Tubulões a Ar Comprimido.

Pretendendo-se executar tubulões em solos  onde haja água e nào seja possível esgotá-la devido ao perigo de desmoronamento das paredes do fuste, utilizam-se os tubulões a ar comprimido (também denominados de pneumáticos) com camisa de concreto ou de aço.

Os tubulões a ar comprimido com camisa de concreto começaram a ser usados entre nós a partir da década de 40, quando a Companhia Nacional de Construções Civis c Hidraúlicas (Civilhidro). sob a chefia do engenheiro Sérgio Valério, importou da França campânulas da Campenon Bemard, usadas, para execução de tubulões para obras-de-arte.

O primeiro prédio a ter suas fundações em tubulào a ar comprimido foi o Edifício Rhodia, na
Rua Libero Badaró, em Sào Paulo. A partir daí, os tubulões a ar comprimido com camisa de concreto passaram a ser uma das fundações profundas mais executadas no país.

Em 195-1, foi importado pela Engenharia de Fundações S.A. (Engefusa) o primeiro equipamento para
cravar camisas metálicas passando-se a usar o tubulào com camisas dc- aço como mais uma alternativa.

Com o maior desenvolvimento dos outros tipos de fundaçàc e com maiores restrições a ruído, o tubulào a ar comprimido foi sendo cada vez menos usado entre nós.

Atualmente só se usa tubulào a ar comprimido e em geral com camisa de concreto, em obras dc arte, geralmente fora do perímetro urbano.

As campânulas originais utilizavam guincho acionado por ar comprimido e por isso tinham seu topo
em forma de calota, o que criava problemas para a colocação de pesos sobre a compânula, para fa-
cilitar a descida da camisa do tubulào. Com a introdução de guinchos elétricos, as campânulas passaram a ser confeccionadas com teto plano eliminando-se este inconveniente.

Neste tipo de tubulào, seja a camisa dc concreto, seja dc aco, a pressão máxima de ar comprimi-
do empregada é de 3,-1 atm (340 kPa), razão pela qual estes tubulões têm sua profundidade limitada
a 34 m abaixo do nível de água (Norma Rcgulamentadora n ® 15, Anexo 16. da Portaria 3-214 do Ministério do Trabalho).

É importante ressaltar que no caso de utilização  de ar comprimido, em qualquer etapa dc execução dos tubulões, deve-se observar que o equipamento deve permitir que sc atendam rigorosamente os tempos dc compressão e descompressão prescritos pela boa técnica e pela legislação em vigor, só se admitindo trabalhos sob pressões superiores a 150 kPa quando as seguintes providências forem tomadas:

a) equipe permanente de socorro médico à dis-+ posição da obra;
b) câmara de descompressão equipada disponível na obra;
c) compressores e reservatórios dc ar comprimi do de reserva;
d) renovação de ar garantida, sendo o ar injetado  em condições satisfatórias para o trabalho humano.

A Companhia do Metrô de Sào Paulo, complementando estas recomendações, exigiu que cm suas obras com tubulões a ar comprimido se utilizasse  campânula dupla para obrigar um tempo maior de descompressão.

É importante lembrar que neste tipo de tubulões,  deve-se evitar trabalho com excesso de pressão
que possa ocasionar desconfinamento do fuste do tubulào e perda de sua resistência de atrito. Por  esta razão é desaconselhável a má prática de eliminar, através de pressào, a água eventualmente  acumulada no tubulào, devendo esta ser retirada através da campânula.

Analogamente aos tubulões a céu aberto, também é prática entre nós desprezar a carga resistida pelo fuste do tubulào e desprezar o peso próprio do mesmo, de tal modo que o dimensionamento da base alargada é feito de forma similar ao que foi exposto para os tubulões a céu aberto. A diferença do dimensionamento concentra-se, portanto, no fuste, em função da camisa empregada (concreto armado ou chapa de aço, recuperada ou nào).

TUBULÕES E CAIXÕES.

Os tulmlôes são elementos estruturais de fundação profunda construídos concretando-se um poço  (revestido ou íào) aberto no terreno, geralmente  dotado de uma base alargada (Fig 9.57). Diferen-
ciam-se das estacas porque em pelo menos na sua etapa final há descida dc operário para completar
a geometria da escavação ou fazer a limpeza de solo Os tubulões dividem-se em dois tipos bási- cos: a céu aberto (normalmente sem revestimento) e a ar comprimido (ou pneumático), estes sempre revestidos, podendo este revestimento ser constituído por camisa de concreto armado ou por  camisa de aço (metálica). Neste caso, a camisa  metálica pode ser perdida ou recuperada.

