Construção de Cortinas Escoradas em Escavações

A construção de cortinas escoradas em escavações é cada vez mais frequente, especialmente nas grandes cidades, para a execução de pisos enterrados de edifícios, de parques de estacionamento, de redes de metropolitano e de túneis rodoviários e túneis ferroviários, e porque em numerosos casos aquelas se localizam em zonas aluvionares onde se encontram espessos estratos de argilas de baixa resistência.

Quando a espessura dos estratos argilosos é considerável, a execução de estruturas de suporte com ancoragens torna-se tecnicamente desaconselhável e até, em alguns casos, inviável, na medida em que os impulsos de terras são muito elevados, e o comprimento e a inclinação das ancoragens teriam que ser necessariamente muito grandes. Nestas condições é pois necessário conceber uma estrutura constituída por uma cortina de estacas-prancha ou de paredes moldadas associada a vários níveis de escoramento.
A execução de escavações de certa profundidade em maciços com espessos estratos de argilas moles, acarreta tipicamente a mobilização da totalidade da resistência ao corte em amplas zonas do maciço, em geral com consequentes grandes deformações e deslocamentos do terreno envolvente da escavação e ainda com mobilização de esforços muito severos nas estruturas de contenção.
O uso de estruturas de grande rigidez, em geral cortinas de paredes moldadas prolongadas até a um estrato inferior mais resistente, associadas a escoramentos de aço, tem permitido a realização de obras nestas condições, associadas a movimentos do terreno vizinho relativamente modestos, aspecto que, como é obvio, é extremamente importante nas obras urbanas.

O dimensionamento destas estruturas, assume naturalmente uma relevância muito significativa, tendo em vista os delicados aspectos de segurança associados ao problema, seja a segurança da própria obra, seja a das estruturas ou infra-estruturas vizinhas, e também as muito avultadas verbas envolvidas nas soluções indicadas.

A análise é particularmente complexa já que depende de todos os parâmetros – e são muitos – de que depende uma escavação escorada em maciços de mais elevada resistência, por exemplo, em maciços arenosos, e ainda do desenvolvimento dos fenómenos de plastificação ­ redistribuição de tensões no maciço, em particular na zona subjacente ao fundo da escavação. Refira-se que são precisamente estes fenómenos os responsáveis pelos muito altos esforços de compressão que tipicamente se registam nos níveis inferiores do escoramento, bem como pelos muito altos esforços de flexão e corte que se mobilizam na cortina abaixo do último nível do escoramento.

O comportamento de uma estrutura de suporte flexível constituída por cortina e escoras é avaliado pela distribuição de pressões e momentos flectores na cortina, pelas forças instaladas nas escoras, pelos deslocamentos horizontais da parede para o interior da escavação, pelos assentamentos do terrapleno adjacente e pela estabilidade do fundo da escavação. Para a evolução destas grandezas contribuem muitos factores sendo, os mais importantes:
a) As características mecânicas do solo;
b) O tipo e a concepção da estrutura;
c) A geometria da escavação;
d) O processo e o faseamento construtivos;
e) As solicitações exteriores, nomeadamente sobrecargas no terrapleno;
f) A qualidade da mão de obra.

A contribuição de cada um dos factores enumerados envolve um conjunto de aspectos de difícil análise e formulação, o que conduz em regra a dificuldades na estimativa aproximada dos esforços estruturais e, no caso de escavações em espessos estratos de argilas moles, no controlo dos deslocamentos dentro de valores aceitáveis, Alguns destes aspectos podem ser equacionados e considerados no dimensionamento de forma teoricamente fundamentada, enquanto outros exigem tratamento baseado em observações de obras realizadas em condições similares.

