Revista FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS www.rudders.com.br
Ano 6 Nº 64 R$ 27,00
Janeiro de 2016
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Ano 6 – Nº 64 – Janeiro de 2016
TUNNEL LINER: MÉTODO NÃO DESTRUTIVO SE DESTACA POR SUA APLICABILIDADE, PRATICIDADE EXECUTIVA, RESISTÊNCIA A CARGAS ATUANTES E ELEVADA DURABILIDADE GEOGRELHAS EM APLICAÇÕES VIÁRIAS: USO TRAZ VANTAGENS COMO A DIMINUIÇÃO DA QUANTIDADE DE SOLO TRABALHADO E EVITA A TROCA DE SOLOS MOLES DE FUNDAÇÕES
DESTAQUE
A IMPORTÂNCIA DAS NOVAS TECNOLOGIAS PARA UM PAÍS EM DESENVOLVIMENTO Profissionais experientes apresentam suas percepções sobre a dinâmica dos avanços na área geotécnica
Arquivo Huesker
Por Dellana Wolney
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Embora o Brasil seja um país influente, principalmente nas áreas que envolvem a geotecnia, dentre as diversas novas formas de produção que as empresas do setor têm investido, aparece fortemente o emprego de novas tecnologias, consideradas acima de tudo uma alternativa para a melhoria do desempenho da empresa, e para que ela possa se diferenciar em um mercado cada vez mais competitivo. No entanto, por impossibilidades técnicas, custo de importação, indisponibilidade de área entre outros fatores,
mesmo em constante desenvolvimento, o Brasil ainda deixa de importar soluções que poderiam ser adaptadas e empregadas em nossas obras. Muitas vezes, a tecnologia é lançada no mercado nacional, porém por falta de popularização ela fica estagnada, embora seja eficiente e economicamente viável. Neste contexto, os profissionais relatam suas experiências com tecnologias ainda indisponíveis, mas que seriam viáveis no Brasil, e disponíveis, mas ainda com pouca visibilidade no mercado nacional.
Arquivo Pessoal
PARA QUE QUALQUER SEGMENTO SE DESENVOLVA É PRECISO CRIAR, IDEALIZAR E ATÉ MESMO IMPORTAR TÉCNICAS, PRODUTOS, TECNOLOGIAS E/OU EQUIPAMENTOS DE OUTROS PAÍSES. NA ÁREA DE GEOTECNIA E FUNDAÇÕES NÃO É DIFERENTE, PORÉM MUITAS TECNOLOGIAS QUE OS PROFISSIONAIS BRASILEIROS JÁ EXPERIENTES INTERNACIONALMENTE CONHECEM AINDA NÃO CHEGARAM AO BRASIL, MAS PODERIAM SER ADAPTADAS E MUITO BEM UTILIZADAS AQUI. DESTA FORMA, TENDO POR BASE OS CONHECIMENTOS E AS EXPERIÊNCIAS QUE POSSUEM, EXISTE ALGUMA TECNOLOGIA, PRODUTO, TÉCNICA E/OU EQUIPAMENTO NA ÁREA DE FUNDAÇÕES E GEOTECNIA QUE AINDA NÃO É UTILIZADO NO BRASIL, MAS QUE PODERIA SER VIÁVEL E ADAPTÁVEL PARA AS NOSSAS NECESSIDADES?
