INJEÇÃO DE CONSOLIDAÇÃO COMO SOLUÇÃO PARA O REFORÇO DO SOLO DE UM EDIFÍCIO DE MANAUS – ESTUDO DE CASO.

PERMEATION GROUTING AS A SOLUTION FOR REINFORCENING THE SOIL OF A BUILDING IN MANAUS – STUDY CASE.

REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10207800


ISRAEL FEITOZA DA SILVA
COORIENTADOR:JOSÉ COSTA FEITOZA
COORIENTADOR: KELVIN DE PAULA SOBRINHO


Resumo

A injeção de consolidação é uma  técnica de reforço do solo, que visa  melhorar  as propriedades geotécnicas. O estudo foca na  avaliação e no método aplicado da injeção de consolidação em um edifício em Manaus, capital do Amazonas, Brasil. Esse procedimento desempenha um papel essencial na Engenharia Civil pois ajuda  a estabilidade dos solos e rochas, utilizando materiais consolidantes específicos conforme as necessidades do local, incluindo a escavação segura de túneis e construção em solos com baixa capacidade de carga. A metodologia abordada neste estudo é qualitativa, exploratória e descritiva, envolvendo revisão bibliográfica, pesquisa de campo e análise de dados. Para a pesquisa de campo foi selecionado um edifício em Manaus que apresentou dificuldades de recalque e que, após investigação aprofundada, verificou-se que a eficácia  da injeção de consolidação resolveu de forma bem-sucedida o problema, demonstrando seu benefício e importância na garantia da segurança estrutural. Nesse sentido, a injeção de consolidação se apresenta como uma solução viável para fomentar a segurança e a habitabilidade deste edifício.

Palavras-chave: Reforço de solo. Injeção de consolidação. Fundações de Edifícios. Recalque.

1        INTRODUÇÃO

A fundação tem o papel importante de transmitir as cargas de uma estrutura para o solo. Isso necessita ser realizado de maneira precisa, evitando problemas que possam afetar a integridade da estrutura. Para Moreira (2008) é fundamental garantir que essa transferência ocorra com segurança em relação à possibilidade de ruptura e que os recalques sejam compatíveis com as necessidades da estrutura. De acordo com Tecgeo (2015), do ponto de vista conceitual, os reforços de fundação específicos têm uma intervenção no sistema de solo, em estruturas preexistentes, com o propósito de melhorar o desempenho do conjunto. Essa intervenção se torna necessária quando para resistir às cargas em ação, ou quando um aumento na carga aplicada não pode ser envolvido sem comprometer a segurança e exigir reduções significativas nos coeficientes de segurança.

Conforme Ioshimoto (1988), os problemas patológicos com base em suas manifestações distintivas fornecem um entendimento mais profundo das causas subjacentes, por sua vez, informa e aprimora os esforços de recuperação e manutenção, ao mesmo tempo em que enriquece a compreensão de cada fase do ciclo da produção das edificações. Essa abordagem permite a implementação eficaz de medidas preventivas. Quando patologias surgem em uma edificação, é essencial investigar as causas básicas dessas especificações, que podem ser variadas em sua natureza. Essas particularidades destacam a importância de estudos abrangentes e aplicar conhecimentos na área de fundações para a realização de diagnósticos precisos e o desenvolvimento de planos de intervenção que visem a solução das manifestações. A resolução de um problema patológico exige a implementação de um conjunto de procedimentos.

A Engenharia Civil moderna é central na procura constante de técnicas de intervenção que garantam a estabilidade, durabilidade e integridade das estruturas construídas. Para Silva, E, et al. (2000) neste contexto, a injeção de reforço surge como uma abordagem visível que promove a restauração de edifícios que sofrem de degradação, desgaste e fatores ambientais, e contribui para a preservação do patrimônio cultural e histórico em cidades de todo o mundo. No entanto, a eficácia desta técnica deve ser avaliada de forma cuidadosa e abrangente, tendo em conta as características específicas de cada edifício, a fim de fornecer uma orientação sólida para esforços futuros. (ROMANO, 2014).

Esta pesquisa se debruça sobre um desafio específico: a avaliação da eficácia da injeção de consolidação em um edifício situado na cidade de Manaus, capital do estado do Amazonas, cidade conhecida por sua rica história, cultura e contexto geográfico único, abriga diversidades de edifícios que refletem diferentes épocas e estilos arquitetônicos. Este estudo de caso  analisa  a  prática da injeção de consolidação em um edifício, com o intuito de analisar cuidadosamente  os resultados obtidos e suas implicações para essa técnica no local. Foi realizada uma observação aprofundada da eficácia da injeção de consolidação, a pesquisa busca não somente observar e avaliar mas verificar a perspectiva estrutural do procedimento, e entender como ela pode auxiliar para a sustentabilidade do edifício estudado.

