MARIA CRISTINA NAKANO MÜLLER
REBAIXAMENTO DE LENÇOL FREÁTICO:
INDICAÇÕES, MÉTODOS E IMPACTOS
DECORRENTES.
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado
à
Universidade
Anhembi Morumbi no âmbito do
Curso de Engenharia Civil com
ênfase Ambiental.
SÃO PAULO
2004
MARIA CRISTINA NAKANO MÜLLER
REBAIXAMENTO DE LENÇOL FREÁTICO:
INDICAÇÕES, MÉTODOS E IMPACTOS
DECORRENTES.
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado
à
Universidade
Anhembi Morumbi no âmbito do
Curso de Engenharia Civil com
ênfase Ambiental.
Orientador:
Prof. Dra. Gisleine Coelho de
Campos
SÃO PAULO
2004
i
AGRADECIMENTOS
Agradeço a minha mãe e ao meu irmão por todo apoio, carinho e compreensão em
todos os momentos de minha vida. Amo vocês.
Ao meu pai (in memoriam) que muito me incentivou e apoiou quando precisei,
sempre com carinho e dedicação.
Agradeço também a minha orientadora Professora Doutora Gisleine Coelho de
Campos pelas sugestões, críticas e correções construtivas.
E a todos os professores que compartilharam seus conhecimentos com seus alunos,
sempre nos incentivando e motivando.
ii
RESUMO
O sistema de rebaixamento do lençol freático é normalmente utilizado para melhorar
as condições do solo para a execução de escavação, estabilização de solo e obras
subterrâneas, podendo ser temporário, na maioria dos casos, ou permanente. Em
muitos casos a aplicação do sistema é essencial para viabilizar a obra.
Este trabalho aborda os sistemas para a execução de rebaixamentos de lençol
freático por bombeamento direto, ponteiras filtrantes, poços profundos, drenagem
por eletrosmose, drenos e galeria de drenagem, suas técnicas construtivas,
equipamentos e materiais, metodologias, indicações, aplicabilidades e
conseqüências e impactos que essa obra pode acarretar.
O estudo sobre o Edifício Conde de Sarzedas demonstrou, na prática, a
implantação, escolha, aplicação e funcionamento de um sistema de rebaixamento de
lençol freático por ponteiras filtrantes.
O estudo sobre a Estação de Tratamento de Esgoto São João – Navegantes
demonstrou a aplicação do sistema de rebaixamento por poços profundos para
viabilizar uma escavação profunda em solos moles, necessária para a construção da
elevatória.
Palavras Chave: rebaixamento; lençol freático; ponteiras filtrantes.
iii
ABSTRACT
Lowering of water table systems are usually used to improve soil characteristics and
make possible the excavations, soil stabilization and some types of underground
structures.
There are many methods to lower the water table. The main ones are: well points,
deep wells, eletro-osmosis and filtering drains. These methods are described in this
paper, with emphasis on the apparatuses, materials and procedures usually used in
real cases. Environmental impacts are also presented.
Two cases are presented to illustrate the paper: the first one is about a well point
system, installed in Conde de Sarzedas building, and the second describes deep
wells in soft soil of Navegantes city.
Key Words: lowering; water table; well points
iv
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 5.1: Sistema de rebaixamento por bombeamento direto..................................9
Figura 5.2: Bombeamento direto com utilização de filtros.........................................10
Figura 5.3: Bombeamento direto com utilização de dreno horizontal profundo.........11
Figura 5.4: Escavação em terreno permeável com diferença de carga ....................12
Figura 5.5: Escavação em terreno permeável com subpressão da água..................13
Figura 5.6: Escavação da vala e esgotamento por bombeamento............................14
Figura 5.7: Remoção do maciço interno com esgotamento da vala..........................15
Figura 5.8: Esquema de funcionamento de uma câmara de vácuo ..........................17
Figura 5.9: Planta esquemática de locação do sistema ............................................19
Figura 5.10: Esquema básico do processo de perfuração de poços.........................20
Figura 5.11: Esquema de instalação das ponteiras filtrantes em um estágio............21
Figura 5.12: Instalação de ponteiras .........................................................................21
Figura 5.13: Sistema de rebaixamento por ponteiras em funcionamento .................22
Figura 5.14: Esquema de instalação das ponteiras filtrantes em dois estágios ........24
Figura 5.15: Esquema de instalação das ponteiras filtrantes em três estágios .........24
Figura 5.16: Detalhes do injetor ................................................................................26
Figura 5.17: Sistema de rebaixamento com tubos paralelos.....................................27
Figura 5.18: Sistema de rebaixamento com tubos concêntricos ...............................28
Figura 5.19: Vista geral do sistema de rebaixamento por injetores...........................30
Figura 5.20: Poço de bombeamento com bomba submersível .................................32
Figura 5.21: Sistema de rebaixamento com drenagem por eletrosmose ..................35
Figura 5.22: Dreno horizontal profundo.....................................................................38
Figura 5.23: Aplicabilidade geral do sistema de rebaixamento do lençol freático .....44
Figura 6.1: Sistema de rebaixamento instalado no Ed. Com. Conde de Sarzedas ...51
Figura 6.2: Instalação da bomba de vácuo e tubulação de descarga .......................52
Figura 6.3: Edificação vizinha ao rebaixamento ........................................................55
Figura 6.4: Perfil geológico........................................................................................57
Figura 6.5: Escavação da elevatória de esgoto bruto ...............................................58
Figura 6.6: Projeto prévio do sistema de rebaixamento ............................................63
Figura 6.7: Projeto final do sistema de rebaixamento ...............................................64
v
Figura 6.8: Perfil de um poço de bombeamento........................................................65
Figura 6.9: Poço de bombeamento PB01 .................................................................66
Figura 6.10: Poço de recarga ....................................................................................67
vi
LISTA DE TABELAS
Tabela 5.1: Aplicabilidade de sistemas de rebaixamento..........................................46
Tabela 6.1: Resultados da simulação do rebaixamento............................................61
vii
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO.....................................................................................................1
2
OBJETIVOS.........................................................................................................3
2.1
Objetivo Geral............................................................................................................. 3
2.2
Objetivo Específico ................................................................................................... 3
3
METODOLOGIA DA PESQUISA ........................................................................4
4
JUSTIFICATIVA ..................................................................................................5
5
REBAIXAMENTO DO LENÇOL FREÁTICO.......................................................6
5.1
Histórico....................................................................................................................... 7
5.2
Métodos para Rebaixamento de Lençol Freático ............................................. 8
5.2.1
Bombeamento Direto .......................................................................................... 8
5.2.1.1 Inconvenientes ............................................................................................... 10
5.2.1.2 Execução......................................................................................................... 13
5.2.2
Ponteiras filtrantes ............................................................................................. 15
5.2.2.1 Ponteiras ......................................................................................................... 16
5.2.2.2 Câmara de vácuo........................................................................................... 16
5.2.2.3 Bomba de vácuo ............................................................................................ 18
5.2.2.4 Execução......................................................................................................... 18
5.2.3
Poços profundos ................................................................................................ 25
5.2.3.1 Injetores........................................................................................................... 25
5.2.3.2 Bombas de recalque submersas................................................................. 31
5.2.4
Drenagem por eletrosmose.............................................................................. 34
5.2.5
Drenos ................................................................................................................. 36
5.2.5.1 Drenos de alívio ............................................................................................. 36
5.2.5.2 Drenos horizontais profundos ...................................................................... 37
5.2.6
Galeria de drenagem......................................................................................... 39
viii
5.3
Rebaixamento do Lençol Freático Temporário ou Permanente ................. 40
5.4
Operação e Controle de Desempenho............................................................... 41
5.5
Escolha do Sistema de Rebaixamento do Lençol Freático ......................... 42
5.6
Conseqüências e Impactos Decorrentes do Rebaixamento........................ 47
6
ESTUDO DE CASO ...........................................................................................49
6.1
Edifício Comercial Conde de Sarzedas ............................................................. 49
6.1.1
Rebaixamento do lençol freático ..................................................................... 50
6.1.2
Análise crítica ..................................................................................................... 53
6.2
Estação de Tratamento de Esgoto São João - Navegantes......................... 56
6.2.1
Caracterização do local e da obra .................................................................. 56
6.2.2
Análise de estabilidade ..................................................................................... 58
6.2.3
Sistema de rebaixamento de lençol freático ................................................. 59
6.2.3.1 Dimensionamento .......................................................................................... 60
6.2.3.2 Execução......................................................................................................... 65
6.2.3.3 Monitoramento do sistema de rebaixamento ............................................ 68
6.2.4
7
Análise crítica ..................................................................................................... 69
CONCLUSÕES..................................................................................................70
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................73
1
1 INTRODUÇÃO
Para a engenharia civil é de grande importância o conhecimento e o estudo sobre a
água. As águas superficiais alteram o relevo, geram energia e abastecimento. As
águas subterrâneas também são utilizadas para o abastecimento e conferem e
alteram propriedades ao solo onde serão construídas as edificações.
Os aqüíferos encontram-se em profundidades variadas, dependendo do local e
topografia. Quando não são muito profundos, muitas vezes interferem nas obras que
são executadas abaixo da superfície como a construção de subsolos, infra-estrutura
subterrânea, túneis, entre outras.