Devido à sequência do processo construtivo, o movimento genérico de uma cortina escorada pode ser descrito como uma rotação em torno do topo dirigida para o interior da escavação. Ao colocar o primeiro nível de escoras, logo nas fases iniciais da retirada do solo, os deslocamentos da cortina na zona que lhe é adjacente manter-se-ão reduzidos nas fases seguintes. Quando a escavação progride até à colocação do segundo nível de escoras, a pressão do solo suportado obriga a cortina a deslocar-se para o interior da escavação, enquanto que o topo se mantém praticamente sem movimento. Após a colocação do segundo nível, a fase de escavação seguinte vai permitir novos deslocamentos da parede abaixo desse nível, e assim sucessivamente. Nas situações em que a cortina é prolongada significativamente para além do fundo da escavação, as pressões passivas do solo subjacente a esta, eventualmente conjugadas com a fixação do pé da cortina num estrato firme inferior, conduzem a partir de certo ponto a uma progressiva redução dos deslocamentos laterais.
Para estas condições, as teorias clássicas de Rankine e Coulomb para a avaliação de impulsos de terras não são directamente aplicáveis, até porque o maciço terroso, na sua parte superior, não está, em geral, em equilíbrio plástico. No final da escavação, as pressões que se desenvolvem atrás da cortina nesta zona são substancialmente superiores às pressões activas, ao contrário do que acontece na zona mais próxima do fundo da escavação e mesmo abaixo desta. A distribuição das pressões é controlada pelo efeito de arco resultante do contraste entre os deslocamentos para a escavação dos diversos pontos da parede.
Na zona superior, rigidamente apoiada, esses deslocamentos são reduzidos, logo as pressões de terras elevadas; na parte inferior esses deslocamentos são maiores, logo decrescem as pressões de terras.

Para além da complexidade resultante destas redistribuições de pressões, que naturalmente afectam de modo relevante os esforços mobilizados no escoramento, a experiência de muitas obras cedo evidenciou que estes esforços dependem ainda largamente de múltiplos factores relacionados com a execução. Aspectos como a proximidade de terras escavada abaixo de cada nível de escoras antes da respectiva instalação, designada por sobreescavação – o tempo que medeia entre a retirada das terras e a colocação do escoramento, o sistema e o modo de execução das ligações entre as escoras e a parede, a qualidade da mão de obra, e ainda diversos outros aspectos, são susceptíveis de provocar substanciais variações nos esforços mobilizados mesmo entre escoras adjacentes (em planta) do mesmo nível.

Os deslocamentos da cortina são mínimos no topo e no pé e máximos, em geral, nas proximidades do fiando da escavação, pelo que a deformada apresenta uma marcada convexidade voltada para a escavação. Os deslocamentos máximos dependem acentuadamente da sequência do processo construtivo e da rigidez do escoramento e da cortina, podendo atingir valores elevados.

Os assentamentos da superfície são reduzidos nas proximidades da parede, crescendo para o interior do maciço suportado e voltando a decrescer à medida que aumenta a distância à face da escavação. Desenvolve-se portanto um perfil de assentamentos côncavo.
A plastificação do solo ocorre essencialmente a partir do último nível de escoramento, prolongando-se abaixo do nível da escavação, no interior do maciço suportado.

Durante o processo de escavação desenvolvem-se pronunciadas redistribuições de pressões de terras com aumento das mesmas na zona superior e redução na zona mais próxima do fundo da escavação, onde podem descer abaixo das pressões activas teóricas, e novo aumento nas zonas mais próximas do firme, onde os deslocamentos da cortina se anulam.
As escoras colocadas nas primeiras fases, após suportarem um esforço significativo, experimentam um decréscimo desse esforço com o aumento da profundidade escavada, devido à tendência de a cortina inverter o sentido do seu deslocamento no topo. O esforço máximo no escoramento é em geral crescente com a profundidade a que aquele é instalado. Os diagramas de pressões aparentes de Terzaghi-Peck são muitas vezes excedidos nas zonas mais próximas da base da escavação.

Autor: Eduardo Manuel Cabrita Fortunato
Excerto Adaptado
Imagens: Condon-Johnson, Ceacon, Charles Engineering

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