 50 (P) - pobre
- maciço classe III a IV




Detalhes das frentes de escavação do maciço de fundação
mostrando o alto grau de conturbação estrutural,
petrológica e intempérica do maciço de fundação




Aspectos típicos dos testemunhos de sondagem rotativa
recuperados


Conclusões e tratamentos propostos

As informações levantadas na etapa de caracterização geológico-geotécnica do maciço rochoso de fundação, considerados os baixos parâmetros geotécnicos identificados e sua aleatória distribuição no maciço, conduziram à constatação de se tratar de um quadro geotécnico que exigia cuidados especiais, especialmente considerando os altos níveis das solicitações de carga que lhe seriam impostos pelo empreendimento.

Essa percepção indicava claramente a inadequação de fundações que viessem a solicitar pontualmente o maciço, uma vez que responderiam diferenciadamente na dependência dos parâmetros de deformabilidade e elasticidade da porção rochosa eventualmente solicitada em profundidade. Essas diferentes respostas de fundações pontuais poderiam submeter a estrutura predial a esforços de difícil determinação e controle.

O equacionamento do singular problema implicou especialmente em duas linhas de solução: escolha do tipo de fundação mais adequado ao quadro geotécnico encontrado e tratamento do maciço rochoso objetivando o melhoramento de seus parâmetros geotécnicos de interesse.

Esses objetivos traduziram-se em três providências básicas adotadas pela equipe de projeto:

1 - um projeto de fundações que por sua concepção distribuísse as cargas por grande superfície, com o que as solicitações seriam transferidas ao maciço integral, evitando assim a transferência pontual de cargas para feições petrológicas críticas do ponto de vista geotécnico, como, por exemplo, uma zona de maior grau de alteração, um setor hiperfraturado ou um bolsão de grande concentração micácea. Esse objetivo foi atingido com a adoção de duas grandes sapatas/radier e a distribuição de sapatas menores periféricas.

2 - tratamento das superfícies rochosas escavadas para receber as grandes sapatas/bloco de fundação, com regularização/nivelamento do piso e taludes, consolidação de blocos superficiais de rocha, tendo como objetivo melhorar as condições de solidariedade concreto/rocha.

3 - injeções de consolidação geotécnica - calda de cimento - no maciço rochoso de fundação com os seguintes objetivos:

• majorar a qualidade dos parâmetros geotécnicos, especialmente no que se refere ao módulo de deformabilidade e à resistência à compressão;

• elevar o patamar real de tensões admissíveis;

• compor sob as sapatas-bloco uma base rochosa geotecnicamente consolidada de cerca de 8 metros de espessura de forma a aumentar a área de distribuição das cargas construtivas.

As sapatas-radier

Para promover a desejada distribuição de carga foram projetadas duas grandes sapatas-radier, com cerca de 875 m² de área cada, 4,2 metros de altura, compondo volumes aproximados de 3.650 m³. Essa condição exigiu operação cuidadosa de concretagem, em camadas.

Especificações adotadas para o tratamento superficial das escavações/fundações

Objetivos

O tratamento superficial das escavações executadas para receber as sapatas-radier teve dois objetivos principais:

- melhorar ao máximo as condições de ligação e solidariedade entre o concreto e as superfícies expostas do maciço rochoso, considerados o piso de fundação e seus taludes laterais;
- evitar o aparecimento de tensões cisalhantes inclinadas através do perfeito nivelamento/regularização do piso de fundação e da verticalização/regularização de seus taludes.

Tratamento do piso de fundação - operações

- regularização e nivelamento do piso
- limpeza grossa (incluindo varrimento, remoção mecânica e aspiração)
- limpeza fina com lavagem
- tratamento de cavidades e fraturas abertas com calda de cimento aplicada com regadores (traço da calda 1C : 1A).

Tratamento dos taludes das cavas

- regularização e verticalização dos taludes
- limpeza grossa de blocos e detritos soltos
- limpeza fina com lavagem
- projeção de argamassa de recobrimento simples


Serviços de limpeza e tratamento do piso e
taludes laterais da escavação das sapatas/bloco.