O estudo tem o potencial de favorecer de maneira significativa a qualidade de vida dos moradores, bem como a preservação deste espaço residencial. O estudo  em questão apresenta como aplicar a eficiência do método de injeção de consolidação em um edifício em construção em Manaus, levando em consideração o cenário de crescimento urbano e desenvolvimento da cidade. O  principal objetivo é avaliar a eficácia da técnica  como reforço estrutural do solo para garantir a segurança e a estrutura do edifício, através de um estudo de caso para analisar os resultados.

Os objetivos específicos envolvem a seleção de um edifício em Manaus que comprova questões relacionadas à estabilidade da construção e características do solo. O estudo aborda um levantamento bibliográfico sobre as técnicas, materiais e métodos disponíveis para a injeção de consolidação. O processo da intervenção no edifício selecionado será documentada em todas as etapas, incluindo a coleta de dados antes e após a intervenção, a avaliação de possíveis patologias e níveis de estabilidade. Além disso, a análise dos resultados comparou as condições iniciais com a pós-injeção de consolidação, no final de tudo,  será realizada uma discussão sobre a utilidade  da técnica, considerando os benefícios e desafios enfrentados.

Para Neves (2010), a injeção de consolidação é conhecida como uma resolução eficaz para diversos problemas geotécnicos como recalque de  solo e instabilidades causadas pela água. A aplicação precisa e eficiente é fundamental para promover práticas de construção sustentáveis​​. A justificativa está baseada na necessidade de abordar desafios geotécnicos na construção civil, com a finalidade de  segurança estrutural do edifício, e o   investimento na  sustentabilidade e  por fim   compartilhar conhecimento.

2         FUNDAMENTOS ESSENCIAIS DA INJEÇÃO DE CONSOLIDAÇÃO

A Engenharia Civil possui práticas de intervenção estrutural, uma delas é a injeção de consolidação que  visa melhorar a estabilidade dos solos e das rochas, desempenha um papel principal na revitalização de estruturas, contribuindo para sustentabilidade e manutenção. Essa  abordagem reside em materiais consolidantes com base nas necessidades específicas.

A NBR 16920-1 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT,2021) conceitua solo reforçado como:

O termo solo reforçado se refere à aplicação de reforços resistentes à tração em maciços terrosos, de forma a se obter um compósito com melhores características mecânicas. O sistema é formado por três elementos: solo, elementos de reforço (inclusões) e elementos de face (paramento). (ABNT,2021).

O papel  da injeção de consolidação  é de conter o fluxo da água no solo, conforme Milititsky; Consoli; Schnaid, (2008), reduz permeabilidade e aumenta  a capacidade de carga. Em solos naturalmente permeáveis,  é empregada para interromper o movimento da água no solo com a inserção de calda de cimento ou polímeros específicos.. A água é impedida de fluir através dos vazios do solo, evitando problemas com erosão e recalque, nos casos de solos de compacidade granulosa, a injeção de consolidação tem o papel de incrementar a coesão dessas estruturas, sendo extremamente relevante para situações de escavações de túneis e fundações. Esta técnica é de suma importância para a Engenharia Civil e não  pode ser subestimada, as aplicações são diversificadas, com resultados importantes em inúmeras situações. Um exemplo notável é o seu papel na escavação segura de túneis e na construção de fundações sólidas.

2.1 Descrição da Técnica

            O preenchimento de lacunas consiste no processo na melhoria do solo e  da capacidade de carga do mesmo, conferindo maior resistência e estabilidade à edificação.  Aspectos importantes  como o número e a posição dos furos, bem como a pressão e a quantidade precisa do material injetado são calculados de forma cuidadosa para garantir uma distribuição uniforme do consolidante.  