Quando ocorre essa situação, o rebaixamento do lençol freático é uma técnica muito
utilizada, podendo ser temporário ou permanente.
Existem alguns métodos de rebaixamento de lençol freático, sendo os mais
utilizados:
-
Bombeamento direto
-
Ponteiras filtrantes
-
Poços profundos
-
Drenagem por eletrosmose
-
Drenos verticais de alívio
-
Drenos horizontais profundos
2
-
Galeria de drenagem
Porém, dependendo da geologia da região, o efeito do rebaixamento pode atingir
grandes distâncias, causando efeitos indesejáveis.
O rebaixamento diminui a umidade média e conseqüentemente a pressão neutra do
solo, provocando adensamento do terreno, ou seja, o solo pode ceder e recalcar.
Para a execução do Edifício Comercial Conde de Sarzedas, localizado no bairro da
Liberdade, foi necessário utilizar o sistema temporário de rebaixamento do lençol
freático, por ponteiras filtrantes, próximo à divisa do terreno. Para viabilizar a
escavação e construção de uma elevatória na Estação de Tratamento de Esgotos
em São João - Navegantes, foi utilizado o sistema temporário de rebaixamento por
poços profundos. Estes casos foram abordados no capítulo 6.
3
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Em todo projeto de obra subterrânea é fundamental o conhecimento do tipo de solo
e do nível do lençol freático. Existe a preocupação com as interferências que a água
pode causar durante e após o término da obra. Devido a esse fato é fundamental um
estudo detalhado para adequar o projeto e a obra utilizando os recursos de
rebaixamento do lençol freático quando necessário.
2.2 Objetivo Específico
O rebaixamento de lençol freático ocasiona alteração nas pressões atuantes no solo,
o que pode produzir efeitos indesejáveis. O objetivo deste trabalho é descrever os
métodos existentes de rebaixamento do lençol freático, as suas indicações e os
impactos decorrentes de sua utilização.
4
3 METODOLOGIA DA PESQUISA
A metodologia da pesquisa adotada na elaboração deste trabalho foi composta por
diversas fontes.
Os conceitos básicos, fundamentos teóricos e soluções de rebaixamento do lençol
freático foram extraídos de revistas e livros técnicos.
Para informações adicionais e desenvolvimento da pesquisa foram realizadas
consultas à “sites” de empresas especializadas e artigos técnicos de revistas e anais
de seminário.
Para o estudo de caso foram utilizados anais de seminário e informações fornecidas
pela empresa executora da obra e visitas técnicas.
5
4 JUSTIFICATIVA
Todas as soluções referentes à fundação, escavação e obras subterrâneas sempre
irão depender das condições do solo em que serão executadas. Através dos estudos
geológicos e geotécnicos podem-se conhecer essas condições, o que é de extrema
importância para o bom desempenho nas obras de escavação e fundação.
A presença do nível d'água acima da cota em que algumas obras serão construídas
ocorre, principalmente, em obras de infra-estrutura subterrâneas e subsolos. Essa
água pode dificultar ou mesmo impedir a adoção de algumas soluções; contudo,
com o prévio conhecimento do nível d'água, podem-se prever os métodos de
execução da escavação e fundação e quando for necessário, o rebaixamento do
lençol freático.
Dentro deste contexto, o presente trabalho visa expor os métodos de rebaixamento
do lençol freático existentes, estudando as indicações de cada método para os tipos
de solo e obras, as possíveis conseqüências e impactos ambientais, fornecendo
parâmetros teóricos para a escolha de um método.
6
5 REBAIXAMENTO DO LENÇOL FREÁTICO
Devido ao grande número de obras subterrâneas, o rebaixamento do lençol freático
é um sistema que está sendo muito utilizado e cada vez com menor risco de
impactos negativos.
Segundo Grandis (1998), a utilização desse tipo de intervenção, facilita a construção
sob o lençol freático, na medida em que:
-
Intercepta a percolação d’água que emerge nos taludes ou fundo de escavações.
A água pode prejudicar os processos construtivos, sendo até fator impeditivo ou
de considerável aumento de custos da obra;
-
Aumenta a estabilidade dos taludes, evitando o carreamento do solo destes
taludes e do fundo da escavação;
-
Reduz a carga lateral em estruturas de escoramento;
-
Reduz ou elimina a necessidade de utilização de ar comprimido na escavação de
túneis;
-
Melhora as condições de escavação e reaterro. Quando são submersas, tornamse mais lentas e de custo elevado;
-
Permite manter praticamente inalteradas as condições de suporte do terreno
localizado subjacentemente ao apoio da estrutura a ser construída.
7
5.1 Histórico
Com o passar dos anos, o espaço subterrâneo tem sido cada vez mais utilizado nas
obras civis. Segundo Francis e Rocha (1998), esse fato ocorre devido a vários
fatores, dentre eles:
-
Maior barateamento e rapidez dos métodos construtivos;
-
Maior segurança devido a métodos mais adequados de reforços e tratamento de
maciços;
-
Métodos de análise mais precisos e com modelos mais representativos;
-
No caso de áreas urbanas, acrescenta-se o custo mais elevado do espaço
superficial e o seu congestionamento já atingido com outras obras.
Os principais tipos de obras subterrâneas civis são os túneis, acessos, subsolos,
galerias de infra-estrutura e poços. Essas obras têm profundidades variáveis,
podendo atingir camadas bastante profundas, cortando os lençóis freáticos que se
apresentam em diversas profundidades.
Dependendo da profundidade da obra e do método executivo adotado, a água,
presente nos lençóis freáticos, exerce preponderante efeito na estabilidade da
escavação, sendo muitas vezes, um dos fatores de maior importância na escolha do
método executivo da escavação.
8
As obras de rebaixamento do lençol freático estão intimamente relacionadas às
obras subterrâneas. Em maciços de elevada permeabilidade1 é comum a utilização
de rebaixamento do lençol freático a partir da superfície. Ao longo dos anos foram
estudados e criados vários sistemas para a execução do rebaixamento.
Segundo Caputo (1987), o processo de rebaixamento do lençol freático pelo
processo de ponteiras filtrantes foi utilizado pela primeira vez em 1896 na Alemanha.
Com o decorrer dos anos, passou a ser o método mais utilizado e executado, na
maioria das vezes, com êxito.
5.2 Métodos para Rebaixamento de Lençol Freático
Os sistemas mais usuais de rebaixamento são as cavas e valetas, ponteiras
filtrantes, poços de bombeamento e galerias de drenagem. As aplicações, vantagens
e desvantagens desses e outros métodos foram descritas a seguir.
5.2.1 Bombeamento Direto
O bombeamento direto é o mais simples de todos os sistemas de rebaixamento de
lençol freático.
1
Propriedade de permitir o escoamento de água através dos seus vazios (E-Civil, 2004).
9
Também denominado de esgotamento de vala, este método consiste em recalcar a
água para fora da área de trabalho, conduzindo-a por meio de valetas executadas
no fundo da escavação, e acumulada em um ou vários poços construídos abaixo da
escavação ou área de trabalho, conforme demonstra a Figura 5.1. Quando a água
acumulada atinge determinado volume, o recalque é executado por bombas. Essas
bombas são dos mais diversos tipos e potências, sendo escolhidas conforme as
necessidades da obra, normalmente de forma empírica.
Segundo Dobereiner e Vaz (1998), em casos de terrenos inclinados pode-se
construir uma valeta para afastamento das águas coletadas, dispensando o
bombeamento.
Figura 5.1: Sistema de rebaixamento por bombeamento direto
(ALONSO, 1999)
De baixo custo e fácil construção, é bastante utilizado em obras de pequena
duração.
10
5.2.1.1 Inconvenientes
Segundo Caputo (1987), este método deve ser empregado somente em obras
pequenas e de pouca importância, pois apresenta diversos inconvenientes.
O carreamento de partículas finas do solo pela água pode acarretar, por
solapamento, recalques acentuados em estruturas vizinhas à escavação, em
particular nas ruas e calçadas. Nestes casos, pode-se afetar a infra-estrutura pública
como as tubulações de água, esgoto, gás, telefone entre outros. Para evitar este
problema, deve-se observar regularmente a água na saída das bombas e verificar se
não ocorre o carreamento de partículas do solo. Caso ocorra o carreamento, podese utilizar filtros (geotêxtil) no sistema de captação de água como demonstra a
Figura 5.2.
Figura 5.2: Bombeamento direto com utilização de filtros
(ALONSO, 1999)
11
O sistema pode ser aprimorado executando drenos horizontais profundos (Figura
5.3), e pode ainda ser complementado por trincheiras drenantes.
Figura 5.3: Bombeamento direto com utilização de dreno horizontal profundo
(ALONSO, 1999)
Nas escavações em terrenos permeáveis, devido à diferença de carga, o nível
d’água interno a escavação abaixa mais rapidamente que o nível externo, causando
um fluxo de água para dentro da escavação pelo fundo da vala, como demonstra a
Figura 5.4. Nestes casos, quando o gradiente hidráulico2 atingir seu valor crítico,
2
Número adimensional que representa a perda de carga por unidade de comprimento (VARGAS,
1978).
