1
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA
FRANCISCO CERQUEIRA DA SILVA JUNIOR
UMA REVISÃO SOBRE AS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS
MAIS FREQÜENTES EM FUNDAÇÕES DE CONCRETO DE
EDIFICAÇÕES
FEIRA DE SANTANA - BAHIA
2008
2
FRANCISCO CERQUEIRA DA SILVA JUNIOR
UMA REVISÃO SOBRE AS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS MAIS
FREQÜENTES EM FUNDAÇÕES DE CONCRETO DE EDIFICAÇÕES
Monografia
Engenharia
apresentada
Civil
do
ao
curso
de
Departamento
de
Tecnologia da Universidade Estadual de Feira
de Santana, como requisito para obtenção do
titulo de bacharel em Engenharia Civil.
Área de Concentração:
Fundações / Patologia de construção
Orientador:
Prof. Titular
M. Sc.. Areobaldo Oliveira Aflitos
Co-orientador:
Prof. Titular
Dr. Carlos Henrique A. Couto Medeiros
FEIRA DE SANTANA - BAHIA
2008
3
TERMO DE APROVAÇÃO
FRANCISCO CERQUEIRA DA SILVA JUNIOR
UMA REVISÃO SOBRE AS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS MAIS
FREQÜENTES EM FUNDAÇÕES DE CONCRETO DE EDIFICAÇÕES
Monografia aprovada como requisito para a obtenção do título de bacharel em Engenharia
Civil, Departamento de Tecnologia, Universidade Estadual de Feira de Santana - UEFS, pela
seguinte banca examinadora:
_________________________________________
Prof. Areobaldo Oliveira Aflitos, M. Sc.
Universidade Estadual de Feira de Santana
_________________________________________
Prof.ª Maria do Socorro Costa São Mateus, M.Sc.
Universidade Estadual de Feira de Santana
_________________________________________
Prof. Carlos César Uchoa de Lima, Dr.
Universidade Estadual de Feira de Santana
FEIRA DE SANTANA, abril de 2008.
4
Dedico este trabalho ao meu pai e a minha mãe, Francisco e Edna, que com muito
esforço fizeram com que eu chegasse ao fim da etapa graduação.
5
AGRADECIMENTOS
Sempre fui cobrado em relação aos estudos e ao caráter, graças a minha irmã, Karine, cresci
como o homem que sou aprendendo do mais simples como falar até o mais complicado que é
como me relacionar.
Ao meu irmão Fábio, que foi o passo inicial destes anos de graduação, me incentivando a
fazer o processo seletivo em Feira de Santana, quase que me carregando até a cadeira do
vestibular.
A Carine e a minha família de Feira de Santana, que foram o incentivo e o apoio à minha
passagem por Feira encarando e compartilhando as minhas dificuldades com o carinho de
uma família.
Aos professores Carlos Henrique e Areobaldo Aflitos que me orientaram, até mesmo sob as
dificuldades burocráticas impostas pelo “regimento” da universidade e conseguiram me trazer
até o final das contas e apresentações.
A colaboração dos professores Carlos Uchoa e Maria do Socorro que me ajudarem e
aconselharam no desenvolvimento e organização deste trabalho.
Aos meus companheiros de graduação Patrick, Isabella e Micheline, juntos nas horas mais
complicadas, a Jonas e a empresa GUNITEST FUNDAÇÕES que contribuiram de forma
significativa para o desenvolvimento dos estudos de casos reais.
6
Risco é inerente à atividade geotécnica, várias obras
de porte colapsaram recentemente na Europa e Ásia sem
que a qualidade da engenharia fosse questionada.
Eng. Jarbas Milititsky, março de 2007
7
RESUMO
UMA REVISÃO SOBRE AS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS MAIS
FREQÜENTES EM FUNDAÇÕES DE CONCRETO DE EDIFICAÇÕES
Francisco Cerqueira da Silva Junior
Abril / 2008
O presente trabalho apresentou e analisou algumas manifestações patológicas
inerentes às estruturas de fundações, sob o foco da área de patologia de construções,
abordando temas clássicos de anomalias e um caso real de problema patológico em fundação.
O sistema de apresentação e análise figura sob um fluxograma baseado em procedimentos
corriqueiros da área da medicina, como anamneses e diagnósticos, e tópicos intrínsecos à
engenharia geotécnica, culminando com a apresentação de um laudo técnico desenvolvido
neste trabalho, que visou reunir as informações mais importantes e pertinentes ao tema
abordado. Todo o embasamento para o escopo do trabalho foi baseado na mecânica dos solos
e suas teorias básicas, abordadas de forma sucinta. O foco em fundações foi encaminhado
para estacas, principalmente estacas raiz do tipo microestaca, devido a sua abordagem do caso
estudado. O exemplo de patologia de fundações apresentado ao final da monografia diz
respeito a uma obra, cujas fundações em estacas pré-moldadas de concreto não atingiram a
profundidade de cravação prevista em projeto, devido a falhas técnicas na análise do perfil do
solo. Como solução para o problema foi adotado reforço estrutural com microestacas injetadas
internamente na seção transversal da estaca que é vazada até atingir uma profundidade
compensatória, pelos efeitos de ponta e engastamento na rocha, devidamente perfurada por
equipamentos específicos.
Palavras-chave: Fundações; patologia; microestacas.
8
ABSTRACT
A REVIEW ABOUT THE MORE FREQUENT PATHOLOGICAL
PROBLEMS IN FOUNDATIONS OF CONCRETE OF BUILDINGS
Francisco Cerqueira da Silva Júnior
April / 2008
This work presents and analyzes some inherent pathological problems in the
foundations structures, under the focus in the area of constructions pathology, approaching
classic themes of anomalies and a real case of pathological problem in foundation. The
presentation and analysis system is made from a flowchart based on current medical
procedures, as anamneses and diagnoses, and intrinsic topics to the geotechnical engineering,
culminating with the presentation of a technical report developed in the present work, that
aims to gather the most important and pertinent information to the approached theme. The
background for the objective of the work was based on the soils mechanics and their basic
theories, approached in a succinct way. The focus in foundations was directed for stakes,
mainly stakes root of the type micro stakes, due to his approach of the studied case. The
example of pathology of foundations presented at the end of the monograph is about a work,
whose foundations in premolded stakes of concrete didn't reach the stick depth expected in the
project, due to technical faults in the analysis of the profile of the soil. As a solution for the
structural reinforcement problem it was adopted with micro stakes internally in the traverse
section of the stake that is drained until reaching a compensatory depth, by the tip stick effects
and in the rock, properly perforated by specific equipments.
Keywords: Foundations; pathology; micro stakes.
9
LISTA DE FIGURAS
Figura 1-1 - Fluxograma reduzido de análise patológica (apud Moura, 2007; Milititsky et al.,
2005).................................................................................................................................... 19
Figura 2-1 – Representação de fundações rasa e profunda .................................................. 24
Figura 2-2 - Execução da base de uma fundação (disponível em
http://www.geotechnia.com.br)............................................................................................. 25
Figura 2-3 - Estaca profunda tipo hélice contínua (disponível em http://www.ibts.org.br).... 26
Figura 2-4 - Estaca pré-moldada de concreto vazada (disponível em
http://www.benaton.com.br) ................................................................................................. 30
Figura 2-5 - Cravação de estaca de concreto a percussão (disponível em
http://www.estacasprefabricadas.eng.br) ............................................................................. 30
Figura 2-6 - Execução de emenda em solda de estaca pré-moldada (disponível em
http://www.estacasprefabricadas.eng.br) ............................................................................. 31
Figura 2-7 - Reforço de estaca vazada com microestaca, internamente (Prado; Faria, & Vaz)
............................................................................................................................................. 31
Figura 2-8 - Ilustração Estaca Raiz...................................................................................... 32
Figura 2-9 - Bloco de microestacas executadas (Prado; Faria & Vaz) ................................. 32
Figura 2-10 - Execução de microestaca (ABMS/ABEF, 2006) .............................................. 33
Figura 2-11 - Etapa de execução da microestaca ................................................................. 34
Figura 2-12 - Estabilidade Global........................................................................................ 39
Figura 2-13 - Fundação x Solo (Milititsky et al., 2005) ........................................................ 40
Figura 2-14 - Gráfico representativo da distribuição de tensões geostáticas no maciço ....... 41
Figura 2-15 - Distribuição de tensões (Pinto, 2002) ............................................................. 42
Figura 2-16 - Sobreposição de Tensões nas Fundações (Milititsky et al., 2005) ................... 43
Figura 2-17 - Distorções angulares e danos associados (Velloso & Lopes, 2004) ................ 46
Figura 2-18 - Principais modos de deformações: (a) recalques uniformes, (b) recalques
diferenciais sem distorção e (c) recalques diferenciais com distorção (Velloso & Lopes, 2004)
............................................................................................................................................. 47
Figura 2-19 - Presença de Matacão no Solo (Milititsky et al., 2005) .................................... 49
Figura 2-20 - Procedimentos para patologia de fundações (Moura, 2007) ........................... 51
Figura 2-21 - Falha na Investigação do Solo (apud Milititsky et al., 2005) .......................... 54
Figura 2-22 - Execução do ensaio de sondagem a percussão ............................................... 57
Figura 2-23 - Equipamentos para execução de sondagens rotativas (Diminsky)................... 58
10
Figura 2-24 - Utilização do torquímetro no ensaio SPT-T (Tourruco, 2004) ........................ 59
Figura 2-25 - Equipamentos para execução do CPT (Diminski) ........................................... 60
Figura 2-26 - Prova de carga Vertical (disponível em http://www.insitu.com.br) ................. 61
Figura 2-27 - Prova de carga estática (Medeiros, 2005) ...................................................... 61
Figura 2-28 - Prova de carga dinâmica (Medeiros, 2005) .................................................... 62
Figura 2-29 - Laudo de patologia de fundações ................................................................... 63
Figura 3-1 - Recalque da torre de Pisa. ............................................................................... 65
Figura 3-2 - Vista da deformação nas camadas do perfil ..................................................... 66
Figura 3-3 - Utilização de peso para equilíbrio da torre no processo de recuperação .......... 66
Figura 3-4 - Recalque das edificações em Santos (Milititsky et al., 2005). ............................ 67
Figura 3-5 - Mecanismo de recalque diferencial (Grigoli) ................................................... 68
Figura 3-6 -Palácio da Liberdade (apud http://www.panoramio.com) ................................. 69
Figura 3-7 - Fundação assentada em bloco de rocha ........................................................... 71
Figura 3-8 - Ilustração do perfil real e do perfil adotado por interpretação equivocada ...... 72
Figura 3-9 - Trinca em alvenaria devido à expansão do solo (disponível em
www.conder.ba.gov.br) ........................................................................................................ 73
Figura 4-1 - Ilustração da estaca SCAC de mesmo modelo utilizada no empreendimento .... 77
Figura 4-2 - Fluxograma de empresas e serviços contratados .............................................. 77
Figura 4-3 - Representação da estaca reforçada do empreendimento................................... 78
Figura 4-4 - Utilização de reforço na situação do empreendimento ..................................... 79
Figura 4-5 - Resultado do ensaio de sondagem no empreendimento ..................................... 81
Figura 4-6 - Perfuração do solo ........................................................................................... 82