2.2 Reforço de Fundação

Para Velloso (2012), a importância  de um projeto de reforço surge quando as fundações apresentam um desempenho insatisfatório na estrutura por danos que afetam aspectos estéticos, funcionais ou estruturais. Os danos estéticos sao aqueles que prejudicam a aparência da edificação, sem representar riscos à sua integridade, como trincas em paredes, por exemplo. Já os danos funcionais comprometem o funcionamento da edificação, afetando as instalações prediais e provocando desgaste excessivo nos componentes, como trilhos de elevadores. Os danos estruturais, por sua vez, impõem dificuldades à estabilidade da estrutura, exigindo instruções de reforço. Segundo Moreira (2008), a  solução de reforço está  ligada às características mecânicas do solo e à sua capacidade de suporte, garantindo ao mesmo tempo o respeito aos limites aceitáveis ​​da estrutura, às condições das fundações e às restrições inerentes à fase de execução.

2.3 Perfuração

            De acordo Gourlay & Carson (1982) a perfuração ocorre através da válvula-manchete que é um dispositivo de borracha instalado em tubos de PVC com o propósito de evitar o refluxo da calda injetada no maciço de solo para o interior da tubulação. Essa válvula desempenha um papel crucial ao possibilitar a complementação das injeções sem a necessidade de abrir novos orifícios no maciço, tornando viável a execução de múltiplas fases de injeção no mesmo ponto do maciço.

            Em conformidade com Serra Júnior, E. (1991), em geral, os furos são executados de maneira manual, utilizando um trado, ou por meio de equipamentos de perfuração rotopercussivos ou rotativos. A seleção do diâmetro dos bits é feita de maneira estratégica, garantindo um espaço adequado para a inserção de um tubo de PVC manchetado de diâmetro igual a 32 mm. As manchetes são habitualmente espaçadas a cada 0,5 m ou 1,0 m ao longo do tubo, permitindo a instalação de uma mangueira de injeção.

É essencial para a execução da bainha o espaço anelar entre as paredes do furo e o tubo de PVC, proporcionando uma aplicação precisa e eficaz do processo de injeção. A figura 1 apresenta um tubo de PVC manchetado típico. Para Yomasa (2000), para assegurar a fixação do tubo de PVC dentro do furo é imprescindível que o espaço anelar seja preenchido com uma substância conhecida como bainha de cimento ou solo-cimento. Após o correto posicionamento da bainha, o processo de injeção é efetuado ao aplicar gradualmente pressões crescentes no interior do tubo. Isso é possível graças a um mecanismo chamado obturador de anel, que se abre somente após a ruptura da bainha, permitindo a injeção eficaz do material desejado.

2.4 Injeção

Após a instalação do tubo de PVC, o espaço entre o tubo e o furo é preenchido com calda de cimento até a boca do furo. Durante a execução de injeção, o material é introduzido com pressão suficiente para romper a bainha, garantindo o fluxo adequado conforme o volume especificado. O obturador duplo ( Figura 1) é colocado no nível desejado para isolar as manchetes presentes em níveis superiores e inferiores. Conforme CAPUTO (1996), os vazios do solo são preenchidos pela calda de cimento com aditivo expansor de argamassa, promovendo a condição de estabilidade da edificação. Após esse processo, o tubo deve ser lavado com água.

Tubo de PVC

Figura 1 : Instalação do Tubo de PVC

2.5 Controle de Qualidade

O controle de qualidade inclui o registro das instruções para monitorar o volume e a vazão das injeções. Esse controle é documentado em um boletim, acessível ao projetista encarregado da supervisão. Esses dados permitem monitorar o desempenho e detectar possíveis anomalias à medida que o serviço é executado.

O objetivo desse controle é garantir que a calda de cimento seja monitorada, através da análise periódica da estrutura, exsudação, densidade e coesão da calda. Essas especificações estão intrinsecamente relacionadas ao diâmetro final da injeção e são essenciais para garantir a eficácia do processo. Santos; Melo; Neves, (2010) recomenda-se utilizar um instrumento chamado reômetro de placa, que é uma ferramenta simples preconizada pelo funil Marsh, para medir as características peculiares da calda. Além disso, é aconselhável empregar um densímetro com graduação para monitorar de forma precisa a densidade da calda.