12
ocorre o fenômeno da areia movediça3. O fundo da vala fica incapaz de receber
cargas de uma fundação rasa.
Figura 5.4: Escavação em terreno permeável com diferença de carga
(CAPUTO, 1987)
Outro inconveniente que pode ser apresentado é a possibilidade da súbita ruptura
do fundo da escavação. Este caso ocorre devido à subpressão da água tornar-se
maior que o peso efetivo do solo, demonstrado na Figura 5.5.
Para evitar os dois últimos efeitos pode-se empregar, sempre que possível,
escoramentos não estanques, pois escoram as laterais da escavação sem causar o
aumento das tensões do solo e consequentemente a ruptura do fundo da vala.
3
Momento em que a tensão efetiva se anula. Rompimento do equilíbrio dos grãos onde a areia
assume um estado de instabilidade.
13
Figura 5.5: Escavação em terreno permeável com subpressão da água
(CAPUTO, 1987)
5.2.1.2 Execução
Segundo Alonso (1999), este método é econômico e consequentemente muito
empregado quando a camada permeável possui pequena espessura em relação à
profundidade da escavação e está sobre uma camada impermeável.
Neste caso, o rebaixamento do lençol pode ser executado cumprindo as seguintes
etapas:
-
Abrem-se valetas de crista para a coleta das águas das chuvas;
14
-
No contorno da escavação, executa-se uma vala profunda, atingindo a camada
impermeável ou o lençol freático, e instalam-se as bombas de recalque que
devem operar até a extração total da água do maciço (Figura 5.6);
Figura 5.6: Escavação da vala e esgotamento por bombeamento
(ALONSO, 1999)
-
Escava-se o maciço, executando a proteção do talude onde houver
desbarrancamento (Figura 5.7) e mantendo as bombas em operação,
deslocando-as para baixo conforme a escavação for se aprofundando.
15
Figura 5.7: Remoção do maciço interno com esgotamento da vala
(ALONSO, 1999)
5.2.2 Ponteiras filtrantes
Também conhecidas pela denominação inglesa Well point ou sistemas de poços
filtrantes, as ponteiras filtrantes permitem executar o rebaixamento do nível do lençol
freático de toda a área de trabalho.
Segundo Dobereiner e Vaz (1998), são freqüentemente empregadas, podendo ser
utilizadas em solos moles (solos de baixa consistência).
16
5.2.2.1 Ponteiras
Segundo Alonso (1999), as ponteiras são tubos de ferro galvanizado ou de PVC,
com diâmetros entre 1 ¼” e 1 ½” e comprimento entre 0,30 a 1,00 metro, perfurados
e envolvidos por tela de nylon com malha de 0,6 milímetros ou por geotêxtil, sendo
que este segundo caso possui menor eficiência.
Em rebaixamentos de pouca profundidade e em solos arenosos (sem a presença de
siltes e argilas) é possível executar a ponteira sem tela ou geotêxtil, executando-se
pequenas ranhuras de pequena espessura no tubo.
Segundo Dobereiner e Vaz (1998), cada ponteira permite a retirada de uma vazão
da ordem de 1 metro cúbico por hora, alcançando, em condições favoráveis, no
máximo 2 metros cúbico por hora.
5.2.2.2 Câmara de vácuo
Segundo Alonso (1999), câmara de vácuo é um recipiente constituído por um cilindro
ou prisma quadrangular, estanque, ligado a uma bomba de vácuo e ao tubo coletor
por onde é extraída a água do solo por meio de sucção através das ponteiras.
17
O recalque da água é executado por uma bomba centrífuga de recalque, conforme
esquema da Figura 5.8.
Figura 5.8: Esquema de funcionamento de uma câmara de vácuo
(ALONSO, 1999)
A câmara de vácuo possui uma válvula de alívio ligada a uma bóia. Quando a água
dentro da câmara atinge a bóia, esta é empurrada para cima acionando a válvula
que permite a entrada de ar, diminuindo o vácuo e reduzindo a vazão de entrada de
água. Com isto, o nível da água dentro da câmara diminui, fechando-se a válvula de
alívio.
18
5.2.2.3 Bomba de vácuo
Conforme Alonso (1999), as bombas de vácuo são acopladas à câmara de vácuo ou
a uma tubulação de descarga disposta ao longo das ponteiras no caso da não
existência da câmara. Neste segundo caso é necessária uma boa vedação das
conexões.
A bomba retira o ar, reduzindo a pressão atmosférica no interior da tubulação ou da
câmara, fazendo a sucção da água do solo por intermédio das ponteiras filtrantes e
do coletor.
5.2.2.4 Execução
O princípio geral do sistema consiste em envolver a área onde o nível do lençol
deverá ser rebaixado com uma linha coletora ligada à bomba aspirante característica
do sistema (Figura 5.9).
19
Figura 5.9: Planta esquemática de locação do sistema
(ALONSO, 1999)
Para isso, primeiramente executa-se a instalação das ponteiras. Esta etapa é feita
perfurando-se poços com diâmetro variando entre 10 e 15 centímetros e inserindo,
nos poços, as ponteiras conectadas a tubos que vão até acima da superfície. Com a
ponteira instalada no fundo do poço, é executada a vedação na parte superior do
poço (selo de argila), no nível do solo (Figura 5.10).
20
Figura 5.10: Esquema básico do processo de perfuração de poços
(LOTURCO, 2003)
Segundo Caputo (1987), a profundidade que as ponteiras serão instaladas deve ser
um pouco maior do que a do ponto mais baixo de escavação e o espaçamento entre
elas não deve ser inferior a 15 vezes o diâmetro do tubo, assim podendo reduzir
suficientemente a influência recíproca de umas sobre as outras.
A Figura 5.11 demonstra, esquematicamente o sistema de ponteiras instaladas em
um estágio e a Figura 5.12 mostra a instalação das ponteiras.
21
Figura 5.11: Esquema de instalação das ponteiras filtrantes em um estágio
(FUNDSOLO, 2004)
Figura 5.12: Instalação de ponteiras
(ALONSO, 1999)
22
Os tubos verticais são conectados ao tubo coletor por meio de uniões articuladas
providas de um visor especial que permite o exame de cada uma das ponteiras.
O tubo coletor está ligado a um sistema de bombas, que aspira a água do solo
através das ponteiras. Desse sistema sai um tubo de descarga, da capacidade do
coletor, que conduz a água para um local mais apropriado.
A Figura 5.13 mostra um sistema de rebaixamento por ponteiras filtrantes em
funcionamento.
Figura 5.13: Sistema de rebaixamento por ponteiras em funcionamento
(ALONSO, 1999)
23
A rede deve ter pequeno aclive no sentido das bombas para que o trecho das
bombas seja mais elevado (0,5%), evitando que formem bolsas de ar no interior das
tubulações.
Este método tem como principais vantagens a simplicidade de instalação e o baixo
custo, o que o torna uma opção muito utilizada.
Segundo Dobereiner e Vaz (1998), as ponteiras filtrantes evitam o carreamento de
partículas de solo, comum no sistema de bombeamento direto, e conseqüentemente
a erosão interna regressiva4. Outra vantagem desse sistema é a possibilidade de
restringir o rebaixamento do lençol freático às imediações da linha das ponteiras,
evitando rebaixamentos indesejáveis.
Contudo, este método possibilita um rebaixamento de no máximo 7 metros
considerando solos permeáveis e ao nível do mar. Em solos menos permeáveis,
atinge-se 5 metros de profundidade. Para Caputo (1987), em situações
particularmente cuidadosas, pode-se alcançar de 8,5 a 9 metros de profundidade.
Em casos que será necessária maior profundidade, o rebaixamento poderá ser
executado em mais de um estágio, sendo que as etapas subseqüentes operam a
partir do rebaixamento da etapa anterior, como demonstram a Figura 5.14 e a Figura
5.15.
4
Também conhecido como piping, consiste no carreamento dos grãos de solo em torno de um filete
d’água, que progride para trás, com a formação de um tubo (VARGAS, 1978).
24
Figura 5.14: Esquema de instalação das ponteiras filtrantes em dois estágios
(DOBEREINER E VAZ, 1998)
Figura 5.15: Esquema de instalação das ponteiras filtrantes em três estágios
(ALONSO, 1999)
25
Segundo Caputo (1987), normalmente não é econômico ultrapassar dois estágios de
rebaixamento, preferindo, nestes casos, o emprego de bombas submersas.
5.2.3 Poços profundos
Para superar as limitações de profundidade do sistema de ponteiras, foi
desenvolvido o sistema de rebaixamento com poços profundos. Esse sistema pode
ser de dois tipos: com o emprego de injetores e de bombas de recalque submersas
de eixo vertical.
5.2.3.1 Injetores
No sistema de rebaixamento com o emprego de injetores, são executados poços de
diâmetro entre 200 e 400 milímetros e profundidade de até 40 metros nos quais se
instalam os injetores (Figura 5.16). Esses poços são perfurados com distância entre
eles variando entre 4 e 8 metros.
Segundo Alonso (1999), esse sistema apresenta duas variantes: a utilização de
tubos paralelos (Figura 5.17), que é utilizado com mais freqüência, e a utilização de
tubos concêntricos (Figura 5.18).