Figura 4-7 - Cravação de SCAC à percussão ....................................................................... 83
Figura 4-8 - Esquema de execução de microestaca com tubo Schedule 80 ........................... 84
Figura 4-9 - Relação entre a carga da estaca de concreto e do reforço com microestaca ..... 85
11
LISTA DE TABELAS
Tabela 1-1 - Problemas Típicos em fundações (Milititsky et al., 2005) ................................. 15
Tabela 2-1 – Índices físicos dos solos ................................................................................... 22
Tabela 2-2 - Classificação de engenharia da rocha intacta (Gusmão Filho, 2003) ............... 27
Tabela 2-3 - Terminologia para o espaçamento das juntas (Gusmão Filho, 2003)................ 28
Tabela 2-4 - Classificação das rochas em função do número de fraturas por metro (Gusmão
Filho, 2003) ......................................................................................................................... 28
Tabela 2-5 - Pressões básicas para materiais rochosos ........................................................ 29
Tabela 2-6 - Características técnicas de estacas centrifugadas (ABMS/ABEF, 2006) ........... 36
Tabela 2-7 –Dimensionamento estrutural do concreto da estaca raiz (ABMS/ABEF, 2006).. 37
Tabela 2-8 - Cargas admissíveis máximas de estacas raiz (ABMS/ABEF, 2006) ................... 38
Tabela 2-9 – Abertura de fissuras e danos associados (Velloso & Lopes, 2004) ................... 47
Tabela 2-10 - Definições de termos da área da saúde (apud Moura, 2007) .......................... 52
12
SUMÁRIO
1-
INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 14
1.1 -
JUSTIFICATIVA............................................................................................. 16
1.2 -
OBJETIVOS ..................................................................................................... 17
1.2.1 -
OBJETIVO GERAL .................................................................................... 17
1.2.2 -
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................... 17
1.3 2-
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................ 20
2.1 -
MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES ............................................... 20
2.1.1 -
COMPRESSIBILIDADE DO SOLO ........................................................... 20
2.1.2 -
PROPRIEDADES DO SOLO PERTINENTES AO TEMA ......................... 21
2.1.3 -
FUNDAÇÕES ............................................................................................. 24
2.1.4 -
FUNDAÇÕES EM ROCHAS (GUSMÃO FILHO, 2003) ........................... 26
2.1.5 -
ESTACAS PRÉ-MOLDADAS E MICRO ESTACAS (breve comentário) .. 29
2.1.6 -
CAPACIDADE DE CARGA....................................................................... 35
2.1.7 -
INTERAÇÃO SOLO-FUNDAÇÃO ............................................................ 39
2.1.8 -
TENSÕES E DEFORMAÇÕES .................................................................. 40
2.1.9 -
DEFORMAÇÕES (RECALQUE) ............................................................... 44
2.2 -
PATOLOGIA DE FUNDAÇÕES .................................................................. 49
2.2.1 -
PATOLOGIA NA CONSTRUÇÃO CIVIL ................................................. 49
2.2.2 -
METODOLOGIA DE ESTUDOS PATOLÓGICOS ................................... 50
2.2.3 -
CAUSAS DAS ANOMALIAS EM FUNDAÇÕES ..................................... 53
2.2.4 -
PROCEDIMENTOS PARA DIAGNÓSTICO DA ANOMALIA ................. 54
2.2.5 -
ENSAIOS PARA INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO .................................. 56
2.2.6 -
PROVAS DE CARGA ................................................................................ 60
2.2.7 -
LAUDO TÉCNICO DE PATOLOGIA DE FUNDAÇÕES.......................... 63
2.3 3-
METODOLOGIA ............................................................................................ 18
RECUPERAÇÃO DE FUNDAÇÕES ............................................................ 64
ALGUMAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM FUNDAÇÕES ..... 65
3.1 -
APRESENTAÇÃO DAS MANIFESTAÇÕES ............................................. 65
3.2 -
UTILIZAÇÃO DO LAUDO TÉCNICO PARA APRESENTAÇÃO DE
UMA ANOMALIA ....................................................................................................... 75
4-
ESTUDO DE CASO ............................................................................................. 76
13
4.1 -
INFORMAÇÕES GERAIS ............................................................................. 76
4.2 -
A ANOMALIA E O DIAGNÓSTICO ........................................................... 76
4.3 -
A TERAPÊUTICA .......................................................................................... 80
4.4 -
EXECUÇÃO DO REFORÇO ......................................................................... 82
4.5 -
O PROGNÓSTICO E AS OBSERVAÇÕES................................................. 85
4.6 -
LAUDO TÉCNICO ......................................................................................... 86
5-
CONCLUSÕES ..................................................................................................... 87
6-
REFERÊNCIAS .................................................................................................... 89
14
1 - INTRODUÇÃO
A patologia das construções, área específica da engenharia civil, nas últimas décadas,
tem se preocupado não só com o projeto e sua execução, mas também com a durabilidade da
obras de construção. Segundo Helene (1992), “A patologia pode ser entendida como a parte
da engenharia que estuda os sintomas, os mecanismos, as causas e as origens das anomalias
em construções civis, ou seja, é o estudo das partes que compõem o diagnóstico do
problema”. Logo esse estudo ganhou espaço significativo na engenharia, devido à grande
ocorrência de “doenças” das construções, observadas com o passar dos anos.
Para inserir as fundações no contexto de patologia é necessário um arcabouço básico
de terminologias e procedimentos usados, muitas vezes, por profissionais da área de saúde.
Souza & Ripper (1999) introduzem o conceito de patologia das estruturas como sendo “um
novo campo da Engenharia das Construções que se ocupa do estudo das origens, formas de
manifestação, conseqüências e mecanismos de ocorrência das falhas e dos sistemas de
degradação das estruturas”.
As causas mais freqüentes de problemas patológicos nas fundações, segundo Cânovas
(1988), são: excesso de carga, movimentação do solo (provocando recalque), ações de
natureza química, erros de projeto e/ou execução, alterações das características do solo,
instabilidade e problemas de deterioração devido à ação da umidade.
Todas as obras de Engenharia Civil são apoiadas sobre uma estrutura de solo ou rocha,
que em conjunto com a fundação e a superestrutura definem o seu comportamento. As
manifestações patológicas mais freqüentes apresentadas no projeto e execução das fundações
e obras de terra são: Problemas de deformações do solo (recalque), problemas relacionados à
ruptura de um maciço (colapso) e ataque ao concreto por agentes agressivos.
15
Numerosos acidentes ocorridos com obras de engenharia, principalmente relacionados
ao solo, nos séculos XIX e XX, mostram o quão é importante um estudo mais aprofundado da
Mecânica dos Solos. A maior parte da fundamentação teórica e prática desta ciência foi
proposta por Karl Terzaghi no início do século XX este, foi um marco significativo para o
desenvolvimento de técnicas de análises, projeto e construção de sistemas de fundações,
servindo como base para os modernos estudos e avanços tecnológicos atuais.
Cânovas (1988) classifica as fundações como inadequadas, quando há um aumento nas
cargas ou sobrecargas ou quando as dimensões das fundações são inadequadas para as
solicitações normais.
A umidade do solo é outra causa de problemas patológicos, ocorrendo geralmente
quando há uma mudança nas condições do solo alterando o nível do lençol freático,
propiciando principalmente o carreamento de materiais que formam a estrutura de fundação, e
o ataque ao concreto da fundação por sais de magnésio e de cálcio em forma de sulfatos e
cloretos, o que caracteriza outra anomalia em concreto, muito freqüente, abordada por
Cânovas (1988). A tabela 1-1 apresentada por Milititsky et al. (2005) mostra problemas
típicos em fundações devido à falta de investigação adequada do subsolo.
Tabela 1-1 - Problemas Típicos em fundações (Milititsky et al., 2005)
TIPO DE FUNDAÇÃO
PROBLEMAS TÍPICOS DECORRENTES
Fundações diretas
Tensões de contato excessivas com as reais características do solo,
resultando em recalques inadmissíveis ou ruptura.
Fundações sobre solos compressíveis sem estudos de recalque,
resultando grandes deformações
Fundações apoiadas em materiais de comportamento muito diferente,
sem junta, ocasionando o aparecimento de recalques diferenciais
Fundações Profundas
Fundações apoiadas em crosta dura sobre solos moles, sem análise de
recalques, ocasionando a ruptura ou grandes deslocamentos da
fundação
Estacas de tipo inadequado ao subsolo, resultando mau comportamento
Geometria inadequada, comprimento ou diâmetro inferior aos
necessários
Estacas apoiadas em camadas resistentes sobre solos moles, com
recalques incompatíveis com a obra
Ocorrência de atrito negativo não previsto, reduzindo a carga
admissível nominal adotada para a estaca
16
1.1 - JUSTIFICATIVA
Todos os tipos de manifestações patológicas comprometem a durabilidade das
estruturas, sendo que um erro pode significar um custo muito mais alto de execução, portanto,
quanto antes for detectado o problema, menores serão estes custos para repará-lo. Com um
mercado crescente, o ramo da engenharia que estuda as patologias, tem se destacado em
relação às outras áreas, devido às maiores exigências dos clientes das empresas construtoras e
à crescente incidência de construções com problemas, principalmente, relacionados a projetos,
execução e à falta de manutenção da estrutura.
Normalmente as manifestações patológicas nas fundações são estudas e avaliadas com
minúcia apenas quando apresentam problema de cunho relativamente alto para manter a
segurança da estrutura e, por este motivo, não há uma preocupação ativa sobre o tema ao
decorrer da sua vida útil. Esta realidade, na área técnica, pode se apresentar na forma de
desastres de grandes dimensões e repercussão, que poderiam ser minorados ou evitados
apenas com pequenas precauções e mudanças de pensamentos, visto que, para Milititsky et al.
(2005), o custo de uma fundação gira em torno de 3 a 6 % do valor da obra.
O estudo de problemas patológicos de fundações de concreto, bem como suas causas
e, uma terapêutica aceitável são temas atuais e ainda pouco difundidos, apresentando técnicas
de solução com custo bastantes elevados, pois necessita de profissionais especializados e
equipamentos sofisticados. Trata-se de um campo de trabalho bastante desafiador
apresentando grandes perspectivas de crescimento e evolução para a engenharia civil.
Do exposto, verifica-se a importância da realização de estudos sobre o tema abordado
a partir de informações teóricas correlacionadas com os acontecimentos na prática de forma a
enriquecer os conhecimentos acadêmicos, abrindo espaço para uma maior interação entre a
teoria e a prática.
17
1.2 - OBJETIVOS
1.2.1 - OBJETIVO GERAL
Este trabalho fez uma revisão sobre o tema manifestações patológica em fundações de
concreto em obras de construção civil, utilizando conceitos da mecânica dos solos, e ao final
apresentou um exemplo real de patologia de fundações.
1.2.2 - OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Correlacionar procedimentos e terminologias aplicadas na medicina com a
engenharia, no campo denominado patologia das construções;
b) Apresentar casos clássicos de anomalias em fundações;
c) Apresentar uma anomalia e a aplicação da terapêutica com microestacas em uma
situação real da construção de um empreendimento;
d) Desenvolver um modelo de laudo técnico de patologia e terapêutica de fundações;
e) Apresentar um caso real de anomalia em fundações em estaca, que apresentou
problemas de cravação, não conseguindo atingir as especificações do projeto.