A necessidade de ampliar e diversificar a matriz energética no Brasil ficou mais evidente nos últimos anos em função da seca. O baixo nível dos reservatórios reduziu a produção de energia decorrente de fonte hidrelétrica. A demanda tem sido suprida por fonte termoelétrica, que além de ser cara é muito poluente. Nesse cenário, a energia eólica é uma fonte de energia competitiva. Como parâmetro, um único moderno aerogerador tem capacidade de até 5 MW e a tecnologia industrial tem aumentado esse limite constantemente. As torres estão ficando mais altas podendo ultrapassar 100 m. No Brasil, os parques eólicos estão sendo construídos onshore, ao longo da costa e concentrados nas regiões Sul e Nordeste. As fundações mais comuns são sapatas e blocos estaqueados, além de fundações especiais. As dimensões são diferentes das fundações para obras correntes, pois as sapatas podem, por exemplo, ter
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entre 10 m e 30 m de diâmetro e os blocos podem ser compostos por 15 a 30 estacas. Os carregamentos que as fundações de torres eólicas estão submetidas são de grandes magnitudes e, além disso, também têm características diferentes das fundações tradicionais. O vento e a operação da turbina geram cargas importantes e que dada a determinada altura, transferem momentos elevadíssimos às fundações. Adicionalmente esses carregamentos são cíclicos e sujeitos às variações climáticas, tal como ventos extremos, tornados etc. Estas fundações submetidas a carregamentos cíclicos estão sujeitas à degradação da sua capacidade de suporte e a deformação permanente acumulada ao longo das solicitações cíclicas. O entendimento efetivo do fenômeno de fadiga solo-fundação ainda não está totalmente definido, mas há muita pesquisa sendo desenvolvida. Há evidências de que a capacidade de carga axial estática de uma estaca pode aumentar ou reduzir, dependendo da relação entre a carga cíclica e a capacidade estática inicial. Assim, a ciclagem sob baixas cargas não gera prejuízo, podendo até haver ganho, porém, ao ultrapassar uma determinada fração da carga estática, pode ocorrer uma grande perda de resistência. Projetos realizados sem estudo de carregamento cíclico podem causar danos às
Arquivo Pessoal
fundações e, consequentemente, às torres e aos aerogeradores a longo prazo. Muitos países europeus, como Inglaterra, Alemanha, Dinamarca, Holanda, Suíça, dentre outros, constroem os parques eólicos offshore. A realidade europeia em relação à disponibilidade de área é bem diferente do Brasil. A tecnologia de fundações offshore para torres eólicas foi herdada e adaptada da indústria de petróleo. A fundação mais usada hoje para suportar os aerogeradores offshore é a monopile (uma única estaca metálica de grandes dimensões), seguido de fundação de gravidade (radier), tripod, jacket e fundação flutuante. As fundações offshore são mais caras, porque são especiais, o processo construtivo é mais complexo e há carregamento adicional decorrente do mar e das condições ambientais. Entretanto, pode ser uma realidade necessária no futuro, caso o Brasil aumente muito sua produção de energia eólica, associado com a ocupação das áreas potencialmente produtoras por outras atividades. É importante que as instituições de ensino, pesquisa e os projetistas se preparem para trabalhar nessa área. Marcos Massao Futai é engenheiro civil pela UFMT (Universidade Federal de Mato Grosso), possui mestrado e doutorado em Engenharia Civil pela UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro). Atualmente é professor do Departamento de Estruturas e Geotecnia e do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Poli-USP (Escola Politécnica da Universidade de São Paulo) e faz pós-doutorado (Academic Visitor) na University of Cambridge, Inglaterra, pesquisando fundações de torres eólicas. Foi presidente do Núcleo Regional de São Paulo da ABMS (Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica), possui mais de 120 artigos publicados em congressos e revistas, orientou 19 alunos de pós-graduação e tem projetos financiados por orgão d órgãos de fomento à pesquisa e também pela indústria.