Especificações básicas para injeções de calda de cimento

Objetivo

Considerado o alto grau de fraturamento e conturbação estrutural e a elevada heterogeneidade aleatória de feições mineralógicas e petrológicas do maciço rochoso de fundação, as injeções de calda de cimento tiveram como objetivo solidarizar os elementos rochosos individualizados pelo sistema de fraturamento melhorando as condições gerais de resistência mecânica e os parâmetros de deformabilidade do maciço. Como benefício adicional a zona injetada sob as sapatas blocos constituiriam bases consolidadas capazes de melhorar a distribuição das cargas recebidas em área e profundidade.

Especificações

1) A zona do maciço a ser injetada correspondeu à seguinte seção esquemática:


2) Equipamentos básicos para execução das injeções:

- perfuratriz por roto-percussão
- bomba para água com capacidade mínima de 100 litros/min
- bomba injetora com vazão de 150l/min e pressão de 20,0kgf/cm²
- misturador/agitador de alta rotação com boa capacidade
- manômetros recém aferidos
- estabilizador de pressão
- hidrômetros recém aferidos
- tubos PVC 4”
- obturadores
- ferramentas específicas necessárias

OBS: o sistema de preparação/agitação/bombeamento da calda foi situado o mais próximo possível do ponto de injeção

3) Cimento com finura Blaine mínima de 3.200 cm²/g e percentual de finos passantes na peneira #200 superior a 98%.

4) Traço da calda 1C : 1A + 1% bentonita.

5) Fator de Sedimentação mínimo de 90%.

6) Os furos foram previamente lavados hidraulicamente de forma a evitar que detritos prejudicassem o livre fluxo da calda para o interior das fraturas. Mesmo cuidado foi dispendido para se evitar a queda de detritos pela boca do furo.

7) As injeções foram executadas com utilização de obturadores fixados na parte superior do maciço rochoso e sem a utilização de válvulas manchetes. Sob os blocos as injeções foram executadas no segmento total do furo e as injeções periféricas foram executadas em dois segmentos de igual extensão, para uma melhor administração das pressões utilizadas.

8) Com o objetivo de potencializar o alcance das áreas injetadas e de se evitar, pelo uso de pressões muito altas, eventuais desestruturações no maciço injetado, as pressões de injeção obedeceram a seguinte relação e disposições:

Injeções sob as sapata-radier

INTERVALOS

PRESSÃO  DE REFERÊNCIA
(Kg/cm²)

PRESSÃO DE ENCERRAMENTO
(Kg/cm²)

Extensão total do furo

8

20

Injeções sob sapatas periféricas

 

INTERVALOS

PRESSÃO  DE REFERÊNCIA
(Kg/cm²)

PRESSÃO MÁXIMA DE ENCERRAMENTO
(Kg/cm²)

Segmento inferior

8

20

Segmento superior

8

10



OBS:
a – A cota de fundo das injeções situou-se a 8 metros abaixo da cota de fundo das escavações dos blocos.
b - O furo foi dado como injetado quando sob pressão de encerramento não tenha tomado calda por 10 minutos consecutivos.

9) Testes preliminares realizados indicaram a conveniência de uma malha de injeções com espaçamento de 3,50m. Por conveniência de adequação com as ferragens de armadura do bloco, já que as injeções foram executadas após a concretagem das sapatas radier e das sapatas periféricas, adotou-se uma malha com espaçamento de 3,20m, com possibilidade de adoção de malha intermediária de 1,60m.

10) Espaçamento e Sequência das injeções. As injeções foram executadas em malha quadrada de 3,20 metros obedecendo o seguinte esquema:

1 7 2 8 3
4 9 5 10 6

11) As injeções foram registradas e documentadas em boletins individuais nos quais constaram: número do furo, cota da boca, diâmetro do tubo, data, intervalos injetados, tempo de injeção por intervalo, pressões máximas utilizadas, traço da calda, volume de calda injetado por intervalo, peso de cimento utilizado, ocorrências.

12) Terminada a injeção os furos foram totalmente preenchidos por calda de maior densidade e em sequência lacrados.