18
1.3 - METODOLOGIA
No presente trabalho realizou-se uma revisão bibliográfica através de consultas em
revistas e artigos técnicos da área, além de pesquisas específicas noutros trabalhos acadêmicos
relativos ao mesmo campo de estudo, com apresentação de casos clássicos de patologia de
fundações e de um exemplo de recuperação de uma estrutura de fundação.
O estudo foi subdivido em três etapas:
1ª. etapa – revisão de conceitos e tecnologias intrínsecos à mecânica dos solos e
fundações, que serviram como base para a compreensão das principais causas e conseqüências
das anomalias apresentadas neste trabalho.
2ª. etapa - estudo de manifestações patológicas específicas em fundações.
3ª. etapa - estudo de caso em um empreendimento particular, onde ocorreu uma
anomalia na execução da fundação.
As anomalias foram abordadas de forma sistemática, iniciando pela identificação da
manifestação patológica, em seguida a apresentação de sua origem e possíveis causas com a
descrição do diagnóstico (procedimento onde se verifica a anomalia, as causas e os sintomas,
determinando sua origem e o mecanismo de deterioração); prescrição dos prognósticos
(contextualização sobre a evolução futura de um problema patológico) da situação; e, por
último, a terapia indicada e viável tecnicamente para os sinistros abordados. A sequência de
estudos patológicos pode ser revisada, conforme o fluxograma apresentado na figura 1-1.
19
Figura 1-1 - Fluxograma reduzido de análise patológica (apud Moura, 2007; Milititsky et al.,
2005)
20
2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 - MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES
2.1.1 - COMPRESSIBILIDADE DO SOLO
O estudo da compressibilidade dos solos é importante para a avaliação de recalques
em fundações.
O solo é um sistema composto de partículas sólidas e espaços vazios, os quais podem
estar parcialmente ou totalmente preenchidos com água. Vargas (1978) define como
compressibilidade a propriedade do solo em mudar seu volume ou forma quando é aplicada,
ao corpo, uma força externa. Os decréscimos de volume (as deformações) dos solos podem
ser atribuídos, de maneira genérica, a três causas principais (BRAJA, 1994):
• Realocação das partículas do solo com re-arranjo da sua estrutura (recalque
imediato);
• Compressão dos espaços vazios do solo, com a conseqüente expulsão da água, no
caso de solo saturado (recalque primário);
• Compressão das partículas sólidas, com deformação das mesmas (recalque
secundário).
O resultado prático da compressibilidade dos solos é o recalque das fundações, ou seja,
a deformação vertical de uma superfície no terreno. Caputo (1978) define compressibilidade
do solo, como sendo a diminuição do volume do maciço sob a ação de cargas aplicadas, sendo
seus principais mecanismos: deformação do esqueleto do solo, quebra de grãos, deslocamento
relativo do solo. Em solos saturados a variação de volume está diretamente relacionado com a
drenagem da água, sendo este fluxo governado pela lei de Darcy. O recalque constitui-se em
uma das causas mais encontradas de problemas em fundações trazendo conseqüências que
podem variar, desde fissuras simples, até mesmo a ruína da estrutura.
21
Para os níveis de tensões usuais aplicados na engenharia de solos, as deformações que
ocorrem na água, pois são incompressíveis (VELLOSO E LOPES, 2004). As deformações
volumétricas do solo são calculadas a partir da variação do índice de vazios, que é função da
variação das tensões efetivas.
É importante mencionar que o projeto de fundações precisa prever e avaliar a
magnitude dos recalques das fundações de uma obra, embora neste trabalho, este tema, não
seja apresentado de forma tão enfática.
2.1.2 - PROPRIEDADES DO SOLO PERTINENTES AO TEMA
Para o perfeito entendimento da relação fundação – solo – anomalia é necessário
alguns conhecimentos e conceitos sobre os diversos tipos de solo e suas propriedades. Pinto
(2002) afirma que o comportamento de um solo depende da quantidade relativa de cada uma
das três fases de sua constituição (sólidos, água e ar). As quantidades de água e ar podem
variar indicando propriedades distintas como umidade, índice de vazios, porosidade, peso
específico e grau de saturação dos solos.
Os parâmetros que sevem de base para avaliar recalques são a porosidade e o índice de
vazios, que são definidos, respectivamente, pelas seguintes relações:
Onde:
=Volume de vazios da amostra do solo
da amostra do solo
(1)
(2)
22
Estas propriedades são de grande valia no estudo de recalques e podem ser
relacionadas, segundo as expressões (3 a 8), já bastante conhecidas ma Mecânica dos Solos. A
tabela 2-1 apresenta os índices físicos, que são utilizados no estudo do comportamento dos
mesmos.
!"#
% ' .
(3)
*
(
+,
"
(
Onde:
Tabela 2-1 – Índices físicos dos solos
SÍMBOLO
DEFINIÇÃO
CONCEITO
UNIDADE
Peso especifico Relação entre o peso total do solo e o
kN/m³
γ
natural
volume total
Peso especifico
Relação entre o peso das partículas
kN/m³
γs
dos sólidos
sólidas e o seu volume
Umidade
Relação entre o peso da água e o
%
w
peso dos sólidos
Peso especifico
Relação entre o peso das partículas
kN/m³
γd
aparente seco
sólidas e o volume total
(completamente seco)
Peso especifico
Peso específico do solo se viesse a
kN/m³
γsat
aparente saturado
ficar saturado, sem variação de
volume
Saturação
Relação entre o volume de água e o
%
S
volume de vazios
($)
(&)
())
(-)
(/)
23
Algumas propriedades relacionadas com a estrutura dos solos podem ser avaliadas a
partir dos índices físicos e fornecem subsídios para a compreensão do comportamento dos
solos:
a) Compacidade: Estado em que se encontra uma areia, solo não coesivo,
expressado pelo índice de vazios, analisando a relação entre limites mínimos
e máximos com o valor encontrado na amostra de campo, definindo se a areia
está num estado fofa ou compacta (PINTO, 2002).
b) Consistência: Característica das argilas, solos coesivos, em permanecerem
rijas em determinadas situações, sendo determinada por meio de um ensaio de
resistência a compressão simples. Esta resistência varia a depender do arranjo
entre os grãos de argila e do seu índice de vazios (PINTO, 2002).
c) Resistência a compressão simples: É o nível de esforço que um maciço de
solo suporta; a partir de ensaios de compressão simples é possível obter a
coesão do solo (VARGAS, 1978).
d) Resistência ao cisalhamento: Tensão cisalhante máxima que o solo pode
suportar devido ao atrito e a coesão entre as partículas por efeito físico e
químico respectivamente, sem sofrer ruptura, ou seja, sem sofrer excessivo
movimento de partículas,
Estas propriedades são de fundamental importância para o entendimento da fundação e
para a parametrização de procedimentos e rotinas referentes ao tema e, em muitos casos, para
o diagnóstico rápido e preciso de problemas corriqueiros do meio técnico.
24
2.1.3 - FUNDAÇÕES
Velloso & Lopes (2004) dividem as fundações em duas classes: fundações superficiais
ou rasas e fundações profundas, distintas segundo um critério arbitrário que classifica a
fundação profunda como aquela que apresenta mecanismo de ruptura de base fora da
superfície do terreno e profundidade de apoio da base da fundação de 3 (três) metros, valor
acima do qual a fundação se afigura antieconômica devido a escoramentos, rebaixamento de
nível de água, entre outros fatores. Fundação rasa, segundo NBR6122/1996, são elementos de
fundação onde a carga é transmitida ao terreno pelas pressões distribuídas através da base e a
profundidade de assentamento deve ser inferior a duas vezes a sua menor dimensão. Veja a
figura 2-1 comparando as fundações rasas e profundas.
Figura 2-1 - Representação fundações rasa e profunda
25
A fundação é o elemento estrutural com função de transmitir as cargas da estrutura ao
terreno onde ela se apóia, devendo apresentar resistência mecânica para suportar as tensões
devido aos esforços solicitantes, rigidez suficiente para não provocar a ruptura e controlar
deformações (AZEREDO, 1988), A figura 2-2 mostra uma base de fundação em etapa de
construção.
Figura 2-2 - Execução da base de uma fundação (disponível em
http://www.geotechnia.com.br)
A estaca, definida pela NBR6122/1996 é um elemento de fundação profunda, podendo
ser de aço, concreto ou madeira executada com a utilização de equipamentos e ferramentas,
dependendo do tipo da fundação, como por exemplo Straus, Franki, raiz, entre outras.
As fundações classificam-se em diretas ou indiretas, de acordo com a forma de
transferência de cargas da estrutura para o solo de apoio e, em rasas ou profundas que
dependo da profundidade da camada de suporte.
Segundo Velloso e Lopes (ABMS/ABEF, 2006) a fundação rasa ou superficial é
utilizada quando a camada superficial do solo apresenta resistência suficiente para suportar as
cargas da edificação, com custo reduzido e, tecnicamente, quando a camada de suporte está
próxima a 3,0 (três) metros, recomenda-se até 2,5 m, de profundidade, ou quando a cota de
apoio é inferior à largura do elemento da fundação.
26
A NBR6122/1996 designa que, fundações profundas são aquelas cujas bases estão
implantadas a uma profundidade com pelo menos 3m ou duas vezes a sua menor dimensão.
Este tipo de fundação pode ser considerada direta, quando o carregamento é transmitido
diretamente pela ponta da estrutura, ou indireta quando o carregamento é transmitido tanto
pela ponta, quanto pelo atrito lateral com o solo. A transição entre a superestrutura e a
fundação propriamente dita é feita através de um bloco de concreto chamado bloco de
coroamento. A figura 2-3 mostra estaca tipo hélice executadas, aguardando a execução do
bloco de coroamento
Figura 2-3 - Estaca profunda tipo hélice contínua (disponível em http://www.ibts.org.br)
2.1.4 - FUNDAÇÕES EM ROCHAS (GUSMÃO FILHO, 2003)
O modelo de projeto de fundações em rocha segue o mesmo modelo de solos, devendo
iniciar pela verificação das propriedades do maciço, que é mais complexo do que os maciços
em solos, levando em muitas situações a projetos conservadores. No caso da capacidade de
carga e dos recalques, a teoria difere da teoria aplicada aos solos.
Existem dois grandes grupos de rochas, caracterizadas na engenharia civil, que são as
rochas intactas e as rochas alteradas. No primeiro caso, trata-se de rochas que não sofreram
intemperismo, sua classificação está fundamentada nas propriedades de resistência a
compressão simples ou uniaxial (σ) e na propriedade de elasticidade (E), conforme
apresentado na tabela 2-2.