26
Figura 5.16: Detalhes do injetor
(ALONSO, 1999)
A perfuração dos poços é realizada utilizando uma perfuratriz rotativa que gira um
revestimento metálico o qual tem em sua extremidade inferior uma coroa de
perfuração que desagrega o solo. Durante a perfuração deve ser injetada água pelo
interior do revestimento, sendo que não pode ser utilizada lama bentonítica para
estabilizar as paredes do poço pois a lama forma uma camada impermeável que
prejudicará a eficiência do sistema.
Após a perfuração, coloca-se no interior do poço um tubo ranhurado de PVC ou aço,
com diâmetro entre 100 e 200 milímetros, envolto em tela de nylon com malha de
0,6 milímetros, dotado de centralizadores que garantem a perfeita coincidência entre
os eixos do tubo e do poço. Este tubo possui na parte inferior, aproximadamente 1
metro sem ranhuras e fechado na ponta, permitindo a decantação das partículas de
solo que porventura passem pela malha de nylon.
27
Figura 5.17: Sistema de rebaixamento com tubos paralelos
(ALONSO, 1999)
28
Figura 5.18: Sistema de rebaixamento com tubos concêntricos
(ALONSO, 1999)
Para Dobereiner e Vaz (1998), os tubos ranhurados são utilizados para reduzir o
custo do sistema, porém reduz também a vazão do poço, podendo tornar o sistema
anti-econômico ou ineficaz para a obtenção do rebaixamento pretendido, pois as
ranhuras formam uma perfuração do tubo irregular. Para o melhor desempenho do
sistema, deve-se utilizar um tubo filtrante.
29
O tubo de revestimento é retirado e o espaço vazio entre o tubo ranhurado e o
revestimento do poço é preenchido com areia graduada, adequada à camada que
constitui o aqüífero, formando o pré-filtro. É instalado neste pré-filtro, junto à parede
do poço, um medidor de nível de água, que avalia o desempenho do filtro e pré-filtro.
Concluída a retirada do revestimento, o poço é selado com argila ou bentonita e
instala-se o injetor no interior do tubo.
Segundo Dobereiner e Vaz (1998), os procedimentos construtivos de perfuração dos
poços são semelhantes aos de construção de poços tubulares ou poços profundos
para abastecimento de água.
Esse sistema trabalha como um circuito semi-fechado onde a água é injetada por
uma bomba centrífuga através de uma tubulação horizontal que possui saídas onde
se conectam os tubos de injeção que conduzem a água sob alta pressão, até o
injetor, instalado no fundo do poço. A água injetada atravessa o bico venturi do
injetor e é acrescida pela água que é extraída do solo, subindo pelo tubo de retorno,
que possui diâmetro um pouco maior que o tubo de injeção. Os tubos de retorno
estão acoplados a uma tubulação que conduz a água a um reservatório. Esta
tubulação é denominada coletor geral e é instalada paralelamente ao distribuidor
geral. O nível da água no reservatório é mantido constante sendo que o excesso é
conduzido para fora da obra.
30
O sistema de rebaixamento com injetores de tubos concêntricos, tem funcionamento
igual ao de tubos paralelos. A diferença consiste na disposição do tubo de retorno
que, neste segundo caso, é instalado internamente e concêntrico ao tubo injetor.
A Figura 5.19 mostra um sistema de rebaixamento por poços profundos e injetores
em funcionamento.
Figura 5.19: Vista geral do sistema de rebaixamento por injetores
(ALONSO, 1999)
Para Alonso (1999), a vantagem desse sistema é a possibilidade de rebaixar o nível
do lençol freático a grandes profundidades, tornando-se economicamente mais
vantajoso quando comparado com o sistema de ponteiras filtrantes com mais de 3
níveis.
31
Para Dobereiner e Vaz (1998), as vantagens desse sistema são: funcionar com a
presença de sólidos na água e a operação intermitente, ou seja, mesmo quando não
há água suficiente no interior do poço para ser bombeada, o sistema não é
danificado. A principal restrição é a baixa vazão, limitada a aproximadamente 4m³/h,
obrigando a execução de vários poços.
5.2.3.2 Bombas de recalque submersas
O sistema de rebaixamento por poços de bombeamento é utilizado para qualquer
tipo de solo e de rocha. Conforme indicação de Dobereiner e Vaz (1998), os poços
podem ser construídos com o espaçamento pré-determinado, porém, normalmente
são posicionados individualmente, em função do tipo e das condições do solo,
possibilitando maior eficiência no sistema de rebaixamento.
A perfuração do poço e a instalação do tubo filtrante é semelhante ao processo para
o uso de injetores, sendo que, o diâmetro do poço, segundo Alonso (1999), deve ser
de 400 a 600 milímetros e o diâmetro do tubo filtrante de aproximadamente 200
milímetros.
A extração da água é executada por um conjunto motor-bomba, submersível,
instalada dentro do tubo filtrante. O acionamento e desligamento das bombas são
realizados automaticamente por eletrodos ligados ao motor da bomba, que são
acionados pelo contato com a água (Figura 5.20).
32
Figura 5.20: Poço de bombeamento com bomba submersível
(DOBEREINER E VAZ, 1998)
O rebaixamento do lençol freático executado por este sistema pode atingir grandes
áreas, em formato de cone, chamado de cone de rebaixamento. A extensão da área
atingida é medida pela distância máxima de ocorrência de rebaixamento a partir do
33
poço em operação. Nos lençóis freáticos que estão confinados ou sob pressão, essa
distância pode atingir a centenas de metros.
A escolha do tipo de bomba e outras características desse sistema de rebaixamento
dependem, principalmente, da vazão necessária, profundidade e duração.
Para Dobereiner e Vaz (1998), os poços profundos com bombas submersas são
utilizados quando é necessário bombeamento com longa duração e para elevadas
vazões e profundidades.
Segundo Caputo (1987), este sistema pode recalcar água com mais de 100 metros
de profundidade e com vazão maior que 60m³/h.
Este sistema requer um prévio conhecimento das condições geológicas e
hidrogeológicas da área de trabalho, obtendo dados como o tipo, características e
espessura do solo ou rocha, presença e características da estrutura geológica,
direção e condições de recarga do aqüífero, entre outros.
Com esses dados, deve-se desenvolver um projeto do poço de bombeamento e a
disposição em planta e profundidade dos vários poços, com dimensionamento dos
diâmetros de perfuração e descarga, comprimento do tubo filtrante, granulometria do
pré-filtro, tipo e capacidade das bombas.
34
5.2.4 Drenagem por eletrosmose
Para Grandis (1998), alguns solos siltosos e solos argilosos possuem granulometria
muito fina e não permitem uma drenagem eficiente através de ponteiras filtrantes ou
poços profundos. Para aumentar a eficiência do sistema, utiliza-se o método de
drenagem por eletrosmose, que consiste na aplicação de uma corrente elétrica
continua, criando um gradiente adicional de natureza elétrica que acelera o
movimento da água nos vazios do solo.
O fenômeno da eletrosmose, aplicado na Mecânica dos Solos, deu origem ao
sistema de drenagem por eletrosmose ou drenagem elétrica, desenvolvido pelo Dr.
Leo Casagrande (CAPUTO, 1987).
Segundo Grandis (1998), o sistema é executado, instalando-se ponteiras filtrantes
que consistem em cátodos, eletrodo com carga negativa, e hastes que consistem em
ânodos, eletrodo com carga positiva (Figura 5.21).
Os eletrodos são instalados aproximadamente 2 metros abaixo do fundo da
escavação com espaçamento entre cátodos variando entre 8 e 12 metros,
intercalados pelo ânodo.
35
Figura 5.21: Sistema de rebaixamento com drenagem por eletrosmose
(CAPUTO, 1987)
Segundo Grandis (1998), os íons de água com carga positiva, normalmente são
atraídos pelas partículas de solo com carga negativa constituindo a camada dupla.
Quando é aplicado um gradiente elétrico, o cátodo atrai os íons positivos da água e
neste processo, transportam a água contida nos vazios do solo. O gradiente elétrico
é aplicado em Volts por metro de espaçamento, sendo que a voltagem não deve ser
muito elevada (aproximadamente 12 volts) para evitar o aquecimento do solo.
A água caminha em direção ao cátodo, no caso às ponteiras filtrantes, e é retirada
através de um conjunto de bombas centrífuga e de vácuo.
36
Este sistema utiliza muita energia elétrica. Para Grandis (1998), este método é mais
utilizado como um processo de estabilização do solo de talude e fundo de poço, não
sendo muito utilizado no Brasil.
5.2.5 Drenos
Dentre os vários tipos de dreno utilizados estão os drenos de alívio e os drenos
horizontais profundos que são descritos a seguir:
5.2.5.1 Drenos de alívio
Os drenos de alívio têm a função de auxiliarem na redução da pressão da água no
interior do maciço geológico.
Segundo Dobereiner e Vaz (1998), os drenos de alívio em rochas são construídos
através de perfurações executadas com o emprego de equipamentos de
rotopercursão, com diâmetros apropriados, normalmente da ordem de 75 milímetros.
Este sistema não utiliza filtros para drenagem, portanto, deve ser empregado em
rochas bem consolidadas onde não há possibilidade de carreamento de partículas e
consequentemente erosão interna regressiva.
