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En zonas urbanas es cada vez más frecuente realizar excavaciones para la construcción de sótanos de edificios y otras obras de carácter municipal, muchas de estas excavaciones suelen ser profundas (mayores a 4.0 m), y para su estabilización se requieren de sistemas de contención ajenos al propio talud. Una excavación puede definirse en ingeniería civil, como el retiro planificado, en forma manual o mecanizada, de cierto volumen de suelo, asociado con las primeras etapas de construcción de una obra.
En la actualidad la mayoría de las edificaciones por necesidades arquitectónicas cuentan con varios niveles de sótanos que suelen ser usados como estacionamientos, y que pueden tener profundidades variables, esto generalmente por optimización de espacios o bien por soluciones geotécnicas. Por tal razón, en este tipo de proyectos es fundamental determinar métodos de excavación apropiados y sistemas efectivos de contención del suelo, que protejan las paredes de la excavación y eviten posibles fallas del talud, que podrían afectar a estructuras vecinas e instalaciones municipales, además de al propio desarrollo del proyecto y al personal que labore en este, por lo que es indispensable estudiar bajo qué condiciones se realizarán los trabajos de excavación, tomando en cuenta que estos podrían causar pérdida de capacidad de carga, asentamientos, movimientos laterales, entre otros efectos.
En esta sección se presentan los aspectos generales a considerar para el diseño de excavaciones, además de evaluar procedimientos y alternativas de construcción.
Estabilidade em escavação profunda
Conceitualmente, trabalho de escavação refere-se ao processo de movimentação[1] de terra para a construção de uma fundação, quando necessário por necessidades arquitetônicas ou condições geotécnicas.
Para garantir a estabilidade de uma escavação, são analisadas possíveis falhas nas paredes, além de revisão da falha subjacente, que pode ocorrer de duas formas:
a) Por capacidade de carga ou corte no fundo da escavação, e.
b) Devido à subpressão devido à presença de água no fundo da escavação,.
c) Um terceiro fator a ser revisto são as expansões devido à liberação de tensões. Embora não provoquem a ruptura do fundo da escavação, podem produzir deformações inaceitáveis do mesmo, que podem afectar os limites e ter impacto no desenvolvimento do projecto..
Entre as condições a rever para garantir a estabilidade de uma escavação estão as seguintes:
Isto ocorre nas argilas moles e saturadas, manifestando-se como um repentino levantamento do fundo, provocado pelo deslocamento do material ao mesmo tempo que o repentino afundamento da superfície do terreno envolvente à escavação, podendo provocar o colapso das suas paredes ou do sistema de suporte lateral se existir.
Fatores de segurança recomendados contra falhas de fundo.
O fator de segurança contra ruptura de fundo é função do tempo que a escavação permanece aberta, sem carregamento ou alagamento; que está relacionado a dois fatores que afetam a resistência ao cisalhamento das argilas ao longo do tempo, que são:
- A velocidade de deformação das paredes e fundo da escavação diminui com o tempo que o fundo permanece descarregado, portanto a resistência ao cisalhamento da argila diminui em relação ao seu valor determinado no ensaio triaxial não drenado, no qual o volume permanece constante e a velocidade de deformação é maior que a que ocorre em campo.
- A expansão volumétrica da argila subjacente ao fundo da escavação é função do tempo em que permanece descarregada e é acompanhada pela absorção de água e pela consequente diminuição da resistência ao cisalhamento.
Levando em consideração esses fenômenos que afetam a resistência ao cisalhamento das argilas ao longo do tempo, e com base na observação do comportamento das escavações em obras como o Metrô subterrâneo nas argilas da Cidade do México, alguns autores recomendam valores do fator de segurança, aplicável em função do tempo de exposição do fundo à descarga.
- Caso o peso do solo deslocado na última etapa da escavação seja substituído pela laje de fundo e parte da estrutura de fundação no mesmo dia da conclusão da escavação, um fator de segurança de 1,40 poderá ser aceitável. No entanto, na prática profissional é muito improvável que esta situação surja.
- Se o tempo de exposição do fundo sem carga for inferior a 15 dias, o fator de segurança mínimo recomendado é de 1,50.
- Para um tempo de exposição sem carga inferior a 45 dias, recomenda-se um fator de segurança mínimo de 1,60.
- Se o tempo de exposição do fundo à descarga for inferior a 90 dias, recomenda-se um fator de segurança mínimo de 1,70.
- Para um tempo de exposição de até 180 dias, recomenda-se um fator de segurança mínimo de 1,80.
- Caso o fundo da escavação deva permanecer sem carga por mais de 180 dias, é necessário que haja um fator de segurança mínimo de 2. Porém, mesmo quando esse fator de segurança seja adequado à estabilidade do fundo, deve-se levar em consideração que os recalques da superfície do terreno adjacente são função do tempo que a escavação permanece aberta com o lençol freático rebaixado; Por esta razão, a execução de escavações profundas em argilas moles deve ser planejada para ser realizada no menor tempo possível, dentro da segurança contra rupturas de fundo e com o menor recalque possível dos limites, a fim de evitar danos a edifícios ou instalações vizinhas.