27
Tabela 2-2 - Classificação de engenharia da rocha intacta (Gusmão Filho, 2003)
REFERÊNCIA
CLASSE
RESISTÊNCIA
VALOR (MPa)
Resistência (σ)
Bloco de rocha
E/σ
A
Muito Alta
>200
B
Alta
100<σ<200
C
Média
50< σ <100
D
Baixa
25< σ <50
E
Muito Baixa
<25
H
Alto
>50
M
Médio
20< σ <50
L
Baixo
<20
As rochas de classe A são quartzito, diabasio e os basaltos, enquanto que na classe B
encontram-se outras rochas ígneas, metamórficas e sedimentares. Na classe C, verifica-se a
presença, apenas, de rochas metamórficas, já nas classe D e E são encontradas as rochas
menos resistentes, geralmente intemperizadas ou quimicamente alteradas. A segunda parte
desta tabela 2-2 classifica as rochas considerando o fator de deformabilidade oriundos da
teoria da elasticidade, confira as equações (9.
4
5
5
4
0 12 3 2 3 6
(9)
As rochas alteradas formam o outro grupo de rochas, que diferenciam das rochas
intactas em propriedades estruturais como a zona de transição entre rocha sã e saprólitos, com
efeitos de deformabilidade e resistências muito vaiáveis.
A classificação das rochas in situ é realizada corriqueiramente analisando-se o grau de
fraturamento, que seria o número de fraturas (F1) em um metro, sendo esta propriedade muito
importante para avaliar o desempenho do maciço. O espaçamento entre as fraturas também é
avaliado, conforme pode ser visto nas tabelas 2-3 e 2-4. A alteração devido à intemperização
da rocha pode ser classificada em sã, medianamente alterada e muito alterada.
28
Tabela 2-3 - Terminologia para o espaçamento das juntas (Gusmão Filho, 2003)
Descrição das Juntas
Espaçamento das Juntas
Menor que 5 cm
Muito Próxima
5 – 30 cm
Próxima
30 cm – 1m
Moderadamente Próxima
1 – 3m
Afastada
Maior que 3m
Muito Afastada
Tabela 2-4 - Classificação das rochas em função do número de fraturas por metro (Gusmão
Filho, 2003)
Rocha
Símbolo
Número de
Espaçamento
Fraturas por
entre fraturas
metro
(metro)
Ocasionalmente Fraturada
F1
<1
>1
Pouco Fraturada
F2
2-4
0,50 – 0,25
Medianamente Fraturada
F3
5 - 10
0,25 – 0,10
Muito Fraturada
F4
11 - 15
0,10 – 0,06
Extremamente Fraturada
F5
> 16
< 0,06
O projeto de fundações em rocha inicia-se com a adoção da tensão admissível da
rocha, seguida da análise da capacidade de carga e do recalque. A tensão admissível da rocha
é definida a partir de provas de carga em escala real, métodos empíricos, métodos racionais,
normas e/ou códigos de construção.
A tensão admissível na rocha pode ser obtida através de diversos métodos, sendo a
prova de carga o método mais indicado. A NBR6122/1996 indica alguns valores, assumidos
de forma conservadora, apresentados na tabela 2-5.
A formulação para o cálculo da capacidade de carga da fundação é semelhante às
fundações em maciço de solo, com métodos de Aoki-Velloso e Décourt-Quaresma.
29
Tabela 2-5 - Pressões básicas para materiais rochosos (apud NBR6122/1996)
CLASSE
DESCRIÇÃO DO MATERIAL
VALOR (MPa)
1
Rocha sã, sem sinal de decomposição
3,0
2
Rocha laminada, com pequenas fissuras, estratificada
1,5
3
Rochas alteradas ou em decomposição
Nota “a”
4
Conglomerados ou solos granulares
1,0
Nota a: Para rochas alteradas ou em decomposição, têm que ser levados em consideração a
natureza da rocha matriz e o grau de decomposição/alteração.
Um problema patológico de fundações em maciços rochosos é a presença de um bloco
de rocha em uma região de predominância de maciço terroso. Durante a sondagem à
percussão, em um dos resultados, poderá apresentar a formação de um perfil com camadas de
solos e blocos de rochas. Quando um matacão for encontrado, deve-se proceder aos passos
citados pela NBR8036 (1983), que aconselha: na presença de um bloco rochoso deve-se
afastar o equipamento de sondagem 1 (um) metro de distância daquele ponto e refazer o
ensaio, para verificar se o elemento encontrado é um simples matacão ou bloco de rocha, ou
se existe uma camada de rocha no local.
2.1.5 - ESTACAS PRÉ-MOLDADAS E MICRO ESTACAS (breve comentário)
A escolha do tipo de fundação depende de uma analise criteriosa de elementos como a
natureza e características do solo no local, a grandeza de cargas a serem transmitidas à
fundação, a proximidade de edifícios limítrofes e o fator de mercado que impõe indiretamente
a escolha da fundação (ALONSO, 2001).
a) ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO
Para Alonso (ABMS/ABEF, 2006) as estacas pré-moldadas são cravadas no terreno
por percussão, prensagem ou vibração, por isso são consideradas estacas de deslocamentos.
Estas são constituídas de concreto armado ou protendido confeccionadas por vibração ou
centrifugação (mais usado).
30
As estacas de concreto possuem forma quadrada, hexagonal, octogonal e circular
maciça ou vazada em forma de coroa circular ver figura 2-4. Em casos de solo muito rígidos
ou cravação até o perfil rochoso, pode-se acoplar à estaca de concreto um perfil metálico
internamente, que tem por finalidade evitar a ruptura de segmentos da estaca.
Figura 2-4 - Estaca pré-moldada de concreto vazada (disponível em
http://www.benaton.com.br)
O método executivo para estacas pré-moldadas, geralmente é por cravação a percussão
(bate-estaca figura 2-5), Em estacas vazadas pode-se utilizar um sistema misto com perfil
metálico dentro da estaca, garantindo maior rigidez flexional, evitando efeitos de fissuras e
rupturas de parte da estaca. A emenda (Figura 2-6) das 2 (duas) bordas é executada com perfil
de aço soldado ao concreto, sendo uma vantagem, pois possibilita maiores alcances de
profundidades. Depois de cravada a estaca faz-se o arrasamento com o corte cabeça (topo) da
estaca.
Figura 2-5 - Cravação de estaca de concreto a percussão (disponível em
http://www.estacasprefabricadas.eng.br)
31
Figura 2-6 - Execução de emenda em solda de estaca pré-moldada (disponível em
http://www.estacasprefabricadas.eng.br)
Uma solução que está sendo muito adotada é a cravação da estaca de concreto vazada
até a proximidade do perfil rochoso e, por dentro do furo, executa-se outra estaca, injetada,
embutida na rocha veja figura 2-7. Esta solução está detalhada mais adiante.
Figura 2-7 - Reforço de estaca vazada com microestaca, internamente (Prado; Faria, & Vaz)
32
b) MICROESTACAS
As estacas escavadas com injeção, tipo raiz (figura 2-8) , são fundações profundas
executadas a partir da injeção de compostos aglutinantes como nata de cimento ou argamassa
de areia e cimento sob pressão ou por gravidade. NBR6122 (1996).
Figura 2-8 - Ilustração Estaca Raiz
Figura 2-9 - Bloco de microestacas executadas (Prado; Faria & Vaz)
33
A
microestaca (figura 2-9) é uma estaca concretada “in-loco”, considerada de
pequeno diâmetro, pois o mesmo varia entre 100 mm e 410 mm, tendo elevada capacidade de
carga baseada essencialmente na resistência por atrito lateral do terreno atravessado, no seu
diâmetro e no comprimento da estaca. Evidentemente, se constatada a presença de rocha na
ponta da mesma, a estaca poderá contar com a resistência de ponta. Em ambos os casos, o
cálculo de uma fundação em estacas raiz é semelhante ao método clássico utilizado em outros
tipos de estacas e baseia-se na capacidade de carga da mesma. A estaca raiz é indicada para
reforços em locais de difícil acesso. Atualmente está sendo muito empregada para fundações
de pontes, viadutos, contenções de encostas, perfuração do subsolo com matacões e rochas, já
na etapa de construção (disponível em http://www.estacaraiz.com.br).
O método executivo da microestaca conforme Alonso (ABMS/ABEF, 2006) consiste
na perfuração do solo, instalação de um tubo manchete, execução da bainha, injeção da calda
e vedação do tubo manchete (figura 2-10). As propriedades da calda como resistência,
densidade, viscosidade e vida útil/durabilidade, deverão ser controladas através de ensaios e
parâmetros definidos em normas específicas.
Figura 2-10 - Execução de microestaca (ABMS/ABEF, 2006)
34
Baseado na figura 2-10 tem-se que:
a. A perfuração do solo é realizada por uma perfuratriz de rotação associada a um
sistema de limpeza que pode ser a água ou a ar. Em função da profundidade
alcançada pela penetração faz-se a emenda do tubo por meio de rosca;
b. Instalação do tubo manchete: Armadura que tem por finalidade resistir
estruturalmente a tensões laterais do solo, composto de aço ou PVC; quando
usar em PVC, envolver por armadura de aço, caso contrário não haveria
contribuição estrutural para a estaca;
c. Execução da bainha: Serve como fuste da estaca, proporcionando atrito lateral
e é executada após a instalação do tubo manchete, injetando-se calda de
cimento pela válvula inferior até extravasar pela boca do furo;
d. Injeção de calda de cimento: É feita com o auxílio de um tubo dotado de
obturador duplo acoplado a um misturador e bomba de injeção. Executada no
sentido ascendente através de cada uma das válvulas, formando sucessivos
bulbos no fuste da estaca, procedimento ilustrado na figura 2-11.
e. Vedação do tubo-manchete: Depois de concluída a injeção, pode-se adicionar
armadura de aço na parte central do tubo-manchete, que será preenchida com
nata de cimento ou argamassa.
Figura 2-11 - Etapa de execução da microestaca
35
2.1.6 - CAPACIDADE DE CARGA
I.
CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS EM SOLO
A capacidade de carga, segundo Décourt e Quaresma (ABMS/ABEF, 2006), de uma
estaca é definida a partir da soma da capacidade de suporte lateral devido ao atrito e com a
capacidade de carga obtida pela ponta. Os métodos de Aoki e Velloso e o Método de Décourt
e Quaresma são os mais utilizados para o cálculo da capacidade de carga de estacas.
a.
Método Aoki e Velloso: Este método avalia a capacidade de carga da estaca,
tanto a tensão limite de ruptura de ponta (qp), quanto à de atrito lateral (qs),
relacionando-as com a resistência de ponta (qc) obtida do ensaio de penetração
do cone (CPT).
78 7 9:
(10)
;
< 9:
(11)
;=
Onde:
α = coeficiente de ajuste para cada tipo de solo.
F1 e F2 = Fatores de escala e execução da fundação
b.
Método Décourt e Quaresma: Este método avalia a capacidade de carga da
estaca com base nos valores de N do ensaio SPT (Standard Penetration Test),
podendo tanto ser o SPT tradicional, quanto o SPT-T (SPT com torque).
>9 ?
@=
AB 78 C8 D 7 C
7 F
G
D,
(12)
!,E)
(,$#
36
onde:
> = Resistência dinâmica do solo a cravação
>9 = Resistência equivalente para ensaios com torque
H = Torque verificado no ensaio SPT-T
AB = Capacidade de carga
78 = Tensão de ruptura de ponta
C8 = Área da seção transversal da ponta
7 = Atrito lateral unitário
C = Área lateral
II.
ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO
A capacidade de carga da estaca pré-moldada de concreto centrifugado corresponde ao
menor valor referente à resistência estrutural do concreto armado, correlacionado-a com o
valor da resistência do solo que a envolve, veja tabela 2-6.
Tabela 2-6 - Características técnicas de estacas centrifugadas (ABMS/ABEF, 2006)
Diâmetro
(cm)
20
23
26
33
38
42
50
60
70
Carga
Max.
(kN)
300
400
500
750
900
1150
1700/1800
2300/2500
3000/3300
Peso
Esp.
Área da
Nominal
Parede
Seção
conc.
Área
da
Seção
cheia
(N/m)
(cm)
(cm²)
(cm²)
(cm)
(cm)
Tipo
660
800
940
1430
1700
2140
2900
3930
5100
6
6
6
7
7
8
9/10
10/11
11/12
264
320
377
572
682
855
1159/1257
1571/1693
2039/2167
314
415
531
655
1134
1385
1963
2827
3848
63
72
82
104
119
132
157
188
220
70
70
70
85
95
105
130
150
175
CA-50A
Perímetro
Dist.
Min.
entre
eixos
Armadura
Long.
No caso da microestaca, segundo Alonso (ABMS/ABEF, 2006), a carga admissível
máxima estrutural é fornecida pela resistência dos materiais que a compõe, com a aplicação
de um coeficiente de segurança de no mínimo 2 (dois). Existem dois tipos de microestaca que
sediferenciam apenas pela sua resistência característica, que são:
37
•
Carga até 500 kN: Com percentual de aço inferior a 6%, o dimensionamento é
feito semelhante ao de um pilar de concreto armado;
•
Carga superior a 500 kN: Com percentual acima de 6%, a capacidade de carga
da estaca será somente a capacidade de resistência da armadura, desprezando a
contribuição da nata ou argamassa.
Na tabela 2-7 apresentam-se as propriedades da estaca raiz, enquanto a tabela 2-8 são
mostrados os tipos de microestaca mais utilizadas com a análise entre a capacidade de carga
da estaca, o diâmetro da seção transversal e a armadura de aço necessária para o
dimensionamento.
Tabela 2-7 –Dimensionamento estrutural do concreto da estaca raiz (ABMS/ABEF, 2006)
Ø (mm)
Área (cm²)
Peso (kg/m)
25,00
5,00
4,00
22,00
3,80
3,05
20,00
3,15
2,50
16,00
2,00
1,60
12,50
1,25
1,00
10,00
0,80
0,63
8,00
0,50
0,40
6,30
0,32
0,25
5,00
0,20
0,16
38
Tabela 2-8 - Cargas admissíveis máximas de estacas raiz (ABMS/ABEF, 2006)
Diâmetro (mm)
Carga (kN) T
1400-1500 A
1300-1400
B
1200-1300
C
1100-1200
D
1000-1100
E
900-1000
F
800-900
G
700-800
H
650-700
I
600-700
J
550-650
L
550-600
M
450-550
N
350-450
O
250-350
P
100
120
150
Q
R
150-200
S
100-150
T
0-100
U
200
250
310
410
6Ø
22mm
6Ø
20mm
4Ø
22mm
5Ø
16mm
6Ø
20mm
5Ø
20mm
7Ø
22mm
5Ø
22mm
5Ø
20mm
5Ø
16mm
4Ø
16mm
4Ø
20mm
4 Ø 22mm
3Ø
20mm
250-300
200-250
160
1Ø
25mm
1Ø
16mm
2Ø
22mm
2Ø
20mm
1Ø
20mm
1Ø
12,5mm
3Ø
16mm
3 Ø 20mm
3 Ø 16mm
6Ø
20mm
5Ø
20mm
5Ø
16mm
4Ø
16mm
4Ø
12,5mm
4Ø
12,5mm
4Ø
16mm
4Ø
12,5mm
4Ø
12,5mm
Diâmetro (mm)
T Carga (kN)
A 1400-1500
B
1300-1400
C
1200-1300
D
1100-1200
E
1000-1100
F
900-1000
G
800-900
H
700-800
I
650-700
J
600-700
L
550-650
M
550-600
N
450-550
O
350-450
P
250-350
Q
R
250-300
200-250
S
150-200
T
100-150
U
0-100
39
2.1.7 - INTERAÇÃO SOLO-FUNDAÇÃO
A análise solo-fundação, para Velloso & Lopes (2004), tem por objetivo possibilitar o
dimensionamento estrutural e a escolha da fundação apropriada considerando-se as
deformações e os deslocamentos reais da estrutura, bem como seus esforços internos, que
podem ser obtidos diretamente pela análise física da interação ou de forma indireta por meio
das pressões de contato. Estas pressões, por sua vez dependem das: características das cargas
aplicadas, rigidez relativa solo-fundação, propriedades do solo e intensidade da carga.
O problema desta interação, para Velloso & Lopes (2004), está basicamente no estado
de rigidez da estrutura da fundação, onde quanto mais rígido for o sistema, menores serão os
deslocamentos atingidos. Assim sendo seria muito melhor para o sistema de fundação-solo
que fossem adotadas soluções combinadas para a estrutura, veja figura 2-12.
Figura 2-12 - Estabilidade Global
40
Os problemas intrínsecos a esta relação são basicamente o recalque e a capacidade de
carga (carga que pode provocar a ruptura da fundação), que são influenciadas pelas dimensões
e pelo posicionamento da fundação, mas dependem principalmente da resistência e da
compressibilidade do solo e da posição do nível d’água. A ruptura ocorre quando a tensão de
resistência do maciço é inferior à resistência do esforço transferido pela fundação, provocando
a destruição de parte da estrutura do solo.
A escolha da fundação depende das características do solo, da interação do mesmo
com a fundação, considerando-se as características das camadas de solos abaixo da cota de
apoio da fundação (figura 2-13), para evitar problemas de instabilidade da fundação.
Figura 2-13 - Fundação x Solo (Milititsky et al., 2005)
2.1.8 - TENSÕES E DEFORMAÇÕES
Os esforços solicitantes num maciço são proporcionados pela carga da estrutura, pelo
seu peso próprio e outras cargas acidentais.
Para Pinto (2002), o solo é constituído de camadas aproximadamente horizontais e a
tensão vertical (0
#, devido ao peso próprio do solo, resulta do somatório dos efeitos das
diversas camadas; ou seja, é o produto do peso especifico do solo pela espessura da camada,
resultando num esforço distribuído linearmente por uma área (figura 2-14).
0
IJ
(,&)
41
onde:
0
= Tensão vertical devido ao peso próprio do solo
= Peso específico da camada de solo
IJ = Espessura da camada de solo
O cálculo da tensão efetiva (σ’) será efetuado levando em consideração a parcela da
pressão neutra (u), ou pressão exercida pela água que se encontra nos vazios do solo, portanto:
I"
(,))
0 K 0
+ (,-)
"
onde:
u = Pressão neutra – Pressão exercida pela água na camada analisada
" = Peso específico da água
I" = Altura da coluna de água no maciço
Figura 2-14 - Gráfico representativo da distribuição de tensões geostáticas no maciço
Onde:
Z = Cota de cada camada do maciço
NA = Cota da altura do nível d’água
42
As tensões totais atuando em um maciço de solo são o resultado das tensões
geostáticas mais o acréscimo de tensão (sobrecarga) devido às construções.
No caso da sobrecarga, segundo Pinto (2002), a distribuição dos esforços é transmitida
de camada a camada (figura 2-15) e diminui com a profundidade. Para a estimativa do
acréscimo de tensões, faz-se o emprego da teoria da elasticidade com algumas modificações
sugeridas por vários autores como Boussinesq, Newmark, Love, entre outros. Uma prática
corrente para determinar o valor das tensões consiste em considerar a propagação de tensões
segundo áreas crescentes com uma inclinação de 30º, conforme a formulação básica proposta
por Pinto (2002):
0
=L
(,/)
=L= M NOPQ
onde:
2L = Largura de carregamento;
Z = Profundidade requerida;
0R = Tensão de carregamento.
Figura 2-15 - Distribuição de tensões (Pinto, 2002)
Segundo Alonso (1979), a deformação é um deslocamento específico da estrutura
devido a fatores como adensamento e recalque, sendo que o deslocamento dos solos diante
dos carregamentos depende da constituição do maciço de solo e do estado momentâneo.
43
Uma forma de mensurar a evolução de deformações da estrutura é partir para o
controle e acompanhamento de fissuras, ou seja, utilizar uma técnica ou equipamento que
identifique o grau de evolução da abertura da fissura, fazendo esta verificação periodicamente
para avaliar o grau de risco à estrutura.
Vargas (1978) admite que haja uma relativa proporcionalidade entre tensões e
deformações, desde que aplicadas fórmulas da teoria da elasticidade, como modelo de uma
simples mola. Entretanto há de se considerar um efeito viscoso da deformação, onde se
percebe o amortecimento das deformações, assim que aplicadas as tensões, fazendo com que
as deformações sejam inversamente proporcionais às velocidades de aplicação das cargas,
desconfigurando a linearidade entre tensões e deformações, pelo menos acima de certo valor
das pressões aplicadas.
As tensões oriundas das fundações são propagadas no solo, de camada a camada até
uma determinada profundidade, com a formação de um bulbo, que a região onde são
concentradas as tensões de uma única fundação nas camadas. Estes bulbos de tensões têm
uma característica natural de estabilizar-se na camada de solo, porém quando outra estrutura
interferir nesta região de concentração de tensões, isto poderá ocasionar problemas na
estrutura como visto na figura 2-16. Este problema acontece muito comumente nas grandes
cidades pela existência de edificações muito próximas umas das outras e deverá ser previsto
no projeto de fundações.
Figura 2-16 - Sobreposição de Tensões nas Fundações (Milititsky et al., 2005)
44
2.1.9 - DEFORMAÇÕES (RECALQUE)
Recalque, para Velloso & Lopes (2004), é todo deslocamento sofrido por uma
estrutura, na sua fundação, e pode acontecer imediatamente após o carregamento e/ou com o
decorrer do tempo. Segundo Pinto (2002), o comportamento do solo e a deformação do
mesmo perante um carregamento, dependem de sua constituição e do estado do maciço,
podendo ser expresso por parâmetros obtidos em ensaios de compressão triaxial e edométrica.
O cálculo do recalque de fundações é feito utilizando a equação (19).
. .S D .8 D .
(,T)
.' .8 D .
(UV)
Onde:
. Recalque total
.S Recalque imediato
.8 Recalque por adensamento primário
. Recalque por adensamento secundário
.' Recalque por adensamento total
O cálculo do recalque imediato (.S ) pode ser efetuado através da teoria da elasticidade,
dependendo de variáveis obtidas no ensaio de compressão triaxial como o modulo de
defromabilidade (E) e o coeficiente Poisson (ν) expressados pela equação Pinto (2002):
.S W
4P X
5
!, + Y = #
(U,)
onde:
0R = Pressão uniformemente distribuída na superfície;
Z= Largura ou diâmetro da área carregada;
I= Coeficiente que leva em consideração a forma da superfície carregada e do sistema
de aplicação das pressões.