Toda inovação quebra dogmas, paradigmas e promove rupturas com as rotinas consagradas e estabelecidas gerando naturalmente resistências. Enxergar novas metodologias e criar novos modelos a partir da análise de velhos procedimentos adotados pela engenharia geotécnica é a inovação que, felizmente, recicla a engenharia geotécnica e vence as resistências intrínsecas às alterações e ao novo. Na engenharia geotécnica muitos profissionais e pesquisadores se dedicam na identificação das variáveis e das condicionantes dos consagrados velhos processos e dos problemas. A partir desse entendimento, desenvolvem- se novas ferramentas ou processos que melhoram ou so-
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lucionam os antigos procedimentos e problemas. Quanto às novas cito duas tecnologias e uma metodologia que podem contribuir para a melhoria da produtividade, confiabilidade e redução dos custos. O sistema Voton® HSP Foundation consiste na execução de estacas de concreto de pequenos diâmetros com velocidade de execução surpreendente, pois dependendo das condições podem ser executadas até 3.000 m de estacas com um único equipamento. A alta produtividade faz com que os custos unitários se mantenham relativamente baixos. A solução é adotada principalmente na Holanda e na Alemanha desde 2001 e foi idealizada a partir da observação da execução de estacas metálicas de deslocamentos por meio da utilização de martelos vibratórios, no qual o principal empecilho era o custo. Adaptando-se principalmente na substituição das estacas tradicionalmente utilizadas nos aterros estaqueados, pisos industriais e fundações para habitações populares, dependendo das condições geotécnicas, particularmente da resistência não drenada. O processo é totalmente automatizado, controlado e monitorado por um software específico que registra todas as variáveis do processo e forças envolvidas, por exemplo, a necessária para a cravação do tubo revestimento da estaca. Já o sistema EBI (Expander Body Incotec®) consiste na instalação de um cilindro metálico sanfonado na ponta da estaca escavada ou de deslocamento. Uma vez instalado, o cilindro é expandido por meio da injeção de argamassa pressurizado, consequentemente compactando o solo circundante. Todo o processo é monitorado por meio de um software especificamente desenvolvido para controlar o processo. O método vem sendo utilizado com sucesso nos últimos 20 anos e surgiu a partir da observação do processo executivo utilizado nas ancoragens com corpos expansivos. O método se adapta a maioria dos solos e sua instalação é versátil, permitindo a utilização de vários sistemas, por exemplo, pode ser instalado na base de estacas raízes, estacas tipo hélice contínua, estacas de deslocamento entre outros. O volume da argamassa necessária para a expansão e a pressão correspondente são medidas e controladas para garantir a capacidade máxima de carga para cada estaca. Depois da primeira injeção e expansão do corpo expansivo ocorre um descolamento do corpo do fundo da estaca, produzindo um vazio que é preenchido por meio de um segundo nível de injeção abaixo do corpo expansivo. A capacidade da estaca é acrescida por meio do aumento de área da base das estacas e da compactação do solo circundante que adiciona a rigidez na ponta das estacas. A medodologia SCCAP (Racionalidade de Materiais e Confiabilidade) embora seja amplamente divulgada no meio técnico brasileiro é pouco utilizada, mesmo com o ganho de confiabilidade e segurança que ela propicia. Ela foi desenvolvida para o controle da execução de estaqueamentos tipo hélice contínua e embasou-se na lei de conservação de energia, um dos fundamentos da física clássica, para quantificar a energia necessária ou o trabalho realizado para escavar cada estaca do estaqueamento.
Arquivo Voton Arquivo Incotec
Sistema Voton® HSP foundation
tware específico, o SACI DeepControl®, a metodologia possibilita, por meio do controle da energia demandada, a correção de procedimentos e de profundidade de cada estaca aumentando a confiabilidade e mitigando o risco inerente a qualquer estaqueamento. O modelo apresentado na foto 05 foi baseado em resultados de NSPT (Índice de Resistência à Penetração), sondagem realizada em maciço com grande variabilidade, e no comprimento das estacas tipo hélice contínua, cuja execução foi controlada por meio da Metodologia SCCAP. No caso, o comprimento das estacas foi controlado durante a execução pela metodologia, garantindo que suas bases estivessem assentes em uma superfície resistente equivalente a uma capacidade de carga de 1.000 KN, igual a um NSPT > 45 golpes. Ela possibilitou a uniformização das estacas em termos de capacidade de carga e, consequentemente de deformabilidade. Nos três casos apresentados, a inovação está presente pelo entendimento dos processos e pela identificação das variáveis fundamentais a cada método. A partir desse entendimento foram propostas procedimentos que desde a aplicação de princípios físicos e estatísticos permitissem o desenvolvimento de novos sistemas e uma metodologia totalmente informatizados que possibilitam o monitoramento, a rastreabilidade e a validação de cada estaca em termos de capacidade de carga e deformabilidade. Carlos Medeiros é engenheiro civil pela UnB (Universidade de Brasília) e possui doutorado em Geotecnia e Fundações pela mesma universidade. Atualmente é coordenador das Comissões Técnicas da ABMS, diretor-técnico da empresa EMBRE Engenharia e Fundações e do LTEC (Laboratório de Solos). Foi responsável técnico por mais de 3.000 obras e possui publicação de aproximadamente 40 trabalhos técnicos em congressos e periódicos no Brasil e no exterior.