3        3  METODOLOGIA

Este artigo adota uma abordagem de pesquisa que integra métodos qualitativos e quantitativos, caracterizando-se como um estudo descritivo e exploratório. Baseado em artigos científicos, focando a eficácia da injeção de consolidação como método de reforço do solo para edifícios em construção em Manaus. Para compor a metodologia do artigo foram seguidos os seguintes requesitos:  foi realizado por primeiro a  revisão bibliográfica que constitui a base teórica do estudo, visando compreender a eficácia da injeção de consolidação como método de reforço do solo. Fontes nacionais como livros, artigos e periódicos foram consultadas em formatos físicos e eletrônicos, fornecendo um conhecimento sólido para fundamentar as discussões sobre as manifestações patológicas observadas. Por segundo A  foi encontrar um edifício para a pesquisa. Em terceiro foi necessário coletar dados, selecionado com base em critérios de segurança, acessibilidade e relevância para os objetivos da pesquisa. Uma avaliação preliminar detalhada foi conduzida para compreender as condições estruturais do solo, registrando informações sobre cálculos e observações de manifestações patológicas. O estudo concentrou-se em um caso específico, abordando problemas patológicos em um edifício com 5 pavimentos  em  um condomínio de Manaus. Foi iniciada  uma campanha de investigação com dados suficientes, permitindo uma análise aprofundada das manifestações patológicas e fornecendo dados para compreender a sistemática desses problemas na construção civil. O objetivo principal foi propor uma sequência de fatores investigativos, abordando sistematicamente as patologias. E por fim o  estudo de caso que  adota uma abordagem de pesquisa aplicada, buscando gerar conhecimentos úteis para auxiliar no planejamento de ações relacionadas à eficácia da injeção de consolidação como método de reforço do solo. As manifestações patológicas observadas foram objeto de estudo e análise, identificando alternativas para evitar intervenções iminentes. A metodologia integrada deste artigo proporcionou uma compreensão abrangente da eficácia da injeção de consolidação e reforço de solo para edifícios em construção em Manaus.              

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 Características da obra

O edifício está localizado na cidade de Manaus, composta por cinco pavimentos e fundação do tipo radier, totalizando uma área construída de 911,50 m². A empresa responsável pelo projeto é de natureza privada e atua principalmente na construção de edifícios.  A obra é realizada em um terreno caracterizado por topografia acidentada (Imagem 2). A construção segue as diretrizes da norma ABNT NBR 15575:2013, que estabelece regras e padrões para edificações habitacionais, visando assegurar a segurança e a qualidade das construções. Devido à irregularidade do terreno, foi necessária a execução de aterro e concretagem (Imagem 3) para atingir a cota estabelecida pelo projeto. (Imagem 1) mostra a planta baixa da edificação.

Imagem 1: Planta baixa do Edifício

Fonte: Autor Próprio 2023.

Processo de Aterro e Concretagem

Imagem 2: o processo de preenchimento de áreas com materiais como terra, areia, pedras ou outros tipos de materiais granulares.

Imagem 3: processo de concretagem da Fundação responsável por suportar o peso da estrutura e transferir as cargas para o solo de maneira segura e estável.

4.2 Apresentação do Problema de Engenharia

Mediante um levantamento topográfico, detectou-se um recalque diferencial na edificação, caracterizado pelo rebaixamento acentuado do nível da entrada e levantamento na parte posterior da mesma.

O recalque diferencial é um importante indicador das mudanças estruturais que ocorrem na edificação ao longo do tempo e podem afetar sua estabilidade e segurança. A compreensão da evolução desse fenômeno geotécnico é crucial para a tomada de decisões relacionadas à manutenção e correção das possíveis irregularidades estruturais.

Diante desse cenário, a fim de compreender melhor as características do solo e a extensão do recalque, foram realizados os seguintes ensaios: Sondagem terrestre à percussão (ABNT NBR 6484), ensaio de compactação (ABNT NBR 7182), ensaio de índice suporte califórnia (ABNT NBR 9895), granulometria por peneiramento (ABNT NBR 7181), limite de liquidez (ABNT NBR 6465) e limite de plasticidade (ABNT NBR 7180).

4.3 Perfuração do solo

O processo de perfuração foi realizado com trado manual de 3″ (7,50cm). Logo após foi introduzido o tubo com válvulas-manchete e preenchimento do espaço entre o tubo e o furo com calda de cimento (Imagem 4, 5 e 6). O lançamento desta calda foi feito por gravidade, resultando em preenchimento gravitacional dos vazios existentes no maciço.

O projeto previa a perfuração de 98 furos com dimensões de 0,10 m de largura e 6,00 m de comprimento . Entretanto, devido à rigidez do solo, um furo não pôde ser executado durante as escavações, resultando na realização de 97 furos, com autorização do projetista. Os tubos de injeção em PVC possuíam diâmetro de 32 mm e comprimento de 6,00 m, totalizando 873 válvulas do tipo manchete.

Furos internos

Imagem 5:  O processo de furos internos no edifício.

Furos externos

Imagem 6: O processo de furos Externos no Edifício.

