NFP - Núcleo de Fundações e Prospecção

Os trabalhos do NFP incluem: ensaios e análise de estacas, prospecção geológica, monitorização geotécnica. O NFP tem também capacidade para analisar problemas geotécnicos complexos, como projectos e cálculos de análise geral de fundações em solos moles, assentamentos, estabilidade de diques no mar e taludes, fundação por estacas, escavação profunda, etc. Todos os trabalhos do NFP são feitos de acordo com as normas internacionais (ASTM, BS, etc.) e o Regulamento de Fundações. 

1. Ensaios e análise de estacas

O NFP realiza ensaios e faz a análise de fundações profundas e superficiais geralmente usadas para projectos grandes e médios em Macau - LRT, Habitação Pública, Pontes e Terminal. Nos ensaios de campo estão incluindo os ensaios de carga estáti ca de estacas, ensaios de carga dinâmica de estacas, ensaios de integridade sónica  de estacas, análise de cravação de estacas, ensaio de Koden, ensaio  sónico transversal, ensaio de arranque e ensaio de perfuração pneumáti ca. O NFP tem muitos engenheiros e técnicos experientes em ensaios de estacas com equipamentos de ensaios avançados. 

Equipe dos ensaios de estacas

1.1 (Ensaio Sónico de Integridade de Estacas, SIT) 

O ensaio sónico de integridade de estacas é um ti po de ensaio não destrutivo. Este ensaio é utilizado para ensaiar a integridade e a conti nuidade de uma estaca de uma maneira rápida e económica. O ensaio consiste em bater na cabeça da estaca com um martelo  manual e usar um aparelho para receber a onda refl ecti da. Através de análise computacional, verifi ca-se as anomalias da estaca como fendas, estrangulamentos ou inclusão de solo, etc. Este método de  ensaio é usado normalmente em estacas PHC mas agora é também  usado em estacas moldadas in-situ. 

1.2 Ensaio de Carga Dinâmico de Estacas, DLT 

O ensaio de carga dinâmico é um método rápido, confiável e económico para ensaiar a capacidade das estacas. É sempre usado em estacas cravadas, estacas perfuradas e estacas moldadas insitu. Além da capacidade, o ensaio DLT também pode fornecer a distribuição da resistência do solo (da estaca e da cabeça da estaca)  e verifi car a integridade, qualidade e defeitos. O ensaio DLT aplica uma carga de impacto axial à cabeça de uma estaca, produzindo penetração sufi ciente para verifi car a tensão na estaca e a resposta de aceleração para análise em tempo real. O sinal pode ser usado para análise posterior através de programa informático (sinal correspondente). Cada relatório final de DLT deve incluir uma simulação do resultado de carga estáti ca para produzir a curva de carga - assentamento.  

1.3 Ensaio de carga estáti ca, SLT

O ensaio de carga estáti ca consiste em aplicar cargas sobre a estaca a ser ensaiada usando uma grande bloco de betão ou geralmente  um sistema de estacas em reacção. Depois de quatro ciclos de carga e descarga, mede-se o assentamento e, portanto, faz-se a análise da capacidade da estaca sujeita a ensaio. Devem ser também instalados medidores de tensão a diferentes profundidades da estaca sujeita a ensaio para analisar o atrito lateral do solo da fundação, consti tuindo informações adicionais para o projecto de estacas. São utilizadas na elaboração dos ensaios, cargas de alta precisão 8000KN ou 10000KN Dinamómetro WIGAbloc Elasto.  

1.4 Ensaio de Koden

Deverá ser realizado o ensaio de Koden nas estacas moldadas in-situ (ou estacas perfuradas) para inspeccionar o diâmetro, verti calidade e tamanho do diâmetro do furo da estaca. O método de ensaio de Koden consiste em deixar cair um instrumento ao  longo do furo da estaca até à base da mesma. O instrumento irá transmiti r uma onda ultra-sónica na parede de estaca e receber a onda refl ecti da durante o processo de queda. O diâmetro do furo da estaca ensaiada deve ser de 0.5 m a 4.0 m e a profundidade de 100 m. O NFP executa uma grande quantidade de ensaios de Koden em estacas moldadas in-situ, em Macau.  

