As ampliações de fundações pouco profundas pertencem a este tipo de intervenção. Consistem na construção de uma estrutura que complementa ou substitui a fundação pré-existente e respondem ao objetivo de transferir para maiores profundidades no terreno, as ações/carga que a estrutura transmite à fundação original.
Ampliações clássicas, com aumento e/ou reforço da superfície de apoio da fundação, com lajes de betão armado e/ou cintas de betão armado moldadas in situ, lateralmente ou por baixo da fundação antiga, de acordo com várias soluções possíveis.
Extensões/ampliações de fundações superficiais
As extensões de fundações profundas, por outro lado, como na foto abaixo, são executadas com estacas de betão armado, perfuradas de forma convencional e, na maioria das vezes, com uma secção transversal reduzida (microestacas: Ø ≤ 300 mm). Os diferentes tipos de estacas clássicas implicam sempre sistemas de ligação com as fundações originais, o que levanta questões técnicas que muitas vezes não são secundárias em termos de execução, de tempo e de custo.
Fundações profundas
A intervenção no terreno de fundação inclui técnicas de melhoria do solo destinadas a modificar as suas caraterísticas de resistência, deformabilidade e permeabilidade na direção desejada.
- Técnicas de modificação mecânica, em que a densidade do solo é aumentada através da aplicação de ações mecânicas externas ou internas, superficiais ou profundas.
- Técnicas de modificação hidráulica, em que a água é forçada a sair do solo por meio de drenagem de vários tipos em materiais granulares, pré-carga e forças elétricas em solos de grão fino.
- Técnicas de modificação físico-química, através do qual as caraterísticas do solo são melhoradas com misturas de cimento e aditivos de vários tipos injetados à superfície, em profundidade ou através de colunas de solo misturado e/ou parcialmente substituído (jet-grouting ou jet-injection em geral).
Outros métodos de modificação podem ser térmicos, através do aquecimento ou congelamento do próprio solo. Como é reconhecido na literatura geotécnica, esta classificação das intervenções no solo, ainda que de forma superficial, é meramente indicativa, uma vez que são frequentemente combinados diferentes processos mecânicos, hidráulicos, físicos e químicos.
Na consolidação de fundações, a técnica de injeção de cimento, que se insere na categoria das intervenções física e quimicamente modificadas, tem sido historicamente de particular importância. As injeções são realizadas através da introdução de misturas de fluidos através de orifícios de vários diâmetros perfurados no solo perto da fundação.
As intervenções podem ser divididos em:
- Métodos de perfuração e saturação, em que as misturas preenchem os vazios existentes sem alterar a sua dimensão.
- Métodos de hidrofraturamento/rutura e deslocamento/movimentação/desagregação, em que as misturas injetadas sob alta pressão criam fissuras que são preenchidas com camadas, telas ou bolbos de betão. As misturas utilizadas podem também ser de natureza química (por exemplo, silicatos de sódio) e permitem a injeção de solos com granulometrias que vão desde os cascalhos arenosos às siltes.
As técnicas de injeção evoluíram consideravelmente ao longo do tempo, com melhorias em termos de métodos de execução e de composição dos materiais injetados.
Esta situação permitiu ultrapassar largamente os condicionalismos operacionais que representavam no passado:
- A aplicabilidade em solos finos (siltes e argilas).
- A compatibilidade ambiental das misturas utilizadas
- As dificuldades logísticas relacionadas com as grandes fases de construção. Atualmente, as técnicas de deslocamento e hidrofraturamento atingiram níveis tecnológicos e de desempenho consideráveis, de acordo com várias normas de referência, entre as quais a UNE EN 12715:2003 “Execução de obras geotécnicas especiais - Injeções”.
As injeções de resina de poliuretano de elevada capacidade de expansão da Uretek fazem parte deste quadro e assumem hoje um papel essencial na avaliação de intervenções para a consolidação de terrenos de fundação. Em particular, quando existe a possibilidade de se atingir um Estado Limite de Utilização induzido por um assentamento diferencial, as soluções Uretek são alternativas às técnicas de ampliação de fundações e de grouting com misturas cimentícias ou químicas mais tradicionais. A metodologia Uretek cumpre na íntegra o disposto nas Normas Técnicas de Construção, de acordo com a norma UNE EN 12715 já mencionada.
Pavimento em argila injetado com resina de poliuretano de elevada capacidade de expansão
A resina de poliuretano de elevada capacidade de expansão Uretek é uma resina de polímero de uretano de dois componentes (poliuretanos) constituída por uma mistura especial de polióis e isocianato.