Arquivo Pessoal
Arquivo Geodigitus
Sistema Expander Body Incotec®
Metodologia SCCAP, SACI DeepControl
Desde a quantificação da energia e de sua relação com a capacidade de carga e deformabilidade da estaca, foram desenvolvidas rotinas e propostos critérios para a aceitação das estacas, baseados nas características estatísticas da população ou de uma amostra de energia retirada do próprio estaqueamento. Incorporada ao monitoramento da execução das estacas tipo hélice contínua por um sof7 • FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS
Na engenharia civil, assim como na área geotécnica, as soluções empregadas em projeto e as técnicas construtivas estão sempre em desenvolvimento. A facilidade de acesso aos pesquisadores, profissionais e empresas em todo o mundo, garantida pela grande mobilidade das pessoas e pelos diversos recursos tecnológicos de comunicação disponíveis hoje têm acelerado muito este processo. Novas técnicas estão constantemente entrando no País e nessa etapa iniciam um processo de grande esforço para se estabelecer e perdurar. Cabe ressaltar, no entanto, que as disciplinas de mecânica dos solos e fundações no Brasil estão muito bem consolidadas há décadas. O Brasil, por meio de reno-
mados especialistas e empresas de elevada capacidade, tornou-se uma importante referência em geotecnia para todo o mundo e gera muito conhecimento e desenvolvimento relevantes. Da mesma forma, nossos geotécnicos têm acesso aos desenvolvimentos gerados fora e se incumbem de trazer as novidades e inovações para empregar nos projetos nacionais. O Brasil é, portanto, um importador e um respeitável exportador de conhecimento neste segmento. O papel de permitir a troca de experiência em torno das novas técnicas e dos avanços mais contemporâneos é cumprido por diversos meios. A este fim se prestam os congressos e as revistas técnicas internacionais, as diversas mídias de divulgação especializadas, as associações de representação, por meio de convênios e intercâmbios com suas semelhantes, entre outros. Cada vez é mais comum o translado de profissionais em diversos itinerários extranacionais que são chamados a trabalhar em projetos e pesquisas fora de seu território, trazendo conhecimento agregado no seu retorno. A empresa Huesker atua diretamente neste setor. Geotecnia, em particular a disciplina de solos moles, é um nicho de grande relevância para a empresa. A companhia disponibiliza produtos de reforço geotécnico que se empregam em distintas técnicas de melhoramento, reforço e estabilização de solos moles para construção de aterros e conhece bem este fenômeno. Por se tratar de uma empresa multinacional e de grande peso no segmento de produtos geossintéticos, participa ativamente do desenvolvimento de novas técnicas, bem como do processo de propagação do conhecimento e de exportação de ideias inovadoras. Entre as técnicas construtivas para aterros em solos moles promovidas pela Huesker, uma em particular encontra-se sob a ótica da geotecnia brasileira em um estágio muito aderente com o tema em discussão. Trata-se da técnica de melhoramento de solos através do emprego de colunas granulares encamisadas, conhecidas por aqui como “Colunas Ringtrac”. Com pouco mais de 20 anos de concepção da técnica na Alemanha e quase 10 anos de divulgação no Brasil, ainda não se pode considerar esta uma tecnologia amplamente consolidada. Não por falta de domínio da técnica, mas, especialmente, por falta de massificação ou popularização do conhecimento de sua existência. Vale destacar que a segunda maior obra do mundo até o momento em termos de quantidade utilizada, um projeto realmente de grande porte e de grandes volumes, foi realizada em terras