37
Quando há a necessidade de executar o dreno de alívio em solos, é utilizado o
dreno preenchido com areia, sendo denominado dreno de areia. Podem ser
empregados na fundação de aterros ou para a consolidação de fundações.
5.2.5.2 Drenos horizontais profundos
Mais conhecido como DHP, o dreno horizontal profundo é utilizado para a drenagem
localizada de camadas do maciço geológico.
Segundo Dobereiner e Vaz (1998), devido ao efeito localizado, o DHP é posicionado
individualmente, podendo ser dispostos em arranjos com espaçamento variável.
O DHP é executado por meio de uma perfuração subhorizontal com inclinação de 5
a 10° para cima para propiciar a saída da água por gravidade (Figura 5.22),
utilizando equipamento de sondagem rotativa ou rotopercursão, geralmente com
diâmetro de 100 milímetros e revestimento. Na perfuração é introduzida uma
tubulação de PVC rígido, com diâmetro de 38 a 50 milímetros, da qual a maior parte
é constituída por um tubo filtrante envolvido em geotêxtil quando instalado em solo
ou envolvido em duas voltas de tela plástica quando instalado em rocha. O
comprimento dos drenos normalmente varia entre 10 e 20 metros, raramente
ultrapassando os 50 metros.
38
Figura 5.22: Dreno horizontal profundo
(DOBEREINER E VAZ, 1998 apud CARVALHO, 1991)
Para uma melhor eficiência do sistema, pode ser aplicada uma sucção na tubulação
de coleta de água por meio de uma bomba de vácuo.
O DHP deve estar localizado no maciço geológico de tal forma que a extensão do
tubo filtrante imersa no aqüífero seja a maior possível. Antes da instalação do DHP,
é necessário o prévio conhecimento da distribuição da camada que constitui o
aqüífero, quando são confinados, ou conhecer o comportamento da superfície do
lençol freático, quando são aqüíferos livres. Porém, na maioria dos casos, existem
caminhos preferenciais de percolação nos maciços geológicos, que concentram a
água subterrânea e podem ser de difícil localização, sendo que, nestes casos, o
posicionamento do DHP é executado por tentativa.
39
Este sistema pode ser indicado para drenar aqüíferos sob pressão em túneis
escavados em maciços de solo, na drenagem de taludes de corte e na fundação de
aterros.
5.2.6 Galeria de drenagem
Segundo Dobereiner e Vaz (1998), as galerias de drenagem são executadas em
maciços de rocha ou solo com diâmetro inferior a 3 metros. Quando a galeria não é
revestida, a drenagem é feita pela própria parede do maciço; caso seja revestida,
são instalados drenos de alívio para rochas e drenos horizontais profundos para
solos. Esses drenos são instalados a partir das paredes em sentido radial.
As galerias de drenagem são utilizadas quando outros sistemas são inviáveis ou
insuficientes para alcançar o rebaixamento pretendido ou para a retirada de grande
volume de água do maciço.
Normalmente são utilizadas em maciços rochosos sob fundações de barragens, em
taludes e em cavas de mineração. Devido ao elevado custo na construção da
galeria, esse sistema não é muito empregado no Brasil.
40
5.3 Rebaixamento do Lençol Freático Temporário ou Permanente
Quanto ao tempo de funcionamento de um sistema de rebaixamento de lençol
freático, Grandis (1998) explica que, na maioria dos casos, o rebaixamento de lençol
freático é temporário, sendo ativado imediatamente antes da execução da
escavação e desativado logo após o término.
Porém, podem ocorrer alguns casos diferenciados. Em uma condição intermediária,
normalmente relacionada com alívio de subpressões neutras ou de controle de seu
efeito, o rebaixamento é ativado muito antes e desativado muito após o término da
obra subterrânea. Um exemplo deste caso ocorre quando há a necessidade de que
a estrutura fique progressivamente mais pesada para evitar a flutuação. Outro
exemplo ocorre quando existe a possibilidade de ruptura hidráulica ou levantamento
do fundo da escavação e o rebaixamento deve ser mantido por um período mais
longo do que o de execução da obra.
Também podem ocorrer casos em que o lençol d’água deva ser mantido
permanentemente rebaixado. Para isso, são utilizados os mesmos sistemas de
rebaixamento apenas com o aumento da durabilidade dos mesmos, permitindo a
perenidade de operação.
41
5.4 Operação e Controle de Desempenho
A eficiência de um sistema de rebaixamento de lençol freático está relacionada à
correta operação desse sistema.
Segundo Grandis (1998), quando se utiliza o sistema de rebaixamento por ponteiras
filtrantes, o maior problema é sempre a manutenção do vácuo. Primeiramente,
fecha-se o registro de sucção da entrada da bomba de vácuo. Em seguida, verificase a existência de eventuais entradas de ar no circuito dos coletores e ponteiras,
através da diminuição no valor do vácuo. Quando ocorre a entrada de ar por uma
ponteira, causa uma trepidação característica, sendo, neste caso, isolada do coletor
por registro ou removida.
Quando o sistema utilizado for o de poços profundos com injetores, a principal
recomendação é a verificação periódica das válvulas e do bico dos injetores. O
funcionamento inadequado dos injetores pode causar a injeção de água no solo ao
invés da sucção.
Para o sistema de rebaixamento por poços profundos e bombas submersas, o
principal cuidado é seguir as recomendações do fabricante ao operá-las.
O controle do desempenho do rebaixamento do lençol freático deve ser aferido por:
42
-
Indicadores de nível d’água e controle de vazão, preferivelmente através de
medidas diretas ou hidrômetros.
-
Controle em caixa de sedimentação para verificar, principalmente na fase inicial
da execução do rebaixamento, eventual transporte de sólidos.
-
Acompanhamento constante de instrumentação sonora e elétrica para identificar
e sanar eventuais interrupções no funcionamento do sistema.
Em casos de maior responsabilidade, onde qualquer problema no sistema pode
causar impactos significativos, o controle e acompanhamento da operação do
sistema deve ser executado por um técnico especializado, que executa registros
diários, mantendo uma fiscalização constante.
5.5 Escolha do Sistema de Rebaixamento do Lençol Freático
Segundo Grandis (1998), para a escolha do sistema de rebaixamento a ser utilizado,
é essencial a avaliação do dano ou interferência que o fluxo do lençol freático pode
causar à obra. Se for pouca interferência, pode-se utilizar apenas drenos e poços
rasos para retirar do local o excesso da água. Se os danos forem maiores ou
estiverem inviabilizando a obra, pode-se adotar um sistema efetivo de rebaixamento
temporário ou definitivo do lençol freático.
Os sistemas convencionais de rebaixamento, como o uso de ponteiras filtrantes e
poços profundos, normalmente são projetados, instalados e operados por empresas
43
especializadas. Entretanto, locais onde existe a possibilidade de problemas de alívio
de pressões neutras ou a existência de solos muito ou pouco permeáveis, deve-se
haver o envolvimento do projetista e executor da obra com a empresa que fará o
rebaixamento.
Segundo Loturco (2003), a análise para a escolha do sistema a ser utilizado requer
as seguintes informações:
-
Nível estático do lençol freático;
-
Cota do horizonte impermeável;
-
Cota do fundo da escavação;
-
Croqui de localização da área com detalhes de rios, vales, lagos, mar;
-
Sondagens SPT – Standard Penetration Test e descrição litológica.
Para Grandis (1998), os fatores que mais influenciam na escolha do sistema são:
-
Tipo de obra: para escavações rasas e rebaixamento até 6 metros, deve-se
adotar um sistema de rebaixamento com ponteiras filtrantes. Quando a
necessidade do rebaixamento for maior, deve-se prever um sistema de
rebaixamento por poços profundos e bombas submersas para grandes vazões
de água ou injetores para vazões menores.
-
Condições da superfície: a formação geológica e a natureza do subsolo, assim
como a permeabilidade e a drenabilidade do solo ou rocha são de extrema
importância e podem definir o sistema de rebaixamento a ser utilizado. A Figura
44
5.23 indica o campo de aplicação de cada sistema de acordo com a
granulometria do solo.
Figura 5.23: Aplicabilidade geral do sistema de rebaixamento do lençol freático
(GRANDIS, 1998)
-
Altura de rebaixamento e quantidade de água a ser bombeada: é essencial a
avaliação da quantidade de água que fluirá para o interior da escavação.
Dependendo da vazão a ser rebaixada e da profundidade, determina-se o
sistema de rebaixamento e os equipamentos a serem utilizados.
45
-
Natureza do aqüífero e fontes de percolação: de acordo com a natureza do
aqüífero, estes podem ser classificados em artesianos ou livres. Segundo
Campos (2004), os aqüíferos artesianos são aqueles em que a água encontra-se
sob pressão superior à atmosférica, o que ocorre quando há um desnível de sua
superfície provocada pelo confinamento entre duas camadas de baixa
permeabilidade. Nos aqüíferos livres ou lençóis freáticos, a superfície da água se
encontra com pressão igual à atmosférica. A fonte de percolação, segundo
Grandis (1998), pode ser um curso d’água próximo, um lago, a linha da costa
marítima ou um corpo d’água muito extenso.