45
Vargas (1978) explica que um maciço de solo pode sofrer recalque imediato quando
carregado. Este tipo de recalque ocorre predominante em solos não coesivos (Areias), sem
variação do índice de vazios e o mecanismo que predomina é o deslocamento relativo dos
grãos com rearranjo das partículas sólidas do maciço. A teoria da elasticidade é utilizada para
o cálculo do recalque imediato.
O recalque por escoamento lateral ocorre quando há deslocamento das partículas do
solo das zonas mais carregadas para as zonas menos solicitadas (Perpendicular ao
carregamento). Verifica-se de maneira mais acentuada nos solos não coesivos sob fundações
rasa.
O recalque por adensamento (.' ) ocorre após um determinado tempo de atuação do
carregamento, predominante em solos coesivos (Argilas), ocorrendo com variação de volume.
O mecanismo que predomina é a deformação do esqueleto do solo. É calculado pela teoria do
adensamento vertical de Terzaghi, que considera a expulsão da água dos vazios do solo. São
recalques lentos, seculares, face ao baixo coeficiente de permeabilidade das argilas.
“Aplicada uma pressão externa à camada argilosa, toda ela no
primeiro momento é transmitida à água intersticial, a qual sob
pressão tende a escoar através dos poros do solo. À medida que
a água intersticial escoa, a pressão externa vai sendo transferida
para o esqueleto dos grãos de solo e este vai deformando,
diminuindo o volume dos poros,... Quando toda pressão externa
for transferida para os grãos, a água deixa de escoar, pois já não
mais estará sob pressão.” (VARGAS, 1978), explicando o
processo de adensamento primário.
O recalque por adensamento secundário começa a ocorrer após o final de toda
drenagem da água, quando as partículas sólidas começam a sofrer as solicitações impostas
pelo carregamento e iniciam um processo de deformação física. Não há formulações que
sirvam de embasamento para o cálculo destas deformações e poucos pesquisadores da área
conseguiram implementar com sucesso seus estudos.
46
As manifestações que mais ocorrem, são os recalques diferenciais, que vão desde o
aparecimento de fissuras até o comprometimento da estrutura. A figura 2-17 apresenta as
distorções correlacionadas com aos desvios causados às estruturas. Ela subdivide em recalque
total, diferencial e distorções, salientando que o recalque total seria o somatório dos recalques
imediatos devido a distorções internas do solo e de adensamento devido à dissipação de poropressão em argilas moles e também adensamento devido à fluência do solo após a dissipação
do poro-pressão. A figura 2-18 ilustra os danos causados na estrutura pela deformação.
Figura 2-17 - Distorções angulares e danos associados (Velloso & Lopes, 2004)
47
Figura 2-18 - Principais modos de deformações: (a) recalques uniformes, (b) recalques
diferenciais sem distorção e (c) recalques diferenciais com distorção (Velloso & Lopes, 2004)
Para fundações existem limites de deformações que são aceitáveis, em níveis ou
ordens de grandeza estabelecidos por vários autores e em diferentes tempos. O problema
como descreve Milititsky et al., (2005) é que as regras na maioria dos casos são empíricas e
que estes limites recomendados não identificam o dano correspondente, que podem ser
divididos em visuais, de usabilidade e estruturais. A tabela 2-9 apresenta um gráfico
comparativo entre a abertura de fissuras e os danos associados à estrutura.
Tabela 2-9 – Abertura de fissuras e danos associados (Velloso & Lopes, 2004)
ABERTURA
DA
FISSURA (mm)
< 0,1
0,1 a 0,3
0,3 a 1
1a2
2a5
5 a 15
15 a 25
> 25
INTENSIDADE DOS DANOS
RESIDENCIAL
Insignificante
Muito Leve
Leve
Leve a moderada
Moderada
Moderada a severa
Severa a muito
severa
Muito severa a
perigosa
COMERCIAL
OU PÚBLICO
INDUSTRIAL
Insignificante
Muito Leve
Leve
Leve a moderada
Moderada
Moderada a severa
Severa a muito severa
Insignificante
Insignificante
Muito leve
Muito leve
Leve
Moderada
Moderada a severa
Severa a perigosa
Severa a perigosa
FISSURA
< 0,1 a 0,3
0,3 a 5
5 a 25
EFEITO NA ESTRUTURA E USO DO EDIFÍCIO
Nenhum
Apenas estética com deterioração acelerada do aspecto externo
Utilização do edifício será afetada e, no limite superior, a estabilidade
pode também estar em risco
> 25
Cresce o risco da estrutura tornar-se perigosa
48
Além do recalque devido à carga estática, citam-se entre outras as seguintes causas:
Cargas dinâmicas (vibrações, tremores de terra); Operações vizinhas (Abertura de escavações,
execução de novas estruturas); Erosão do subsolo; Alterações químicas do solo;
Rebaixamento do nível de água.
Os prédios de Santos são exemplos de casos de recalque de fundações. Segundo Reis
(2000) os fatores que se destacam neste problema são: a rigidez relativa solo-estrutura; a
influência recíproca entre elementos de fundações do mesmo prédio e também de prédios
vizinhos; etapas de construção de reforço de fundações com mudança de ambiente.
49
2.2 - PATOLOGIA DE FUNDAÇÕES
2.2.1 - PATOLOGIA NA CONSTRUÇÃO CIVIL
A incidência de manifestações patológicas em edificações é um problema que afeta
várias cidades do Brasil e do mundo e gera conflitos de interesses, onde, as verdadeiras causas
das manifestações, acabam muitas vezes desconhecidas. “Patologia pode ser entendida como
a parte da engenharia que estuda os sintomas, os mecanismos, as causas e as origens das
anomalias das construções civis, ou seja, é o estudo das partes que compõem o diagnóstico do
problema” (HELENE, 1992). O resultado deste estudo pode ser utilizado para a difusão de
conhecimentos técnicos da área que possam desmistificar alguns aspectos devido a
desconhecimentos dos profissionais que tem contato com a área.
Segundo Logeais (1982), quando se trata de problemas patológicos com ênfase em
fundações, estudos comprovam que, a maior parte das anomalias ocorre devido ao
desconhecimento das características do solo. Na figura 2-19 observa-se um problema
característico de erro na investigação do solo, onde um matacão (volume pequeno de rocha)
foi confundido com uma camada inteira rochosa e foi adotada uma solução de fundação
inadequada para o perfil de solo. Na medida em que o solo é o meio que vai suportar as
cargas, sua identificação e caracterização são essenciais à previsão do seu comportamento.
Figura 2-19 - Presença de Matacão no Solo (Milititsky et al., 2005)
50
Os problemas patológicos simples, para Souza & Ripper (1999) são aqueles nos quais
o diagnóstico fica bastante evidente, e admite padronização dos procedimentos, enquanto que
os problemas complexos não são diagnosticados com mecanismos convencionais e esquemas
rotineiros de inspeção, tornando sua terapêutica personalizada e individualizada.
As manifestações segundo Gotlieb (ABMS/ABEF, 2006) indicam o mau desempenho
de uma fundação e podem ser caracterizadas por uma peça única, com deterioração dos
materiais que a compõe ou então, por deformações excessivas, perda de cobrimento mínimo e
oxidação das armaduras, esmagamentos, rupturas, fissuras e outras. As manifestações podem
se apresentar na obra como um todo, com recalques e desaprumos. Os danos ocasionados por
estas manifestações podem ser configuradas como: danos arquitetônicos, funcionais e
estruturais.
Para Gotlieb (ABMS/ABEF, 2006) as soluções para os problemas de fundações são
muito diversificadas e depende principalmente de: tipo de solo; urgência do cliente no prazo
de entrega, interferindo apenas em questões financeiras, nível de carregamento; espaço físico
disponível para instalação de equipamentos e execução do serviço e as fundações já
existentes.
2.2.2 - METODOLOGIA DE ESTUDOS PATOLÓGICOS
A metodologia proposta por Cânovas (1988), usada para atuação em problemas
patológicos inicia-se com detecção da anomalia através de uma vistoria no local, etapa em que
poderão ser utilizados apenas os sentidos humanos e a experiência do profissional ou a
utilização de instrumentos técnicos específicos. A partir desta etapa introduz-se ao processo
um mecanismo de coleta de um conjunto de informações a respeito do início e da evolução da
anomalia até aquele momento, que é designado anamnese. Caso seja necessário, serão feitas
verificações complementares, in loco ou em laboratório, com uma possível pesquisa técnica
em referências da área específica para incrementar o banco de dados. Na figura 2-20
apresenta-se um fluxograma de etapas para identificação das causas das anomalias por
Milititsky et al. (2005).
51
Figura 2-20 - Procedimentos para patologia de fundações (Moura, 2007)
Segundo Milititsky et al. (2005) quando verificada a ocorrência de manifestações
patológicas deve-se caracterizar suas origens e os mecanismos de degradação. Os
conhecimentos básicos de mecânica dos solos, como capacidade de carga e recalques
admissíveis, devem ser utilizados para o diagnóstico do problema. Tendo em mãos dados
como tipo de fundação, dados referentes à investigação geotécnica do solo, projetos e cálculos
de dimensionamento da fundação, poder-se-á fazer uma intervenção na estrutura e recuperála, se possível, de forma a garantir a integridade estrutural e o uso da edificação.
52
Algumas terminologias da área da saúde foram utilizadas neste trabalho e, às vezes,
são utilizadas no meio técnico de forma equivocada por muitos profissionais da área de
engenharia. Como o público alvo, desta monografia, geralmente não tem muita afinidade e
conhecimentos sobre o tema, terminologias e procedimentos foram apresentados no tabela 210, para facilitar a compreensão do assunto.
Tabela 2-10 - Definições de termos da área da saúde (apud Moura, 2007)
TERMINOLOGIAS
DEFINIÇÕES E ESCLARECIMENTOS BÁSICOS
PROCEDIMENTOS
Conjunto de informações coletadas no local que trata desde o
Anamnese
início da manifestação até período atual, constando o processo
evolutivo e todo apanhado de informações e documentos
encontrados que auxiliarão no diagnostico do problema
Anomalia
Causa
Diagnóstico
Mecanismo de
deterioração
Problema patológico propriamente dito como falha ou dano.
Conhecido popularmente como patologia, termo erroneamente
empregado para anomalia
Motivo da anomalia, razão objetiva ou subjetiva que levou a
estrutura apresentar danos ou falhas
Procedimento onde se verifica a anomalia, as causas e os
sintomas, determinando sua origem e o mecanismo de
deterioração
Processo físico ou químico que induzem a causa
Patologia
Estudo de manifestações patológicas, sintoma, mecanismos,
origens e causas
Prognóstico
Contextualização sobre a evolução futura de um problema
patológico
Conjunto de ações destinadas a restituir uma edificação até um
estado aceitável
Recuperação
Reforço
Reparo
Terapêutica
Aumento da capacidade portante da estrutura
Correção localizada de problemas patológicos
Área que trata da recuperação do problema patológico
Através de monitoramento do comportamento de fissuras, trincas, desaprumos,
desalinhamentos e outras situações pré-identificadas como problemas em solos expansivos ou
colapsíveis (que são situações comuns), pode-se iniciar os estudos do problema.