1.5 Ensaios de integridade sónica de estacas, CSL

O ensaio de integridade sónica de estacas consiste em colocar  vários tubos de metal a uma certa profundidade numa estaca moldada in-situ antes da betonagem. Aos 7 dias após a betonagem, faz-se descer simultaneamente sensores através de dois tubos de metal até à base da estaca e, em seguida, puxa-se os mesmos para cima. Neste processo, os sensores transmitem ondas ultra-sónicas e recebem ondas reflectidas, verificando-se assim a qualidade da estaca de betão e permitindo a análise da integridade da mesma. Aplica-se também o ensaio CSL a paredes diafragma para verifi cação da integridade das mesmas. 

1.6 Ensaio de Pull-Out em Ancoragens

Nos taludes e nos muros de contenção, existem dois tipos de ancoragens – ancoragem de rocha e ancoragem de solo. Depois de inserir e fi xar a ancoragem à profundidade de projecto, usa-se um instrumento para aplicar uma força de tensão na sua extremidade. Por meio do alongamento da ancoragem, é possível avaliar a resistência à tracção, o material e a qualidade de execução. Além disso, existem geralmente varões de aço na cabeça das estacas  que permanecem para serem ligados a superestruturas. Aplicando uma força de tensão a esses varões de aço, pode-se avaliar a sua resistência à tracção, o material e a qualidade de execução através do seu alongamento.   

1.7 Ensaio de perfuração pneumáti ca

O ensaio de perfuração pneumática é geralmente usado para verifi car as propriedades da rocha. Este ensaio consiste em cravar uma estaca na camada de rocha através de uma certa pressão de ar comprimido usando uma máquina de perfuração pneumática. Através do tempo necessário para ati ngir uma certa profundidade, pode-se concluir se essa camada de rocha pode ser a camada de suporte de carga. Os parâmetros do instrumento de ensaio de perfuração pneumáti ca são normalmente: 35 kg de peso, 25 mm de diâmetro de estaca ou broca, 7 bar de pressão de ar comprimido. O tempo necessário para perfurar 300 mm de profundidade na camada de rocha é de 2 minutos. 

2.Prospecção Geológica

O Núcleo de Fundações e Prospecção do Departamento de Geotecnia do LECM é um centro de prospecção com técnicas independentes, grande experiência em construção civil e de alta qualidade em prospecção geológica, que oferece serviço de investigação geológica e avaliação dos parâmetros geológicos para os tipos de projecto de desenvolvimento futuro de Macau. A prospecção geológica inclui perfuração vertical, perfuração inclinada e sondagens de profundidade maior que 100m com colecta de amostras de solo e rocha e água subterrânea, para a realização de diferentes tipos de ensaios laboratoriais. Os ensaios In-situ incluem o Ensaio Normalizado de Penetração, Ensaio de Penetração em Cone, Ensaio de Molinete, Ensaio de  Permeabilidade da Camada de Solo e Rocha, Ensaio de Packer, etc. O programa informático gINT é utilizado para integrar as informações geológicas. 

Pessoal de Prospecção Geológica

2.1 Sondagens geológicas 

Durante o período de preparação e elaboração de um projecto, é necessário realizar uma sondagem geológica em torno da área do construção para adquirir informações geológicas a serem usadas pelo projecti sta. Durante os últi mos 25 anos, a maioria das sondagens geológicas para projectos de construção civil do governo de Macau foram efectuadas pelo NFP do LECM; como exemplo assinalamos o projecto do Aeroporto Internacional de Macau, o quartel do Exército de Libertação Popular do Povo Chinês (PLA) em Macau, o novo edifí cio do Conselho de Estado da República Popular da China em Macau (CPG), Ponte de Sai Van, estádios para os Jogos da Ásia Oriental realizados em 2005, Metro Ligeiro de Macau, túneis, Ilha Arti fi cial em Macau para a ponte Hong Kong - Zhuhai – Macau, aterro da Zona A e Zona B em Macau, etc. Uma sondagem geológica é um furo verti cal ou inclinado feito a parti r da superfí cie do solo para investigar a espessura das camadas de solo/rocha. Durante o processo de perfuração geológica, podem ser reti radas amostras de água subterrânea, de solo e de rochas. Os parâmetros fí sicos das amostras, que são base importante para a preparação e elaboração de um projecto de engenharia, também podem ser obti dos por uma série de ensaios de laboratório.  