A NBR 6122/96 recomenda que a base do tubulão deve ser dimensionada de modo a evitar alturas I I superiores a 2 m. Somente em casos ex- cepcionais, devidamente justificados, admitem-se  alturas superiores. Além disso, quando as características do solo indicarem que o alargamento da base  é problemático, deve-se prever o uso de injeções, aplicações superficiais de cimento, ou mesmo o
escoramento, a fim de evitar desmoronamento da Ixtse.

Figura 9.57 • Geometria de um tubulão

Quando a base sc apóia em solo, deve-se evitar que entre o término da execução do seu alargamento e a concretagem decorra tempo superior a  24 horas, caso contrário nova inspeção deve ser
feita por ocasião da concretagem, para avaliação.

Quando a base do tubulão foi assente sobre rocha, a pressão admissível deve levar em conta a continuidade desta, sua inclinação e a influência da atitude da rocha sobre a estabilidade. Se a rocha for de superfície inclinada o assentamento tia base deve ser precedido do preparo desta superfície (por exemplo: chumbamento, escalonamento em superfícies horizontais), de modo a evitar deslizamento do tubulão.

Outra recomendação da NBR 6122/% diz respeito ao caso tle 'ubulões com bases assentes em cotas  variáveis, os quais deverão ser executados iniciando-se pelos mais profundos, passando-se a seguir para os mais rasos. Além disso deve-se evitar trabaIho simultâneo em bases alargadas tle tubulões, cuja  distância, tle centro a centro, seja inferior a duas vezes o diâmetro (ou dimensão) tia maior base, valen- do esta recomendação tanto para a escavação quanto pi ra a concretagem, sendo especialmente impor- tante quando sc tratar tle tubulões a ar comprimido.

Tubulào com Base Alargada.

Para tubulões curtos (D/T < 0 , é muito utilizado o chamado método russo, proposto para estacas rígidas, mas adaptado pelo Eng". Paulo Faria para o caso de tubulões circulares com base alargada (Velloso, 1978).

Essa adaptação pode ser consultada no livro de Alonso (1989) , de onde se  reproduz a Figura 8.49. A originalidade deste método é que sào consideradas as reações verticais do solo sob a base do tubulào. "Entretanto, uma análise mais apurada das equações mostra que os deslocamentos independem do diâmetro do fuste do tubulào, o que nào é verdade. Tal fato se deve à premissa da largura unitária adotada no desen-volvimento do método." (Ricci, 1995).

Fig.8.49 - Método russo adaptado para tubulõcs
curtos

Um método específico para tubulões com base alargada foi proposto por Botelho (1986) , cujo artigo passa a ser resumido a seguir.

Os métodos disponíveis para análise de um tubulào carregado horizontalmente obrigam a uma opçào: ou se considera a flexào do tubulào mas nào se leva em conta o efeito da base (como se fosse estaca flutuante), ou se admite que o tubulào seja totalmente rígido, o que no caso de tubulões mais longos pode introduzir erros significativos. 

Os métodos apresentados nào permitem a con-sideração da base dos tubulões, como também pressupõem o terreno homogêneo, com o módulo de reaçào geralmente constante ou linearmente crescente com a profundidade. Tratando-se de tubulào apoiado ou engastado em rocha ou atravessando solos scdimentares mas com grande embutimento em solos residuais compactos, os modelos tornam-se inadequados.

Nesse sentido, os modelos que admitem o tubulào como rígido tendem a ser mais convenientes, uma vez que permitem, em alguns casos, a consideração de modelos de solo um pouco mais complexos. Tratando-se de tubulões a ar comprimido, ou seja, dc peças armadas cujo diâmetro mínimo é de 1,00 ou 1,20 m. a rigidez tende a ser grande, pelo que os erros decorrentes do emprego desses métodos tendem a ser menores, salvo quando os tubulões sào muito longos. IX- um modo geral, excluídos os terrenos muito pouco consistentes, a partir de profundidades correspon-dentes a sete diâmetros, o efeito da flexào come-ça a ser significativo.

O método desenvolvido por Botelho (198 0 está  apresentado na forma de um programa em Basic, que inclui as seguintes condições optativas

- tubulào ou estaca com topo livre ou engastado;
- considera ou nào o efeito da base alargada;
- módulo de reaçào horizontal do solo constante, linearmente crescente ou ainda arbitrariamente variável com a profundidade.

O programa fornece os valores dos deslocamentos para cada um dos pontos reais do tubulào, os valores do momento fletor, ponto a ponto, e das forças cortantes.