53
2.2.3 - CAUSAS DAS ANOMALIAS EM FUNDAÇÕES
As causas para anomalias em fundação são as mais diversas possíveis, Logeais (1982)
cita algumas em seu trabalho como construção de edificações em aterros mal compactados;
presença de água principalmente em aterros; perturbações devido a novas construções
vizinhas; profundidade insuficiente das fundações; construções em maciços de solos instáveis,
como encostas. As anomalias mais freqüentes encontradas em fundação segundo Cânovas
(1988), são originadas por:
a) Falha ou negligência no processo de investigação geotécnica;
b) Fundações Inadequadas: Dimensões das fundações inadequadas ou aumento nas
cargas ou sobrecargas previstas em projeto;
c) Recalques do Solo: Que podem provocar um estado de fissuração na estrutura
podendo levá-la ao colapso. Ex.: torre de Pisa (Itália) e as edificações da cidade de
Santos-SP;
d) Mudanças nas condições do solo: Umidade relativa do solo ou alteração no nível
do lençol freático com a exploração da água subterrânea.
O problema com a interação solo-estrutura, segundo Souza & Ripper (1999) é o
principal responsável por instabilidade da estrutura, por isso é indispensável conhecer as
características do solo. Quando a execução de sondagens é relegada a segundo plano, ou
quando os resultados não são corretamente interpretados, a escolha do tipo de fundação fica
prejudicada, podendo sofrer recalques , aparecimento de fissuras na estrutura e outros
problemas.
Vários relatos de acontecimentos demonstram que, a maioria dos problemas
patológicos encontrados no Brasil são por falta de uma elaboração correta e minuciosa dos
projetos de engenharia, principalmente no que tange à coleta de informações e parâmetros
adequados para cada situação de construção.
54
Na área de fundações o problema não é muito diferente. Milititsky et al. (2005)
afirmam que a investigação do subsolo pode apresentar vários problemas e pode ser a causa
da ocorrência de anomalias em fundações. Os problemas com a investigação do subsolo
podem ser desde a simples ausência de investigação, investigação ineficiente, investigação
com falhas, até a interpretação errônea dos resultados das sondagens, problema retratado na
figura 2-21, onde a profundidade estudado no ensaio de sondagem não reflete a real situação
apresentada pela distribuições de tensões pelas camadas do solo.
Figura 2-21 - Falha na Investigação do Solo (apud Milititsky et al., 2005)
2.2.4 - PROCEDIMENTOS PARA DIAGNÓSTICO DA ANOMALIA
Algumas técnicas são adotadas para a identificação de anomalias e evolução do estado
de depreciação da estrutura de fundação, e muitos deles só poderão ser entendidos através de
ensaios de campo. Entretanto, para Cânovas (1988), algumas manifestações que acontecem
com freqüência, podem ser diagnosticadas apenas com a experiência do profissional
habilitado.
55
O diagnóstico para Souza & Ripper (1999) é um processo que consiste em apresentar
as origens, as causas e os mecanismos de degradação que a anomalia propicia à estrutura.
Com estes novos dados, o profissional pode apontar o prognóstico (que é a previsão da
evolução do problema e do desempenho futuro da construção), auxiliando na escolha da
conduta a ser adotada para a solução do problema. Para finalizar este processo é definida uma
terapêutica adequada para a situação, que pode ser: reparo, reforço ou restauração, além de
outras soluções mais drásticas como restrição ao uso da edificação.
Os ensaios de investigação do subsolo, tanto para sua identificação como para
avaliação de propriedades, são etapas que deveriam anteceder a execução da fundação.
Todavia no estado de anomalias são refeitos algumas destas investigações são realizadas pela
primeira vez na obra, para subsidiarem o estudo, fornecendo informações detalhadas sobre
situação atual física da estrutura de fundação.
Entre os ensaios mais importantes estão:
a) Investigação tátil-visual: Segundo Pinto (2002), é a verificação de propriedades
através do contato direto do profissional com o solo a ser analisado. Esta situação
depende principalmente da habilidade e experiência do profissional, sendo uma
provável etapa inicial, base para definição de um planejamento de investigação
mais consistente.
b) Sondagens: São procedimentos de engenharia utilizando equipamentos específicos
de perfuração, visando à obtenção de informações do solo como determinação da
resistência das camadas, nível do lençol freático, profundidade do perfil rochoso,
amostra de jazidas, etc.. Os mais utilizados são: SPT, SPT-T e, internacionalmente
utiliza-se o CPT com bastante freqüência.
56
2.2.5 - ENSAIOS PARA INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
O estudo do solo e reconhecimento de suas principais características constitui um prérequisito para projetos de fundações a fim de garantir a segurança. Segundo Schnaid (2000) os
projetos geotécnicos são normalmente elaborados a partir de dados obtidos nos ensaios em
campo e fazendo-se estimativas dos parâmetros de comportamento dos materiais envolvidos.
Atualmente, modernos equipamentos podem ser utilizados para uma melhor investigação do
subsolo, garantindo uma melhor precisão de dados sobre o maciço.
Milititsky et al. (2005) afirmam que a causa mais freqüente de problemas de fundações
está na investigação do subsolo, sendo que os problemas em solos colapsíveis, expansivos e
em adensamento podem ter as manifestações patológicas previstas em fase preliminar, desde
que realizado um planejamento adequados dasde investigações e que estes sejam diretamente
acompanhados por um engenheiro experiente, evitando falhas e interpretação equivocadas dos
resultados.
Os métodos de investigação mais utilizados, segundo Pinto (2002) são:
a) Trincheiras:
São valas longas com profundidade máxima de 2 metros, para uma investigação linear
das primeiras camadas do terreno, em situações específicas.
b) Sondagem a trado:
As sondagens a trado são efetuadas com uma ferramenta chamada trado concha, com
diâmetro de 75 mm, 100 mm e 150 mm, podendo ser usados outros diâmetros. Outro tipo de
trado usual é o helicoidal.
Estas sondagens são executadas em solos argilosos ou arenosos até atingir uma
profundidade, que é limitada pelo nível de água ou natureza do terreno. São utilizadas para
coletas de amostras deformadas, identificação do perfil do terreno, determinação do N.A, e
servem como ferramenta auxiliar de outros tipos de sondagem e para a execução de furos em
ensaios especiais, como permeabilidade e palheta.
57
c) Sondagem à Percussão (figura 2-22):
Estas sondagens são as mais freqüentes na engenharia e usualmente executadas com o
objetivo de:
•
Determinar o perfil geológico das camadas do subsolo;
•
Determinar a capacidade de carga das diferentes camadas do subsolo;
•
Coletar amostras de solo;
•
Determinar o nível do lençol freático;
•
Determinar a compacidade ou consistência das camadas do subsolo
Segundo a NBR6448 (2001) o Standard Penetration Test (ensaio de penetração
padrão) tem por objetivo determinar uma carga dinâmica (NSPT) com a cravação de um
amostrador padrão, no solo, através de furo de escavação devido à queda de um corpo livre de
massa 65 kg e altura de queda igual a 75 cm. Durante o ensaio, anota-se o número de golpes
do amostrador padrão, necessários para a penetração 75 cm, sendo avaliado apenas os últimos
30 cm.
Figura 2-22 - Execução do ensaio de sondagem a percussão
58
d) Sondagens Rotativas:
Estas sondagens são as mais freqüentes na engenharia e usualmente executadas para:
•
Identificar a profundidade em que se encontra o embasamento rochoso;
•
O tipo ou os tipos de rocha e seu estado de sanidade e fraturas;
•
Implantação de uma fundação ou de tirantes;
•
Obtenção de poços para captação de águas;
•
Possibilitar injeção de cimento ou de outros materiais em fraturas que podem
ocorrer nos maciços rochosos em profundidade.
Na figura 2-23 são mostrados os equipamentos utilizados na sondagem rotativa.
Figura 2-23 - Equipamentos para execução de sondagens rotativas (Diminsky)
59
e) Sondagens Mistas:
São aquelas executadas por sondagem à percussão e por meio de sondagem rotativa,
no trecho onde for inoperante o sistema à percussão, face à impenetrabilidade no terreno
prospectado.
Os dois métodos são utilizados alternadamente, de acordo com a natureza do terreno
atravessado, até ser atingida a cota do estudo e/ou critérios estabelecidos em especificação
para sua paralisação. Sua execução é recomendada, dentre outras em: Terrenos com presença
de blocos de rocha e de matacões; Área de tálus (matacões erráticos em maciços terrosos);
Área de concreções lateríticas; Área de rejeito de pedreira; Área de bota fora, etc..
f) SPT-T:
Executado logo após o término do SPT, o SPT-T, “Standard Penetration Test whit
Torque measurements” visa determinar a intensidade do torque necessário para vencer a
aderência do amostrador padrão com o solo que o envolve. Para este ensaio, utiliza-se um
instrumento denominado torquímetro (figura 2-24) fixo à haste do amostrador, que medirá o
torque máximo (Tmáx) e o torque residual (Tres) (TOURRUCO 2004).
Figura 2-24 - Utilização do torquímetro no ensaio SPT-T (Tourruco, 2004)
60
g) CPT:
Consiste na cravação contínua, no terreno, de uma ponteira cônica a uma velocidade
aproximada de 10 mm/s, usando equipamento hidráulico. Considerado um dos mais
importantes ensaios de investigação do subsolo no mundo (DIMINSKI).
A maior característica benéfica do ensaio é que o cone de penetração é semelhante a
uma estaca pré-moldada, servindo de modelo de ensaio. Os resultados do CPT fornecem,
através de relações empíricas, o cálculo da capacidade de carga da estaca, além de definir o
perfil do solo, e propriedades do solo como densidade, ângulo interno e coesão (GEO IN
SITU).
Figura 2-25 - Equipamentos para execução do CPT (Diminski)
2.2.6 - PROVAS DE CARGA
Existem outros ensaios de campo que podem auxiliar no diagnóstico e prognóstico e
que são utilizados para verificação real do desempenho da estrutura, que são as provas de
carga estática e dinâmica (figura 2-26 - ensaio vertical), também utilizado como fonte de
dados para a terapêutica do problema. Segundo ABMS/ABEF (2006) a prova de carga é
destinada a estudar fundações diretas ou profundas e consiste, basicamente, em verificar as
condições da fundação e a interação solo-fundação.
61
Figura 2-26 - Prova de carga Vertical (disponível em http://www.insitu.com.br)
Segundo Medeiros (2005), a melhoria do projeto e processo executivo de fundações
em estacas moldadas in loco está relacionado à realização de ensaios que comprovem a
capacidade de carga e a integridade da peça. Segundo a engenheira Gisleine Campos
(MEDEIROS, 2005), os ensaios são muito importantes, principalmente se forem realizados
em seqüência, pois possibilitam a comparação de alguns dados e o complemento de dados de
um ensaio para o outro, com relação à prova de carga estática, e dinâmica.
a) Prova de carga estática (figura 2-27): Ensaio em verdadeira grandeza, que permite
avaliar a capacidade de carga de uma fundação pela simulação de carregamentos.
É executada com macaco hidráulico, bomba, manômetro e célula de carga, através
do qual são aplicadas etapas de carregamentos, registrando-se os deslocamentos a
cada estágio. O principal dado obtido é a curva carga x recalque.