2.2 Ensaios in-situ

Durante o processo de abertura de furos para sondagens, podem ser determinadas as propriedades fí sicas do solo e das camadas de rocha por ensaios in-situ. Os ensaios usuais in-situ para investi gação geológica incluem o Ensaio de Sondagem a Percussão (SPT), Ensaio  de Penetrabilidade ao Cone (CPT), Ensaio de Molinete (VST), Ensaio  de ressalto do martelo de Schmidt e Observação do Bombeamento da Água Subterrânea. 

2.3 Ensaios especiais in-situ

Para satisfazer os requisitos de impermeabilização de projecto (em túnel e cave), a permeabilidade das camadas de solo e camadas de rocha pode ser medida por ensaios especiais in situ durante o processo de execução das sondagens, tendo em conta a quantidade de fissuras na camada de rocha e sua orientação. Os ensaios especiais in-situ para investi gação geológica incluem 1. Ensaio In-Situ de Permeabilidade para o estrato do solo e ensaio de Packer de absorção da água para o estrato da rocha, 2. Ensaio Packer In-Situ. 

2.4 Inspecção e recepção

O NFP é o centro de inspecção de equipamento e metodologia de perfuração, profundidade, categoria de solo, Total Recuperação do Núcleo da Rocha (TCR), Designação da Qualidade da Rocha (RQD) e classe da rocha, para avaliar a qualidade da perfuração e se o esta está em conformidade com os requisitos de projecto. Além disso, quando as estacas escavadas e a parede diafragma são concluídas, a interface núcleo-perfuração deve ser realizada na ligação betão/ rocha conforme os critérios de recepção de cada estaca e parede diafragma para a perfuração pós-construção. 

2.5 Relatório de análise geológica

O programa informáti co gINT é um programa de análise geológica, que pode fornecer um relatório geológico integrado, incluindo relatório de análise do furo, análise da rocha, perfil transversal geológico e quadro de análise dos ensaios in situ, com base nos resultados de perfuração geológica e ensaios in-situ. Este relatório geológico deve ser uma base confiável para a elaboração do projecto. Além disso, todas as informações geológicas podem ser integradas no gINT para o estabelecimento de Sistema de Informações Geológicas de Macau.  

2.6 Levantamento topográfi co e implantação no terreno

Antes de iniciar os trabalhos de perfuração geológica, é usado um  GPS móvel para demarcar os locais das sondagens com base no  projecto, e para o levantamento das coordenadas e altitude dos  furos após o término da perfuração geológica. O GPS pode, através  de ligação 3G da CTM, ser conectado ao DSCC para adquirir a  respectiva correcção no sistema de coordenadas de Macau e realizar  assim os levantamentos topográficos e de implantação usando o  Sistema de Coordenadas de Macau corrigido. 

3.Monitorização Geotécnica

O NFP é um núcleo de prestação de serviços de monitorização geológica para os tipos de trabalhos mais comuns em Macau - aterros, túneis, escavações profundas, fundações de casas e taludes. A monitorização é feita em assentamentos de solo e camadas profundas do solo, deslocamento do solo e deslocamento lateral das camadas profundas do solo, pressão da água em vazios, nível de águas subterrâneas, inclinação das fundações de estruturas, suportes de bielas e sistema de paredes de contenção e também monitorização automáti ca de taludes, etc. Os trabalhos de monitorização estão relacionadas com a observação na fase de construção, e incluem ainda a observação a longo prazo após concluída a obra, podendo ser os resultados do controlo uti lizados para orientar a construção em termos de segurança e uti lização da obra pós- construção. 

Equipa de Monitorização Geotécnica na Monitorização Automática do Talude TAI TAM 

3.1 Observação de Assentamentos e Deslocamentos

Os assentamentos podem ser divididos em assentamentos de superfície do solo (através de pontos ou placas fixas) e assentamentos de camadas de solo a diferentes profundidades (através de sensores SONDEX instalados por perfuração); os deslocamentos podem ser divididos em deslocamentos superfi ciais do solo (através de pontos de deslocamento) e deslocamentos de camadas de solo a diferentes profundidades (através de inclinómetros instalados por perfuração). A observação dos assentamentos e dos deslocamentos deve fazer parte do plano de monitorização para diferentes ti pos de construção, especialmente em aterros, túneis, escavações profundas, fundações de edifí cios, etc. 