Estes componentes, ao reagirem quimicamente entre si, determinam uma mudança de estado de líquido para sólido e provocam um forte aumento de volume em contacto com o ar com a rápida formação de um material plástico e inerte de baixo peso volumétrico final e elevada resistência.
A injeção no subsolo provoca o desenvolvimento de pressões consideráveis no solo intervencionado devido ao confinamento existente. Estas pressões são capazes de adensar e/ou comprimir o solo, dependendo da sua granulometria e do estado de tensão existente in situ. A reação química também ocorre em condições de imersão completa do solo no lençol freático.
Ao contrário das ampliações de fundações superficiais e profundas, o objetivo de uma intervenção de consolidação com estes polímeros é melhorar significativamente as caraterísticas mecânicas e hidráulicas do terreno de fundação de um edifício, dentro do volume geotecnicamente significativo existente.
No caso dos edifícios com fundações diretas, a lógica de intervenção ignora tanto o conceito de alargamento/aprofundamento da base de fundação para reduzir as cargas unitárias no solo (ações) como a transferência de cargas em profundidade por apoio em camadas de solo mais rígidas.
No caso de construções fundadas em estacas quando ocorre instabilidade estática devido à falha da fundação, a solução para o problema não deve ser procurada exclusivamente em profundidade. Por exemplo melhorar as caraterísticas geomecânicas dos primeiros metros de solo sob os blocos de estacas colocados no topo das estacas, com procedimentos específicos da Uretek, pode ser uma solução alternativa a ser avaliada para modificar quantitativamente as ações que atuam nas próprias estacas.
Trata-se simplesmente de uma abordagem de projeto diferente para resolver um problema específico de abatimento do solo.
Deste ponto de vista, para além da estratigrafia, o edifício a consolidar e a sua fundação devem ser adequadamente considerados em termos de: ações transmitidas ao solo, tipologia e geometria da fundação, respetivamente.
Uma fundação de sapata com uma largura B induz no subsolo, a uma profundidade de aproximadamente 6B, tensões inferiores a um décimo da carga aplicada à superfície de apoio ou ao plano de apoio. O aumento da resistência e a diminuição da deformabilidade do terreno de fundação neste intervalo de profundidade permitem, por exemplo, uma intervenção razoável numa espessura parcial de solo pobre, sem ter necessariamente de o atravessar completamente.
Estado de tensão sob fundação nastriforme e esquema clássico de intervenção da Uretek para pontos de injeção fixos
Como já foi referido, a expansão normal que a resina teria em condições não confinadas é parcialmente impedida após a sua introdução no subsolo. Do ponto de vista geotécnico, o efeito sobre o solo circundante é um aumento dos dois parâmetros de estado de qualquer meio particulado (a densidade e o estado de tensão). Consequentemente, verifica-se uma melhoria das caraterísticas mecânicas do solo sob a fundação da estrutura danificada.
A resina é injetada no solo no estado líquido, a baixa pressão, mas, após uma reação química exotérmica, muda rapidamente o seu estado físico de líquido para sólido, resultando num aumento de volume. Isto está relacionado com o desenvolvimento de uma capacidade de expansão significativa, que pode ser muito superior à pressão de injeção.
Sob estes pressupostos, o método de consolidação é aplicável tanto a solos granulares como a solos coesivos.
No primeiro caso, o mecanismo de expansão exprime-se pela determinação de um processo simultâneo de permeação e compactação numa área significativa em torno do ponto ou eixo de injeção, em função do método operacional adotado. O processo é perfeitamente comparável ao das injeções de caldas de compactação realizadas através da pressurização do subsolo com misturas cimentícias de elevada viscosidade. Quando solidificada, a resina atua também como aglutinante em solos incoerentes, com propriedades mecânicas definidas desde o início, sem tempo de cura.
Nos solos coesivos, o mecanismo de expansão resulta na fracturação hidráulica e na formação de uma rede densa de inclusões sólidas que produzem um meio pré-tensionado relativamente mais rígido em torno do ponto ou eixo de injeção significativa. Este processo ocorre num período de tempo muito curto e confinado às zonas de injeção na massa de solo. Em depósitos argilosos saturados, este facto assegura a rápida dissipação de qualquer sobrepressão intersticial gerada.
Em qualquer caso, o material utilizado deve ter sempre uma elevada capacidade de expansão para garantir:
- O preenchimento de vazios na interface entre o solo e a superfície de colocação da fundação nos níveis de injeção mais superficiais.