A Tabela 5.1 mostra um resumo sobre a aplicabilidade, vantagens e desvantagens
que cada sistema de rebaixamento de lençol freático apresenta.
46
Tabela 5.1: Aplicabilidade de sistemas de rebaixamento
SISTEMA
CAMPO DE APLICAÇÃO
VANTAGENS
DESVANTAGENS
PONTEIRAS
Areia fina a média siltosa
Instalação rápida e fácil
Dificuldade de instalar em
FILTRANTES
Escavações rasas a pouco
Baixo custo
cascalho
profundas
Flexível
Rebaixamento limitado
Rebaixamento localizado
Necessidade de vários níveis para
rebaixamento maiores
Necessidade de supervisão da
operação
Instalação junto da escavação
POÇOS DE
Areia média até cascalho
Instalação simples
Baixa vazão
BOMBEAMENTO
Rebaixamento de lençóis
Baixo custo de instalação e
Profundidade limitada
COM BOMBAS
escalonados
operação
Necessidade de supervisão da
INJETORAS
Escavações pouco profundas
Baixa manutenção
operação
Rebaixamento localizado
Necessidade de geradores de
reserva para falta de energia
Instalação próxima da escavação
POÇOS DE
Areia fina siltosa até cascalho
Instalação a qualquer
Custo elevado
BOMBEAMENTO
Rebaixamento de lençóis
profundidade
Necessidade de supervisão da
COM BOMBAS
escalonados
Sem limite para o rebaixamento
operação
SUBMERSAS
Rochas porosas e fraturadas
Instalação afastada da escavação
Necessidade de geradores de
Escavações profundas e
Vazões elevadas
reserva para falta de energia
subterrâneas
Muito eficiente em lençóis
Grande área de influência
confinados
GALERIA DE
Grandes vazões
Sem limite para o rebaixamento
DRENAGEM
Estabilização de escorregamentos
Funciona por gravidade
Cavas de mineração
Permite galerias auxiliares
Fundações de barragens
Área de influência ampliada com
Custo inicial elevado de instalação
drenos
DRENOS
Rochas ou solos
Efeito localizado
Para melhor eficiência pode ser
HORIZONTAIS
Drenagem localizada de camadas
Posicionamento individual
aplicada uma sucção por meio de
PROFUNDOS
do maciço geológico, aqüíferos
Comprimento dos drenos no
uma bomba de vácuo.
sob pressão em túneis escavados
máximo 50 metros.
Posicionamento é executado por
tentativa
em maciços de solo, taludes de
corte e fundação de aterros
Dobereiner e Vaz (1998)
BOMBEAMENTO
Obras de pequena duração
DIRETO
Baixo custo
Probabilidade de carreamento de
Fácil construção
partículas finas
Recalques acentuados em
estruturas vizinhas à escavação
Caputo (1987)
ELETROSMOSE
Solos siltosos
Acelera o movimento da água nos
Utilização de muita energia elétrica
Solos argilosos
vazios do solo
Não é muito utilizado no Brasil
Estabilização do solo de talude e
fundo de poço
Grandis (1998)
47
5.6 Conseqüências e Impactos Decorrentes do Rebaixamento
Segundo Grandis (1998), o rebaixamento do lençol freático induz uma diminuição
das pressões neutras e, conseqüentemente, o aumento das pressões efetivas no
solo. Nestes casos, podem ocorrer recalques indesejáveis em estruturas localizadas
na vizinhança da obra, podendo chegar a distâncias de 100 metros.
Recalque é o abaixamento da superfície do terreno em virtude da retirada da água
subterrânea das proximidades. O recalque pode provocar rachaduras no solo e em
construções. Em casos extremos pode levar ao seu desmoronamento (GLOSSÁRIO,
2004).
Para Grandis (1998), estes recalques são mais freqüentes quando existem
construções leves apoiadas sobre fundações rasas em solo constituído de argila
mole, superficiais, sobrejacentes a aqüíferos muito permeáveis.
Em muitos casos, principalmente em construções mais antigas, não há projetos ou
documentos que indiquem qual o tipo de fundação e estrutura utilizada nas
edificações. Nestes casos, dependendo do tipo de solo e o raio de influência do
rebaixamento, os cuidados devem ser maiores.
Todas as possibilidades devem ser previstas pelo projetista, que deve recomendar a
colocação de pinos de recalque nos vizinhos, selamento de trincas e fissuras
existentes e eventuais medidas jurídicas cabíveis (GRANDIS, 1998).
48
Conforme Strauss, Azambuja e Pinheiro (2000), podem-se evitar os problemas de
recalque utilizando poços de recarga dos aqüíferos. Através da injeção de água no
aqüífero, diminui-se o raio de influência do rebaixamento.
Também há o problema de natureza ambiental. O sistema de rebaixamento retira a
água dos lençóis freáticos, que, em alguns casos, poderia ser utilizada para
abastecimento. A água retirada, muitas vezes, não é reaproveitada, sendo lançada
na sarjeta.
49
6 ESTUDO DE CASO
Para o estudo de caso, foi escolhido um sistema de rebaixamento por ponteiras
filtrantes utilizado na construção de um edifício. As informações foram obtidas em
visitas técnicas à obra e fornecidas pelo engenheiro responsável pela execução do
edifício, que acompanhou, junto com o engenheiro da empresa executora do
rebaixamento, a instalação do sistema de rebaixamento de lençol freático.
Como complemento, foi feito um estudo de caso, obtido em pesquisa bibliográfica.
Este segundo caso consiste na implantação de um sistema de rebaixamento de
lençol freático por poços profundos, executado para viabilizar uma escavação
profunda em solos moles.
6.1 Edifício Comercial Conde de Sarzedas
Localizado no bairro da Liberdade, cidade de São Paulo, o empreendimento tem
frente para a Rua Conde de Sarzedas número 100 e lateral para a Rua Dom Tomás
de Lima.
Trata-se de um edifício de uso comercial situado em um terreno de 50000 metros
quadrados. O edifício foi projetado com 23 pavimentos tipo e 4 subsolos, totalizando
uma área construída de 47000 metros quadrados.
50
Pela Rua Conde de Sarzedas, o empreendimento tem como vizinho um edifício
comercial a sua direita e um casarão em restauração na esquina. Pela Rua Dom
Tomás de Lima, tem como vizinho uma edificação de 3 pavimentos a sua esquerda.
6.1.1 Rebaixamento do lençol freático
Nesta obra foi adotado o sistema de rebaixamento de lençol freático em dois pontos
do terreno: um para a escavação e construção do reservatório de água e outro para
a escavação e construção do poço dos elevadores e subsolos, que foi o caso
escolhido para o estudo e análise.
O poço dos elevadores foi projetado próximo à divisa do terreno, vizinho da
edificação da Rua Dom Tomás de Lima. Estes elevadores atenderão todos os
pavimentos do edifício, partindo do último subsolo.
O sistema de rebaixamento utilizado nesta obra foi o de ponteiras filtrantes.
A escolha foi feita devido as características da obra, como o nível de rebaixamento
do lençol freático, tempo de funcionamento, a necessidade de ser um rebaixamento
localizado e o tipo de solo da região, que através de sondagens SPT, verificou-se
que é composto por silte arenoso.
51
O sistema era composto por 52 ponteiras filtrantes constituídas por tubos de PVC
perfurados com diâmetro de 40 milímetros e comprimento de 0,50 metro, dispostas
em duas linhas paralelas a divisa do terreno e perpendiculares a Rua Dom Tomás
de Lima, com distância entre ponteiras de 1,50 metro.
As ponteiras filtrantes foram ligadas, através de mangueiras, ao tubo coletor
constituído por um tubo de PVC com diâmetro de 150 milímetros. Na Figura 6.1
pode-se verificar parte deste sistema.
Figura 6.1: Sistema de rebaixamento instalado no Ed. Com. Conde de Sarzedas
O tubo coletor foi ligado ao sistema de bombas, como demonstra a Figura 6.2. A
água coletada foi, através do tubo de descarga, conduzida para a sarjeta.
52
Figura 6.2: Instalação da bomba de vácuo e tubulação de descarga
Na instalação do sistema, as ponteiras filtrantes foram envolvidas por um filtro de
areia para evitar o carreamento de partículas.
Com vazão de 40 litros por minuto (l/min), o sistema funcionou por 60 dias
ininterruptos,
tempo
para
execução
do
poço
do
elevador,
atingindo
aproximadamente 5 metros de rebaixamento.
Quanto a impactos que o rebaixamento do lençol poderia causar, foi previsto que
não haveria problemas de recalque devido ao tipo e características do solo, não
sendo necessária contenção e proteção do solo.
53
6.1.2 Análise crítica
Com o acompanhamento deste caso, verificou-se que para a escolha, implantação e
funcionamento do sistema não houve muitas divergências do exposto no capítulo
anterior.
Como foi visto no item 5.5, o sistema adotado está coerente com os dados e
características do local e da obra, considerando o tipo de solo, que conforme a
Figura 5.23, está correto, assim como poderia ser utilizado o sistema de
rebaixamento por poços profundos. Porém como a altura do rebaixamento prevista
era de 5 metros, a melhor opção seria o sistema de rebaixamento por ponteiras
filtrantes devido à rapidez de instalação. Poços profundos normalmente são
utilizados para maiores profundidades.