4.4  Injeção de consolidação

A injeção foi realizada entre 24 até 72 horas após a instalação e fixação do tubo com a nata de cimento (Imagem 7), sendo injetado por furo o volume mínimo de 50 litros utilizando um obturador duplo com pressões apropriadas para induzir a abertura da válvula-manchete garantindo que o local designado para tratamento recebesse o volume efetivo de nata de cimento previsto em projeto.

Nata de Cimento

Imagem 7: O processo é comumente utilizado em construção civil e engenharia para garantir a estabilidade e vedação de tubos em escavações ou estruturas subterrâneas. A injeção de cimento ajuda a preencher possíveis vazios e a melhorar a fixação do tubo no solo ou estrutura circundante.

Foram realizadas 3 injeções (Imagem 8) começando pela válvula-manchete mais profunda até a mais superficial, com paralisação da primeira injeção ao atingir 10 kgf/cm² de pressão, da segunda injeção ao atingir 20 kgf/cm² e da terceira injeção ao atingir 30 kgf/cm², independentemente do volume absorvido pelo solo.  Após o término de cada série de injeção, os tubos de PVC foram lavados com água. (Imagem 9).

Obturador duplo à esquerda. Tubo PVC manchetado típico à direita

Imagem 8: Dispositivo utilizado para controlar ou interromper o fluxo de material injetável, com tubo de PVC.

Lavagem dos tubos de PVC após a injeção]

Imagem 9: A limpeza é importante para garantir a eficácia do tratamento e evitar quaisquer resíduos indesejados.

Durante todo o processo de execução do serviço, foi realizado o monitoramento do recalque por uma equipe de topografia com o objetivo de avaliar a eficácia da injeção, onde constatou-se que a estabilização do recalque ocorreu após a conclusão da primeira série de injeções nos furos externos.

4.5 Especificação da calda do cimento

A calda de cimento foi composta de uma mistura de água, cimento Portland e aditivo expansor de argamassa, sendo meticulosamente preparada num misturador de alta turbulência (Imagem 10) para assegurar a homogeneidade da mistura. O  fator água/cimento (a/c) definido em projeto foi de 0,6 e o traço utilizado para o aditivo expansor foi de 0,425kg para cada saco de cimento de 42,5 kg (equivalente a 1% da massa de cimento).

Equipamentos: Misturador e bomba injetora

Imagem 10: Misturador e a bomba injetora utilizados no dia do procedimento.

4.6 Especificação do Monitoramento

O acompanhamento do serviço foi meticulosamente conduzido por meio da avaliação não apenas da pressão máxima de cada injeção, mas também do volume preciso de calda de cimento que foi injetado. (Imagem 11). Essa abordagem abrangente permitiu uma monitorização minuciosa, garantindo um controle eficaz e preciso do processo de injeção, assegurando, assim, a conformidade com os parâmetros estabelecidos no projeto.

Manômetro utilizado para monitoramento da pressão da calda de cimento injetada

Imagem: O monitoramento da pressão da calda de cimento é essencial para garantir a eficiência e a segurança em processos de construção que envolvem injeção de cimento, como em projetos de estabilização de solos, fundações, ou construções de estruturas.

4                5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A presente pesquisa buscou avaliar a eficácia da técnica de injeção de consolidação como método de reforço estrutural do solo, visando garantir  a segurança e a integridade da estrutura de um edifício específico em Manaus. A seleção do edifício foi criteriosa, pautada em evidências de pesquisa, características do solo e possíveis problemas relacionados à estabilidade da construção, e proporcionou representatividade para a execução da intervenção. O desenvolvimento do estudo feito possibilitou uma análise da injeção de consolidação como solução viável para um problema de recalque diferencial.

O edifício desempenha um papel importante na vida cotidiana da comunidade local, e portanto, a avaliação da eficácia da injeção de consolidação não apenas tem significados  técnicos, mas também implica diretamente no bem-estar dos residentes. Durante a análise observou-se que, na introdução da técnica de injeção de consolidação, houve estabilização do recalque, ficou evidente que a injeção de consolidação é um método eficaz para melhorar a capacidade de carga do solo sem a necessidade de escavações profundas ou substituição do solo.Foi possível constatar que a técnica de injeção surge como uma estratégia benéfica para o reforço estrutural do solo, desempenhando um papel crucial na segurança do edifício. Os resultados obtidos contribuem para o conhecimento sobre a aplicação dessa técnica como medida efetiva de reforço estrutural do solo em ambientes urbanos.

6 REFERÊNCIAS

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