Injeções: alguns aspectos executivos

1) Devido a necessidades logísticas do empreendimento as injeções somente puderam ser iniciadas após a concretagem das sapatas e erguimento dos primeiros pavimentos;

2) Com o objetivo de evitar a necessidade de perfuração das sapatas no momento da execução das injeções foram deixados tubos de PVC nos pontos de injeção, de tal forma que a perfuratriz tivesse acesso direto ao maciço rochoso;

3) Alguns casos de deformações ocorridas em alguns desses tubos quando da concretagem implicaram na utilização de tubos contíguos para a execução das respectivas injeções;

4) Como mostra a planta anexada o fechamento de alguns compartimentos do primeiro pavimento por paredes de concreto e, em outros casos, restrições de altura para a operação livre dos equipamentos de perfuração, impediram a execução de algumas das injeções programadas;

5) Nas primeiras injeções experimentou-se o posicionamento do obturador no interior do tubo de PVC. Neste arranjo observou-se uma grande fuga de calda de cimento para a interface sapata-bloco/maciço rochoso, o que propiciou intercomunicação entre furos. Essa fuga de calda indicou que restaram vazios nessa interface quando da concretagem do bloco. Uma vez detectados esses vazios decidiu-se pela oportunidade de utilização das injeções para obturá-los devidamente, o que foi possível com o selamento dos furos próximos ao da injeção para se evitar a intercomunicação.

6) Ainda que nos furos em que o obturador foi posicionado dentro do tubo de PVC parte da calda tenha sido absorvida pelo maciço, essa parcela, por não poder ser devidamente quantificável, não foi considerada para o cálculo dos totais de calda injetados no maciço;

7) Após a obturação dos vazios da interface bloco/maciço os obturadores foram posicionados na parte superior do maciço rochoso, o que garantiu que toda a calda injetada fosse destinada ao preenchimento das fraturas do maciço;

8) As normais dificuldades descritas, próprias de uma obra dessa complexidade executiva, não afetaram o resultado final obtido pela campanha de injeções.


Tubos guias de PVC aparentes junto às sapatas periféricas


Perfuratriz em operação sobre a superfície do bloco-radier


Bomba hidráulica e equipamentos misturadores de calda em operação no local

Avaliação dos resultados alcançados no tratamento do maciço rochoso

Tratamento superficial das fundações

Empresa responsável: T&S Engenharia. Os trabalhos realizados foram considerados de alta qualidade, o que resultou em uma superfície rochosa, piso e taludes, limpa, regularizada e consolidada, condição essencial para uma perfeita solidariedade e aderência concreto/rocha.

Tratamento por injeções de calda de cimento

Empresa executora: Fundesp – Fundações Especiais Ltda. Os resultados obtidos nas injeções no maciço rochoso nas alas A e B, tanto abaixo da projeção da sapata-bloco, como nas sapatas periféricas, atestam a correção da decisão em se promover a campanha de injeções e o pleno sucesso nos objetivos definidos para a consolidação geotécnica da região injetada.

Refletindo regiões menos ou mais estruturalmente conturbadas do maciço, em alguns sub-setores foram atingidas médias de volume injetado superiores a 400 litros por furo, sendo que no cômputo geral foi atingida a média de 183 litros de calda injetados por furo na Ala A e a média de 283 litros na Ala B.

Para se ter uma idéia da extensão do tratamento conseguido, observe-se que, tendo 0,05 cm como valor médio da espessura das fraturas encontradas no maciço rochoso, conclui-se que 1 litro de calda injetado cobre uma superfície de 2m², do que se infere que 200 litros injetados cobrem uma superfície de fraturas da ordem de 400m².

Mesmo considerando as restrições executivas expostas no item anterior, e tendo em conta o espaçamento médio de 3,20 metros entre os pontos de injeção, conclui-se da expressão dos resultados alcançados, o que assegura que as injeções propiciaram atingir um patamar de qualidade geotécnica superior para o maciço rochoso de fundação, especialmente no que se refere ao seu módulo de deformalidade e à sua resistência à compressão e, por decorrência, de suas tensões máximas admissíveis. Da mesma forma, ao colaborar por compor uma base rochosa geotecnicamente consolidada de cerca de 8 metros de espessura sob a base da sapata-radier e sapatas periféricas, agrega-se o benefício geotécnico derivado do aumento da área de distribuição das cargas construtivas.

Por fim, do resultado alcançado pelo tratamento do maciço com injeções de calda do cimento deduz-se que eventuais parcelas de recalque devidas a deformações do maciço rochoso de fundação serão mínimas, como certamente comprovará o sistema de monitoramento instalado sob orientação da empresa Damasco Penna.

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