brasileiras, entre os anos de 2008 e 2010. Na conhecida obra de implantação da CSA (Companhia Siderúrgica do Atlântico) em Itaguaí no Estado do Rio de Janeiro, mais de 300 mil metros de Colunas Ringtrac foram utilizadas, com grande êxito em todos os aspectos. Outros projetos contemplando Colunas Ringtrac, igualmente interessantes do ponto de vista técnico, porém de menor porte que este da CSA, foram executados no Brasil, antes e depois desta obra tão marcante. Ainda assim, mesmo já havendo uma boa coleção de referências nacionais de sucesso, todas elas amplamente divulga8 • FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS
das no meio geotécnico, não se pode considerar que já se trata de uma técnica completamente estabelecida no mercado. Poucos são os especialistas que conhecem a técnica a fundo e muitos são os técnicos que desconhecem esta alternativa. Os benefícios e as vantagens perante outros meios substitutos, em diversos casos, são perceptíveis e significativos. De maneira geral, as Colunas Ringtrac configuram uma técnica construtiva de custo competitivo e de aplicação muito ampla. A técnica viabiliza o tratamento do solo mole de maneira muito eficiente, empregando significativo aporte estrutural ao terreno e estabilidade quanto a recalques de curto e de longo prazo. Todas estas alternativas não exigem grandes volumes de solo de jazida e sem qualquer necessidade de retirada de solo mole e geração de bota-fora. E sua característica mais predominante é a elevada velocidade de instalação resultante da simplicidade do procedimento de execução. No entanto, ainda são muitos os projetos geotécnicos que poderiam, mas não contemplam o emprego desta técnica como solução. De maneira geral, esta constatação pode-se explicar pela “Lei dos 10 anos”. Diz-se que no comércio, uma nova loja deve esperar até 10 anos para que as pessoas, potenciais clientes, garantidamente deixem de passar por ela sem perceber ali a sua existência. No âmbito da geotecnia não deve ser diferente. Ao longo de 10 anos, talvez pouco mais ou pouco menos, uma série de fatores devem se desenvolver e se equilibrar para que uma nova técnica, uma inovação notadamente vantajosa, possa se estabelecer na comunidade técnica e no setor produtivo. A solução deve ser bem entendida na sua aplicabilidade (bem como nas suas limitações), as metodologias de análise e dimensionamento devem ser dominadas pelos profissionais de projeto, as empresas fornecedoras de materiais, equipamentos e serviços de execução devem estar disponíveis e dispostas a incorporá-la e seguras para oferecê-la, e os órgãos reguladores devem estar abertos a aceitá-la. Outro fator importante é a atuação proativa dos profissionais do setor, pela divulgação dos desenvolvimentos em congressos e revistas especializadas, mídias diversas, entre outros. Isso tende a acelerar e contribuir muito para o avanço tecnológico e é ótimo para a sociedade, valendo para qualquer setor. É verdade que instabilidades políticas, cenários econômicos desfavoráveis e outros elementos externos podem atrapalhar. Mas não devem ser os principais entraves. Acima de tudo, não há muito como escapar, deve-se aguardar sempre que se estabeleça a “Lei dos 10 anos”. André Estêvão Silva é engenheiro de infraestrutura aeronáutica pelo ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica) em 1998, mestre em Infraestrutura de Transportes, também pela mesma instituição, em 2003. Atualmente é diretor de desenvolvimento e mercado da Huesker e presidente da IGS- Brasil (Associação Brasileira de Geossintéticos). É autor de mais de 30 artigos publicados em revistas e congressos nacionais e internacionais.
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