Verificou-se também que por ser um sistema de rápida e fácil instalação, custo baixo
e
apresentar
rebaixamento
localizado
e
temporário,
enquadrou-se
nas
características necessárias para a obra.
Esta obra apresentou um sistema construtivo diferente do convencional. Devido ao
grande desnível do terreno, o edifício começou a ser construído a partir do
pavimento térreo com frente para a Rua Conde de Sarzedas. A partir deste
pavimento, construíram-se os subsolos, de cima para baixo. O rebaixamento foi
necessário para a construção do poço dos elevadores do terceiro e quarto subsolos
e executado após a construção do segundo subsolo. Devido a esta peculiaridade
54
construtiva, a área onde deveria ser executado o sistema de rebaixamento estava
toda escorada. Outra vantagem que este sistema apresentou é a localização de sua
instalação, que deve ser junto a escavação, que neste caso era de extrema
importância, pois não havia espaço no terreno uma vez que este foi praticamente
todo ocupado.
Com relação a vazão, 40 l/min, ou seja, 2,40m³/h para o sistema constituído de 52
ponteiras, é uma vazão muito baixa. Conforme descrito no item 5.2.2.1, cada
ponteira permite vazão da ordem de 1m³/h, alcançando no máximo 2m³/h em
condições favoráveis. No caso estudado, cada ponteira está com vazão de 0,05m³/h.
Este sistema poderia ser redimensionado, diminuindo o número de ponteiras e
alterando o distanciamento e posicionamento delas.
Quanto aos impactos que o rebaixamento do lençol freático pudesse causar na
região, foi realizada uma verificação através de observação das edificações vizinhas,
condições das calçadas e ruas (Figura 6.3). Por não ter acesso à parte interna
dessas edificações, verificou-se nas fachadas a existência de trincas e rachaduras.
Também foi verificada a existência de recalque, trinca e rachaduras nas calçadas
próximas. Durante os 60 dias não houve alguma alteração que pudesse ser
percebida.
Apesar de não ter sido consultado projeto da edificação vizinha, pode-se prever que
não é uma fundação direta. As fundações diretas são apoiadas nas camadas pouco
profundas do solo, acima do nível do rebaixamento do lençol executado, facilitando a
ocorrência de trincas caso houvesse algum recalque no solo.
55
Figura 6.3: Edificação vizinha ao rebaixamento
Os valores de vazão e profundidade alcançadas com o rebaixamento do lençol
foram estimados e informados, para este estudo, pelo engenheiro da obra, não
havendo relatórios técnicos com levantamento periódico desses dados. O ideal seria
executar esse relatório para ter controle do volume de água retirado, evitando que
ocorram recalques e outros impactos que pudessem afetar o solo e edificações da
região.
56
6.2 Estação de Tratamento de Esgoto São João - Navegantes
Este estudo relata o caso de um sistema de rebaixamento de lençol freático adotado
para viabilizar a escavação profunda em solos moles, necessária para a construção
da Elevatória de Esgoto Bruto da Estação de Tratamento de Esgotos (ETE) São
João/ Navegantes.
6.2.1 Caracterização do local e da obra
Segundo Strauss, Azambuja e Pinheiro (2000), a região da obra está,
aproximadamente, 2 metros acima do nível do mar. Próximo ao local da escavação,
localizam-se várias construções antigas, como pavilhões e casa de bombas com
fundações desconhecidas e outras construções mais recentes com fundações em
estacas.
Nos estudos preliminares ao projeto, foi realizada sondagem à percussão SPT,
estabelecendo o perfil geológico do local, conforme demonstrado, simplificadamente,
na Figura 6.4.
57
Figura 6.4: Perfil geológico
(STRAUSS, AZAMBUJA E PINHEIRO, 2000)
O perfil mostra que se tem aproximadamente 4 metros de aterro em areia e saibro5
disposto sobre uma camada de aproximadamente 8 metros de argila mole de
coloração cinza e abaixo desses extratos, aparece uma camada de areia com
espessura aproximada de 12,5 metros, possivelmente com continuidade lateral
suficiente para configurar-se como aqüífero.
Para a obra, previa-se uma escavação com profundidade aproximada de 10 metros
com o emprego de um sistema de contenção por estacões e concreto projetado
(Figura 6.5). A escolha do sistema de contenção provisório implicou em uma
5
Rocha proveniente da decomposição química incompleta de rochas feldspáticas leucograníticas
(granitos e gnaisses), conservando vestígios da estrutura original. O saibro comum é muito poroso e
permeável (MUDA, 2004).
58
condição de fluxo adversa para a estabilidade do sistema, uma vez que a ficha da
cortina é permeável e impõe gradientes elevados próximos ao fundo da escavação.
A princípio, a água do fundo da escavação deveria ser retirada através de drenagem
superficial e não havia estudos sobre a possibilidade de ruptura de fundo devido à
subpressão. Não foi previsto a necessidade de implantação do sistema de
rebaixamento de lençol freático.
Figura 6.5: Escavação da elevatória de esgoto bruto
(STRAUSS, AZAMBUJA E PINHEIRO, 2000)
6.2.2 Análise de estabilidade
Segundo Strauss, Azambuja e Pinheiro (2000), foram realizadas análises de
estabilidade da escavação quanto ao levantamento de fundo devido à sobrecarga
lateral e a ruptura hidráulica do fundo devido à subpressão.
59
Nas escavações de materiais impermeáveis sobre materiais permeáveis, como o
caso em estudo argila mole sobre areia, existe a possibilidade de ocorrer o
fenômeno de ruptura hidráulica de fundo devido ao excesso de poropressão abaixo
da camada de argila mole, ou seja, a incapacidade da camada de argila mole
remanescente no fundo da escavação suportar, apenas com o seu peso próprio e
resistência lateral, a pressão que a água confinada na camada de areia exerce.
Neste caso, a camada remanescente seria de apenas 2 metros de espessura.
Com os resultados da primeira análise, verificou-se o risco de ocorrência de ruptura
hidráulica. Com isso, foi solicitado ensaio complementar (piezocone) para obter
parâmetros que possibilitassem uma análise definitiva.
Com a nova análise, verificou-se a necessidade de intervenção nos procedimentos
previamente estabelecidos para a escavação.
6.2.3 Sistema de rebaixamento de lençol freático
Segundo Strauss, Azambuja e Pinheiro (2000), a solução proposta para evitar a
ruptura hidráulica do fundo da escavação, foi diminuir as pressões da água na
camada de areia sob a argila mole, através de um sistema de rebaixamento de
lençol freático por bombeamento.
60
Devido à complexidade da obra, foi necessária a execução de projeto e
dimensionamento do sistema de rebaixamento do lençol freático antes de sua
execução.
6.2.3.1 Dimensionamento
O dimensionamento foi dividido em duas partes: dimensionamento prévio e
redimensionamento.
Conforme Strauss, Azambuja e Pinheiro (2000), o dimensionamento do sistema de
rebaixamento consiste em propor uma configuração de poços que resulte em um
rebaixamento teórico no mínimo igual ao necessário para estabilizar o fundo da
escavação.
Neste caso, foi estipulado o rebaixamento do lençol até a cota -7,3 metros, ou seja, 1
metro abaixo do fundo da escavação. Dessa maneira, garantiria a estabilidade do
fundo da escavação. Esta cota de rebaixamento deveria ser alcançada em até 10
dias de operação do sistema e mantida por 4 meses, sem afetar as edificações
próximas.
Na etapa de dimensionamento prévio foi simulado o rebaixamento no ponto central
da escavação, teoricamente o ponto mais crítico, estimando-se o raio de influência
do rebaixamento. Nesta etapa, os parâmetros hidráulicos do aqüífero foram inferidos
61
a partir dos parâmetros geotécnicos conhecidos dos materiais envolvidos e do
conhecimento prévio da região. A determinação mais precisa destes parâmetros é
feita na etapa de redimensionamento. Na Tabela 6.1 apresentam-se os resultados
obtidos.
Tabela 6.1: Resultados da simulação do rebaixamento
Simulação
1
2
Vazão
Rebaixamento
(m³/h)
(m)
3
6,3
4,5
9,3
3
12,9
4,5
19,3
N° de Poços
5
8
(STRAUSS, AZAMBUJA E PINHEIRO, 2000)
De acordo com esta simulação, 5 poços com vazão de 4,5 m³/h em cada poço,
seriam suficientes para o rebaixamento necessário, porém outros dados deveriam
ser considerados antes da implantação do sistema, para evitar impactos
indesejados.
O raio de influência representa a distância atingida pelo rebaixamento do lençol.
Neste caso, ele foi estimado em 95 metros, distância que atingiria diversas
edificações.
62
Para minimizar a influência do rebaixamento nas edificações próximas, foram
previstos 4 poços de recarga que foram instalados após os poços de bombeamento,
em direção contrária a escavação. Esses poços têm a função de injetar água no
aqüífero de forma a diminuir o raio de influência do rebaixamento. Esta intervenção
aumenta a vazão a ser bombeada pelos poços de rebaixamento, porém evitam
problemas de recalques após a linha dos poços de recarga.