Da análise feita pelo autor, "fica patente que a nào consideração do efeito da base e do seu alargamento conduz a uma violenta diferença nos deslocamentos do topo do tubulào, a favor da segu-rança, mas introduz também uma variação mais significativa nos momentos na base do tubulào, nesse caso contra a segurança. A conclusão é que a análise de tubulões sem consideração de suas condições de base nào tem qualquer aproximação com a realidade c nào deve, em nenhum caso, ser empregada no projeto de tubulõcs, ainda que sem base alargada mas com o trecho final embutido em rocha ou terreno muito mais resistente que o do trecho superior".

"Analisando a variação do deslocamento do topo do tubulào com o seu comprimento total, bem como o efeito do alargamento da base, fica claro que o apiofuiidameiUo do tubulào e o alaigaineuto da base sào duas alternativas válidas para reduzir o deslocamento no topo do tubulào, cabendo fazer a escolha entre ambas em funçào das características do terreno abaixo da base preliminarmen-te fixada."

Entre outras, Botelho (1986) faz a seguinte recomendação para projeto:

"Tratando-se de tubulào ou estaca com comprimento inferior a oito diâmetros, podem ser em-pregados métodos de cálculo que não levem em conta a flexào da fundação, desde que permitam uma razoável representação do terreno. Para estacas flutuantes ou, pelo menos, com mais de 70 a 80% de sua carga vertical suportada por atrito, podem s,er empregados métodos dc cálculo que levem em conta a ílexáo da fundação mas ignorem a participação da base. Para estacas com con-tribuição importante da ponta ou tubulões com mais de oito diâmetros ou, embora com menor comprimento, em terrenos muito heterogêneos
que nào possam ser representados adequadamente nos métodos de cálculo mais simplificados que admitem o tubulão ou estaca como infinitamente rígidos, é que se sugere o método proposto."

Recalque do Solo Subjacente à Base do Tubulão.

O solo subjacente à base do tubulão receberá  um acréscimo dc tensões verticais devido ao apoio da base e mais um acréscimo devido às tensões de atrito, ou adesão ao longo do fuste do tubulão.

Quando os tubulões têm base alargada, e esse é o  caso mais comum, o cálculo desse último acréscimo se torna trabalhoso, devido à aba ou saliência do concreto, cujas características elásticas sào muito diferentes das do solo.

Um método aproximado consiste cm calcular o  acréscimo de tensões verticais que ocorre no solo
que tangentía a parte superior da base, na aba, e  considerar a resultante dessas tensões como uma
sobrecarga adicional atuando na base do tubulão.

O acréscimo de tensões nas camadas de solo  subjacentes à base, até uma profundidade 2D(i (re-
gião do bulbo de pressões; pode ser calculado  pela teoria da elasticidade, levando-se em conta o  tipo de solo. O método de Boussinesq é apropriado  quando sc trata de solo homogêneo, enquanto que  o de Westergaard se aplica para os solos  estratificados horizontalmente.

Vantagens dos Tubulões.

Os tubulóes apresentam, quando comparados a outros tipos dc fundações, uma série de vantagens:

• os custos de mobilização c de dcsmobilizaçào são menores que os tle batc-cstacis c outros cquipa- mentos, aspecto este muito impoitantc para pequenas obras, nas quais este item representa uma parcela significativa das custos totais;
• o processo construtivo produz vibrações e ruídos tle muito baixa intensidade, o que é muito
importante para obras urbanas próximas a edifícios;
• os engenheiros tle fundações podem observar e classificar o solo retirado durante a es-cavação e compará-lo às condições de subsolo previstas no projeto-,
• o diâmetro e o comprimento dos tubulões podem ser modificados durante a escavação para compensar condições de subsolo diferentes das previstas;
• as escavações podem atravessar solos com pedras e matacões, especialmente para gran- des diâmetros, sendo possível até penetrar em vários tipos de rocha;
• regra geral é possível apoiar cada pilar em fuste único, cm lugar de diversas estacas, eliminand o a necessidad e tle bloc o tle eoroamento.

CONSTRUÇÃO Tipos de tubulào.

Os tubulòes podem ser agrupados em dois ti-
pos básicos: c s tubulòes a céu aberto e os que
emp egam ar comprimido.