- A compensação imediata do volume reduzido no solo submetido à ação de pré-compressão da resina expansiva.
Existem muitas combinações possíveis de componentes e as diferentes resinas disponíveis não têm todas as mesmas caraterísticas de desempenho e rendimento. As caraterísticas fundamentais para o sucesso de uma consolidação efetuada exclusivamente com injeções de resinas de poliuretano expansivas devem ser:
- A expansão considerável do material em termos de pressão de expansão.
- A rapidez da reação de expansão.
Este último permite que a resina em fase líquida permaneça dentro de uma circunferência limitada do ponto/eixo de injeção, localizado na mesma vertical que o eixo baricêntrico da fundação.
A resina endurecida no solo tem um peso volumétrico que varia entre aproximadamente 1,50 e 3,00 kN/m3, proporcional ao confinamento existente. Estes valores são muito baixos quando comparados com os pesos volumétricos das misturas clássicas de cimento e não produzem qualquer ponderação no solo tratado, excluindo o aparecimento de abatimentos a maiores profundidades.
Além disso, esta caraterística favorece um tratamento eficaz mesmo em parcelas muito localizadas de estruturas instáveis, sem determinar contrastes de rigidez que induzam a migração do padrão de fissuração, como acontece nas consolidações parciais efetuadas em estruturas rígidas de betão armado, tanto superficiais como profundas.
O método de aplicação da resina expansiva, embora ligado a obras especializadas, não implica grandes obras acessórias, não é invasivo e não requer escavações nem sistemas de ligação problemáticos para unir a fundação pré-existente.
A resina é produzida no local, na unidade sobre os veículos Uretek, de onde é garantido o seu funcionamento até 80 m de distância.
Solução pouco invasiva na execução de consolidação com resina com elevada capacidade de expansão
A resina é injetada através de tubos de aço, nos quais é empurrada pela ação mecânica de uma bomba até fluir para o solo a consolidar. Os tubos são inseridos em furos com um diâmetro inferior a 30 mm, perfurados diretamente na fundação e colocados em profundidade, de acordo com configurações de intervenção específicas.
Em função das necessidades do projeto, podem ser utilizadas as seguintes técnicas:
- Tubos lisos, abertos apenas no fundo, permitindo combinações de injeções pontuais a vários níveis de profundidade (técnica de ponto fixo Uretek).
- Tubos fechados no fundo, pré-tratados na oficina, multiperfurados calibrados na superfície lateral, com o tamanho dos orifícios de saída da resina a aumentar com a profundidade, para garantir espessuras de solo uniformemente consolidadas de acordo com malhas de injeção codificadas e patenteadas (técnica Uretek Multipoint).
Esquema de intervenção Uretek Multipoint: a resina flui simultaneamente a partir de pares de orifícios pré-determinados na superfície lateral do tubo de injeção inserido no solo
Sapatas de fundação tratadas com Uretek
Como indicado acima, a pressão de injeção não é elevada e não é particularmente relevante para o sucesso da intervenção; de facto, o grau de densificação/compressão do solo depende apenas da pressão de expansão da resina com as mesmas condições de solo e intervenção. O nível de melhoria geomecânica alcançável pode ser projetado antecipadamente com a ajuda do software específico URETEK SIMS 2.0, que implementa modelos teóricos conhecidos da literatura geotécnica.
Captura de ecrã do programa de cálculo Uretek SIMS 2.0
A mesma melhoria pode ser diretamente verificada através da realização de ensaios geotécnicos comparativos de vários tipos, realizados durante, antes e depois da intervenção, em total conformidade com as disposições do Regulamento Técnico da Construção. As Normas Técnicas referem-se também ao controlo das intervenções de consolidação geotécnica. A este respeito, a Uretek sempre efetuou o acompanhamento estrutural no âmbito dos trabalhos de consolidação, que pode ser realizado através de um nivelamento topográfico de precisão com um sistema laser semi-automático (emissor-recetor), ou através de um acompanhamento global da estrutura com um sistema de radar (procedimento Uretek Deep Injections ULTRA).
Em todo o caso, é importante apreciar a reação do edifício durante a execução em termos de “princípio de levantamento” (fração de milímetro), como feedback imediato da consolidação em profundidade, em perfeita concordância com os princípios do método de observação também citados na Norma Técnica.
Monitorização global de estruturas por radar com o procedimento ULTRA da Uretek Deep Injections