A Figura 6.6 demonstra o projeto prévio do sistema de rebaixamento dimensionado.
Foram instalados 5 piezômetros6 para o controle e ajustes das vazões dos poços de
recarga, além de fornecerem dados para o redimensionamento e acompanhamento
da evolução do rebaixamento.
Para o redimensionamento do sistema e simulação de novas configurações que
garantissem o rebaixamento necessário, foram obtidos os valores mais precisos dos
parâmetros hidráulicos através de ensaios e análise dos 10 dias de bombeamento
para alcançar a cota desejada.
Como configuração final do sistema de rebaixamento, ficou definida a utilização de
10 poços de rebaixamento, 6 piezômetros e 4 poços de recarga, conforme Figura
6.7.
6
"Poço de observação no qual é medido o nível freático ou a altura piezométrica" (DNAEE, 1976
apud WConsult, 2004).
63
Figura 6.6: Projeto prévio do sistema de rebaixamento
(STRAUSS, AZAMBUJA E PINHEIRO, 2000)
64
Figura 6.7: Projeto final do sistema de rebaixamento
(STRAUSS, AZAMBUJA E PINHEIRO, 2000)
65
6.2.3.2 Execução
Segundo Strauss, Azambuja e Pinheiro (2000), todas as perfurações de poços de
bombeamento, poços de recarga e para a instalação dos piezômetros foram
executadas com perfuratriz rotativa com circulação de lama bentonítica e diâmetro
de 20,3 centímetros. Os poços de bombeamento, no dimensionamento final, teriam
profundidade de 30 metros sendo que os 12 metros finais seriam filtrantes. Os tubos
lisos para acesso e ranhurados para o filtro eram de diâmetro 100 milímetros como
demonstra a Figura 6.8.
Figura 6.8: Perfil de um poço de bombeamento
(STRAUSS, AZAMBUJA E PINHEIRO, 2000)
66
A Figura 6.9 mostra o poço de bombeamento em funcionamento.
Figura 6.9: Poço de bombeamento PB01
(STRAUSS, AZAMBUJA E PINHEIRO, 2000)
As bombas submersas utilizadas para o rebaixamento do lençol freático tinham
vazão de aproximadamente 6m³/h para altura de recalque de 25 metros e diâmetro
de 75 milímetros.
Os poços de recarga, no dimensionamento final, teriam profundidade de 22 metros,
sendo que os 10 metros finais seriam filtrantes. Os detalhes construtivos são
semelhantes ao do poço de bombeamento. Na parte superior dos poços de recarga
67
foram instalados manômetros para o controle da sobrecarga, caso o sistema não
absorvesse a vazão de infiltração. Além dos poços, o sistema de recarga
compreendia um tanque de equilíbrio que permitia a utilização da água bombeada
pelo sistema de rebaixamento para injeção nos poços de recarga. Na Figura 6.10
tem-se uma vista do poço de recarga.
Figura 6.10: Poço de recarga
(STRAUSS, AZAMBUJA E PINHEIRO, 2000)
68
Os piezômetros, no dimensionamento final, teriam profundidade de 16 metros sendo
que apenas o metro final seria filtrante. A empresa executora do serviço substituiu 3
dos piezômetros por medidores de nível d’água com a finalidade de ensaios de
bombeamento. Os medidores de nível d’água são ranhurados em toda a sua
extensão.
6.2.3.3 Monitoramento do sistema de rebaixamento
Segundo Strauss, Azambuja e Pinheiro (2000), o monitoramento do sistema de
rebaixamento de lençol freático consistiu no acompanhamento da variação dos
níveis piezométricos nos poços de bombeamento e nos piezômetros.
Com a análise dos gráficos gerados pelo acompanhamento, pode-se verificar que a
influência do rebaixamento a 80 metros da escavação foi irrelevante para a alteração
das pressões efetivas do solo. Verificou-se também que, mesmo após o
redimensionamento, a cota de rebaixamento não foi alcançada, sendo necessária a
alteração da cota de fundo da escavação em 30 centímetros, para garantir a
estabilidade da escavação quanto à ruptura hidráulica de fundo.
69
6.2.4 Análise crítica
Com a análise deste caso, pode-se verificar que no início, previa-se apenas um
bombeamento direto para a retirada da água no fundo da escavação. Porém,
analisando os resultados da sondagem e ensaios, verificou-se a instabilidade do
fundo da escavação conforme foi descrito no item 5.2.1.
Para resolver este problema, optou-se pelo sistema de rebaixamento do lençol
freático, mas, por ser uma obra complexa e de grande porte, foi necessário o
envolvimento de profissionais da área para projetar, dimensionar e executar o
sistema de rebaixamento.
Mesmo com todos os cuidados e ensaios executados, o sistema não atendeu as
necessidades, sendo preciso alterar o projeto da elevatória para garantir a
estabilidade e não correr riscos de ruptura de fundo.
Neste caso houve uma preocupação grande com os impactos que o rebaixamento
poderia causar principalmente porque algumas das edificações próximas, que faziam
parte da ETE São João/Navegantes, eram antigas e o tipo de fundação era
desconhecido. O sistema de recarga mostrou-se uma técnica muito eficaz para a
redução do raio de influência, podendo ser útil em outros casos, evitando-se os
recalques e impactos indesejados às áreas próximas.
70
7 CONCLUSÕES
A constante busca pela melhoria na qualidade e segurança da construção civil faz
com que, a cada dia, desenvolva-se tecnologia e métodos que atendam as
necessidades com eficiência e de forma menos agressiva para o meio ambiente.
Com o crescimento das populações urbanas, as cidades estão cada vez mais sem
espaços. Essa necessidade levou a utilização dos subsolos urbanos com a
construção de túneis, subsolos em edifícios e a infra-estrutura subterrânea.
O rebaixamento do lençol freático é uma das tecnologias que foi criada para auxiliar
nas escavações sob o nível do lençol, o que facilita e viabiliza, em muitos casos, as
construções subterrâneas. Apesar de antigo, os sistemas de rebaixamento vêm
sendo aprimorados, alcançando, cada vez mais, maiores profundidades e vazões
com menos riscos de impactos negativos às construções adjacentes e ao meio
ambiente.
Os diversos sistemas de rebaixamento existentes podem ser aplicados para diversos
tipos de solo, profundidade do rebaixamento, vazão, entre outros fatores descritos
no item 5.
No estudo de caso sobre o Edifício Conde de Sarzedas, pôde-se verificar, na prática,
a aplicabilidade do sistema de rebaixamento por ponteiras filtrantes, que é o mais
utilizado no Brasil. A sua fácil e rápida instalação, mesmo sendo um local com pouco
71
espaço para se trabalhar devido ao método construtivo aplicado, e a possibilidade
de um rebaixamento localizado foram as principais vantagens desse sistema. Em
regiões totalmente construídas como a região central da cidade de São Paulo,
possibilitar um rebaixamento localizado é uma característica muito importante, pois
diminui a possibilidade dos efeitos causados pelo rebaixamento atingirem as
edificações vizinhas. Também pode-se ressaltar que, para a profundidade desejada,
o sistema adotado foi eficiente.
No estudo de caso sobre a construção da elevatória na ETE São João –
Navegantes, verificou-se que foi uma obra mais complexa, envolvendo estudos,
dimensionamentos e projetos antes da execução, além do monitoramento constante
durante o tempo de operação do sistema, o que é muito importante para evitar ou
amenizar problemas que possam ocorrer.
Através desse monitoramento, é possível identificar problemas como o rebaixamento
excessivo do lençol que pode acarretar em recalque. Neste caso, pode-se diminuir a
vazão de rebaixamento evitando tais problemas. No Edifício Conde de Sarzedas,
não houve monitoramento do sistema de rebaixamento, o que seria uma ferramenta
muito importante, pois é uma região totalmente ocupada por edifícios comerciais
novos e uma edificação antiga em processo de restauração, que, provavelmente,
não tem fundação muito profunda e, se ocorressem recalques na vizinhança,
poderiam danificá-la. O monitoramento poderia identificar a possibilidade de
ocorrerem tais problemas antecipadamente, podendo ser tomadas às devidas
providências para evitar os recalques.
72
Mesmo sendo muito utilizados, pode-se verificar, durante a pesquisa, que ainda não
existem normas técnicas para regulamentar e normatizar os processos e técnicas
utilizadas. A recomendação de alguns autores é a utilização das normas da CETESB
para a abertura dos poços profundos, porém, a criação de normas próprias facilitaria
na fiscalização e na punição quando ocorrerem danos a patrimônios vizinhos e ao
meio ambiente.
73
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Engenharia, Associação Brasileira de Geologia de Engenharia - ABGE, 1ª edição,
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Engenharia, Associação Brasileira de Geologia de Engenharia - ABGE, 1ª edição,
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74
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Acesso em: 28/09/2004
WConsult, Glossário Ambiental
Disponível em: <http://www.wconsult.com.br/alfap.htm>
Acesso em: 20/10/2004
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Acesso em: 01/12/2004
MUDA – Movimento Unificado de Defesa Ambiental, Glossário
Disponível em: < http://www.ongmuda.hpg.ig.com.br/s.htm>
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