3.2 Pressão de Água em Vazios e Nível da Água Subterrânea

A observação da pressão da água em vazios é uti lizada para análise da estabilidade do solo durante a sua consolidação e durante o  período de escavação e aterro. A observação da água subterrânea é utilizada para análise da mudança da água subterrânea nas camadas de solo, pois é um parâmetro importante para avaliar o assentamento do solo e para o projecto e construção de estruturas sob o mesmo. O equipamento utilizado na medição da pressão de água de vazios inclui piezómetros abertos, piezómetros pneumáticos e piezómetros eléctricos. A observação da água subterrânea deve ser monitorizada através da escavação de poços de água de observação e instalação de tubos verti cais. 

3.3 Observação das Tensões em Sistemas de Suporte e Paredes

Para observar as tensões internas nos sistemas de suporte e paredes em escavações profundas, é geralmente instalado um medidor para medir o valor de tensão da força interna na estrutura de suporte e paredes. A força interna de um elemento do sistema de suporte e paredes pode ser calculada a parti r do valor da tensão medida, tendo por base as propriedades do material. O método mais eficaz para medir a tensão interna do sistema de suporte e paredes é a célula de carga. Tanto o medidor de tensão como a célula de carga podem ser conectados a um registrador de dados para recolher automaticamente o valor da tensão interna nos sistemas de suporte e paredes. 

  (Leitura do fio vibratório GK-403)

3.4 Observação de Assentamentos e Inclinação de Estruturas 

Em geral, faz parte do plano de monitorização a observação de assentamentos e da inclinação de estruturas na área à volta da construção (tais como, escavações profundas, cravação de estacas, aterros, etc.). O método normal para assentamentos e observação de estruturas é usar uma marca de assentamento instalada no  elemento estrutural de um edifí cio e, em seguida, examinar o nível desse marca utilizando instrumentos de nivelamento. É também usual fazer um furo no solo e instalar um extensómetro nesse furo para medir o assentamento da estrutura usando um instrumento de aquisição de dados especificado ou usando um registrador automáti co de dados da monitorização. 

Extensómetro usado para medir assentamentos de uma estrutura

Para observar a inclinação das estruturas, é comum em  Macau instalar placas de inclinação, medidores de inclinação e inclinómetros no elemento estrutural de edifício que também podem estar conectados a um registrador de dados automáti co da monitorização.  

3.5 Sistema Automáti co de Monitorização de Taludes

A colina TAI TAM está situada a leste da Taipa, perto pelo Aeroporto Internacional de Macau. A princípio, foi um aterro de lixo que parou em 1988 por causa da saturação do aterro. Em 2001, essa área foi florestada e reconstruída, para recreação pública. Recentemente foram detectados deformações no talude, assentamentos e  rachaduras de tensão nas estradas e nos edifí cios existentes. Assim, o LECM foi o primeiro a introduzir o sistema de monitorização automático de inclinação para realizar a monitorização da inclinação e avaliação de estabilidade dos taludes da colina TAI  TAM.  

Esquema da localização dos instrumentos de monitorização instalados ao longo de cada secção transversal de monitorização

Sistema automático de monitoramento de encostas por três subsistemas principais: (1) sistema de monitoramento, sistema de aquisição de dados (2), (3) sistema de gerenciamento de dados

2 secções transversais seleccionadas do Sistema de Monitorização Automático do talude da colina TAI TAM

O Sistema de Monitorização Automático de Taludes tem como característica os dados poderem ser obtidos e colocados automaticamente em gráfico pelo próprio sistema.  

4.Projecto e Análise de Consolidação de Solos Moles

O NFP tem como função analisar problemas complexos que constituem a engenharia geotécnica. Podemos também realizar análise profissional da consolidação de solos moles, construção de diques, recuperação e estabilidade de taludes, incluindo o cálculo de assentamentos, consolidação e capacidade de solos moles, na condição de reforço com estacas de areia e placas de drenagem, etc. O NFP também efectua análise de assentamentos e estabilidade de diques existentes e diques novos. O NFP encarregue do projecto terminou o tratamento da fundação de solos moles das instalações gerais médicas dos SSM em Coloane, e a análise da  estabilidade do dique verti cal no Fai Chi Kei, Macau.