Tubulões a Céu Aberto

a) Sem Contenção Lateral

Estes tubulòes, também chamados de pocinhos, têm seu fuste aberto por escavação manual, ou  mecânica, sendo que a base é, cm geral, escavada  manualmente. Não utilizam nenhum escoramento lateral e portanto o fuste e, em especial, a base, somente podem ser executados cm solos que apresentem um mínimo de coesão capaz dc garantir a  estabilidade da escavação. Nestes casos o diâmetro final resulta sempre maior do que o previsto cm projeto (de 5% a 10%), e o atrito lateral ao longo do fuste é reduzido quando comparado com a resistência "in situ" no contato solo-solo. Esta redução no atrito lateral depende do alívio de tensões, ao passar de uma situação em repouso para uma condição ativa, e da umidade cedida pelo concreto ao solo circundante, o que depende do fator água/cimento do concreto empregado.

b) Com Contenção Lateral Parcial
Estas contenções parciais têm da ordem dc 2m e o solo é escorado antes de prosseguir a escavação. Estes revestimentos são, em geral, recuperados, e um exemplo é o tubulão tipo Chicago, que empregra revestimento de madeira, e suas variantes.

c) Com Contenção Lateral Continua
Um exemplo deste tipo é o Gow, que emprega revestimentos metálicos telescópicos, os quais sào recuperados à medida que o concreto é lançado para o interior da escavação.

Alguns tipos dc equipamentos cravam uma camisa metálica, desde a superfície, ao mesmo tempo em
que realizam mecanicamente a escavação, como por exemplo o tubulào tipo Benotto. Neste tipo de solução o atrito lateral fica sensivelmente reduzido pois o processo provoca um amolecimento do solo que, freqüentemente, é irrecuperável.

Normalmente estes tubulòes a céu aberto sào executados acima do lençol freático pois a escavação manual da base, ou mesmo do fuste, não pode ser executada abaixo do nível da água. Nada im-pede, entretanto, que se estenda a escavação utilizando-se de rebaixamento do lençol.

Quando se emprega um sistema de rebaixamento, dois problemas podem ocorrer:

• volume de água a esgotar, que é função da permeabilidade do solo c do desnível de água;
• forças de percolação prejudiciais à estabilidade das paredes laterais do tubulào c, em especial. do alargamento da base.

O rebaixamento do lençol freático pode ser executado por qualquer processo, até mesmo pela instalação de bombas no interior dos próprios tubulòes, ou então em poços destinados a esta operação. Cuidados especiais devem ser tomados nestes casos, pois a escavação abaixo do NA, especialmente a da base, é sempre muito perigosa.

Este perigo aumenta quando a bomba está posicionada no interior dc um tubulào, situação em que o fluxo de água se faz no sentido de reduzir a estabilidade da escavação.

Tubulões Pneumáticos
Para tornar possível a escavação abaixo do lençol freático emprega-se ar comprimido com pressão equivalente à pressão de água intersticial. Em solos arenosos a pressão é ligeiramente superior para compensar as perdas de carga e as perdas de ar, e também para favorecera estabilidade (cuidados devem ser tomados para evitar o secamento da areia). Para solos argilosos a pressão aplicada pode ser pouco menor do que a pressão neutra.

Os tubulões pneumáticos sào atualmente muito pouco empregados no mundo todo devido aos riscos e custos envolvidos, e no Brasil observa-se atualmente uma tendência de redução de sua utilização.

TUBULÒES E CAIXÕES.

Introdução
Dentro da conceituaçào imposta pela pratica profissional de engenharia de fundações no Brasil, sào chamados de tubulòes as fundações profundas, de grande porte, com secào circular e que apresentam, em geral, a base alargada. Às vezes torna-se difícil distinguir os tubulòes das estacas escavadas e, deste
modo, os tubulòes podem ser vistos como estacas escavadas, de grande diâmetro, com ou sem base alargada. Até há alguns anos, admitia-se que os tubulòes permitiam ou previam a descida de alguém até a sua base. para a finalização dos serviços e para a inspeção antes de concretagem. Mas com a utilização deequipamentos para escavação mecânica esta prática poderá ser abandonada, mesmo nos casos dc fustes de grande diâmetro.

Atualmente, na literatura internacional, as fundações chamadas dc tubulòes no Brasil sào tratadas como estacas escavadas, moldadas "in loco", com base alargada.

Reserva-se a denominação de caixões para as peças de secào quadrada, ou mesmo retangular, que têm as paredes laterais pré-moldadas. A descida ou implantação destes elementos no subsolo se faz com a escavação do solo, na pane interna, até que se atinja a profundidade adequada para seu apoio. Para White (1962) , caixão é uma estru-tura, em forma de um paralelepípedo, que é mergulhada a partir da superfície do solo ou água, até atingir a profundidade desejada.

Exposições mais detalhadas sobre caixões aparecem em White (1962) bem como em Jumikis (1971).