Figura 2-27 - Prova de carga estática (Medeiros, 2005)
62
b) Prova de carga dinâmica (figura 2-28): Aplicada com golpes em um sistema de
percussão, determina a carga de ruptura da interação fundação-solo. São usados 2
(dois) pares de sensores, onde um gera tensão proporcional a deformação sofrida e
o outro gera tensão proporcional à aceleração das partículas, baseados na teoria da
onda. É obtido o valor da resistência estática e o valor da capacidade de carga, é
mais rápido e possui o custo mais baixo que a prova estática.
Figura 2-28 - Prova de carga dinâmica (Medeiros, 2005)
Para Milititsky et al. (2005), o custo mais baixo da prova de carga dinâmica e o
reduzido prazo de execução, resultou numa procura muito maior deste procedimento,
constituindo-o como uma ferramenta valiosa no processo de verificação da qualidade de
fundações profundas.
63
2.2.7 - LAUDO TÉCNICO DE PATOLOGIA DE FUNDAÇÕES
O uso de relatórios visa simplificar um processo longo com muitas etapas, impondo
transparência e facilidade no entendimento e difusão de informações sobre um determinado
tema. Neste trabalho foi utilizado um relatório padronizado (figura2-29) para apresentação da
patologia de fundações, facilitando a apresentação e a análise de anomalias encontradas. Este
relatório foi elaborado utilizando o sistema proposto por Helene (1992) e modificado para este
trabalho pela abordagem de Milititsky et al. (2005) já apresentados nos tópicos anteriores.
Figura 2-29 - Laudo de patologia de fundações
64
2.3 - RECUPERAÇÃO DE FUNDAÇÕES
Os reforços podem ser permanentes ou provisórios. No primeiro caso, são utilizados
devido ao mau desempenho das fundações ou aumento de carga, atuando como complemento
à capacidade de carga. O reforço provisório é usado quando a estrutura não poderá manter-se
integra até o fim da recuperação. Existem várias formas de realizar o reforço ABMS/ABEF
(2006):
•
Reparo do material: Quando o material está em fase de degradação, pode-se fazer a
recuperação ou até mesmo reforçá-lo;
•
Enrijecimento da estrutura: Para evitar recalques diferenciais, pode-se utilizar uma
técnica de enrijecimento da fundação com a interligação das fundações com vigas;
•
Aumento da Área de Apoio: Quando a área de transferência da fundação for
inadequada, pode-se utilizar esta técnica para solucionar os problemas, inclusive com
soluções mistas como o aumento da base da fundação e o uso de estacas vinculadas à
base desta fundação.
Outros tipos de reforços podem ser utilizados para recuperação de fundação como:
Utilização de estacas raiz, estaca prensada, tubulões, estacas mega, sapatas adicionais,
porém com restrições peculiares a cada um, como por exemplo, restrição de espaço para
trabalhabilidade, espaço físico para locação de equipamentos, problemas de vibrações. Uma
forma relativamente nova de efetuar o reforço é a utilização de técnicas como injeções de
cimento (Jet grounting) para melhoria do solo, no que tange às propriedades de resistência e
compressibilidade dos solos.
65
3 - ALGUMAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM FUNDAÇÕES
Neste item são apresentados alguns exemplos de manifestações patológicas.
3.1 - APRESENTAÇÃO DAS MANIFESTAÇÕES
a) TORRE DE PISA
Figura 3-1 - Recalque da torre de Pisa.
A Torre de Pisa, figura 3-1, teve sua construção iniciada em
1173, e terminada em 1350. Apresentou recalques diferenciais
que a levaram a inclinar-se, numa taxa de inclinação de 1,2mm
por ano. Alguns procedimentos terapêuticos foram feitos para
solucionar o problema no curso da história, mas somente em
1997 foi utilizada uma técnica de sondagem especial, retirando o
solo abaixo do trecho que havia recalcado menos, fazendo com
que apenas esta região recalcasse, diminuindo o desaprumo da
torre, até um nível de segurança de utilização da estrutura. Foi
feita a estabilização do solo com uma técnica moderna de
congelamento e injeção de caldas de cimento, tudo de forma
controlada e monitorada.
(http://www.lmc.ep.usp.br/people/hlinde/Estruturas/deslocament
o.htm).
66
Figura 3-2 - Vista da deformação nas camadas do perfil
Segundo Terracina (LAMBE & WHITMAN, 1979) o lado sul da torre sofreu recalque
de quase 3 (três) metros, resultando num recalque diferencial, com a outra região, de 1,8 m,
representando, para época, uma situação de instabilidade muito perigosa. Utilizou-se uma
técnica de equilíbrio físico com pesos para manter a estabilidade da torre, no processo de
recuperação e reforço da torre.
Figura 3-3 - Utilização de peso para equilíbrio da torre no processo de recuperação
67
b) EDIFICAÇÕES EM SANTOS
No Brasil, um exemplo de manifestações patológicas em
fundações são os prédios da orla santista, figura 3-4, que
apresentaram
deslocamento
diferencial
dos
apoios
diferencialmente, inclinando as estruturas. Várias propostas de
correção foram feitas para reverter à situação. A origem do
problema foi a deficiência do solo de Santos, formado por uma
camada superficial de areia sobre uma extensa camada de solo
argiloso, muito compressível. Como as fundações dos edifícios
eram sapatas, o sistema fundação-solo não foi adequado e
muitos (cerca de cem) destes prédios passaram a inclinar-se.
(http://www.lmc.ep.usp.br/people/hlinde/Estruturas/deslocament
o.htm).
Figura 3-4 - Recalque das edificações em Santos (Milititsky et al., 2005).
68
Os problemas dos deslocamentos das edificações agravaram-se com a construção de
novos empreendimentos que, devido ao carregamento imposto ao solo, influenciaram outras
fundações (superposição de bulbo de pressões), interferindo no equilíbrio físico do sistema
solo-estrutura.
No caso das edificações em Santos-SP houve um processo de recalque gradual, ou
seja, o aumento do recalque com o passar do tempo, e atingirem uma situação com riscos
eminentes de ruína, (figura 3-5). O problema consiste em fazer a edificação retornar ao prumo
e este procedimento poderia ser executado com a mesma técnica utilizada na Torre de Pisa.
Entretanto, o custo para estabilizar o solo, neste caso, seria muito elevado. Uma solução
apreciável para a recuperação da estrutura seria trazer a estrutura ao prumo através de
“macaqueamento” com a realização do reforço da fundação, executando uma placa de
concreto sob partes da fundação ou sob a edificação como um todo, aumentando a área de
transferência de cargas para o solo e diminuindo, portanto, a solicitação ao mesmo
(GRIGOLI).
Figura 3-5 - Mecanismo de recalque diferencial (Grigoli)
69
c) PALÁCIO DA LIBERDADE – MINAS GERAIS (ABMS, 1986)
A edificação da sede do governo do estado de Minas Gerais (figura 3-6), por volta dos
anos 80, apresentou recalque diferencial das suas fundações com presença de trincas e
fissuras. O problema ocorreu devido à execução da fundação em sapata sobre solo argiloso
poroso.
Figura 3-6 -Palácio da Liberdade (apud http://www.panoramio.com)
O prédio tem estrutura mural, ou seja, as cargas da edificação são distribuídas pelas
alvenarias, que no caso são de tijolo maciço e o telhado é composto por perfis metálicos. No
processo de levantamento de informações da obra foram cadastradas as instalações hidráulicas
com um minucioso exame das mesmas. Ensaios realizados in loco mostraram que as
fundações existentes eram em sapatas apoiadas sobre blocos de concreto ciclópico de
dimensões variáveis e irregulares, com 5 estacas de 4 (quatro) metros de comprimento
designadas como estacas de compactação. Foi verificado que o nível de água estava a 13,50m
de profundidade.
O diagnóstico da anomalia indicou que assim que as fundações receberam
carregamento iniciou-se um processo de adensamento da argila e essas deformações do
maciço de solo geram recalques de mesma intensidade nas fundações. Por um período longo,
não surgiu problema algum, pois o recalque ainda era compatível com os valores admissíveis
da estrutura. As fissuras na alvenaria apareceram após um longo período.
70
O reforço adotado para o problema viabilizou a transmissão das cargas a horizontes
mais profundos do solo, transformando as fundações superficiais em fundações profundas,
através de estacas cravadas por reação, microestacas e/ou tubulões. A solução em tubulões foi
descartada, pois implicaria principalmente em escavações demasiadamente grandes, próximo
à fundação trazendo risco de colapso da estrutura. A solução em estaca cravada não seria uma
boa solução, pois apresentaria capacidade de carga insuficiente e falsa “nega”.Optou-se,
então, pelo reforço com estaca raiz.
71
d) OCORRÊNCIA DE MATACÕES (MILITITSKY ET AL., 2005)
A presença de matacões são problemas que ocorrem com certa freqüência em obras de
fundação. Matacões são blocos de rochas que ainda não sofreram a decomposição completa,
conseqüência de intemperismo diferencial da rocha. A conseqüência deste problema é a
adoção de uma fundação inadequada (figura 3-7) e, em muitos casos, levam a situações de
recalques e fissuras das estruturas da edificação.
Figura 3-7 - Fundação assentada em bloco de rocha
Ao executar um ensaio de sondagem para o reconhecimento do perfil do solo, poderá
ocorrer da locação do furo coincidir com um bloco de rocha; estes casos estão previstos na
NBR8036/1983.
Quando o matacão possui dimensões muito grandes o furo deve ser deslocado
conforme NBR8036/1983. Caso acusar rocha novamente, deve-se aumentar a distância para
realização de outro furo e se houver outra coincidência e outro matacão for encontrado a
interpretação do perfil será feita erroneamente e a da escolha de fundação e dimensionamento
estarão prejudicados (figura 3-8). Esta situação também pode ocorrer por falta de
investigações suficientes.
72
Figura 3-8 - Ilustração do perfil real e do perfil adotado por interpretação equivocada
Os matacões têm que ser ultrapassados e as fundações, assentadas em uma camada
consistente. No caso de fundações diretas, isto se torna um grande problema, pois sua
execução será dificultada, geralmente com a remoção de parte do bloco; nas fundações
profundas, a presença de matacões pode resultar em elementos apoiados de forma não segura.
73
e) SOLOS EXPANSIVOS
A expansibilidade é um grande problema do Brasil, em regiões como a Bahia, pois
existem vários casos de patologias de fundações registradas com este problema (figura 3-9),
principalmente em casas de baixa renda e em estradas de rodagem.
Figura 3-9 - Trinca em alvenaria devido à expansão do solo (disponível em
www.conder.ba.gov.br)
A expansibilidade pode ser compreendida pela pressão de expansão e variação
volumétrica do maciço terroso, devido à presença de argilo-minerais. Estruturas apoiadas
sobre solos expansivos podem estar sujeitas a uma série de ações indesejáveis, resultantes das
expansões durante o umedecimento, bem como das variações de volumes associados, que
podem provocar o levantamento ou deslocamento das estruturas (OLIVEIRA, JESUS, &
MIRANDA).
O controle de variações de umidade não é simples, pois são inúmeros os fatores que
provocam estas variações: variações do lençol freático; características pluviométricas;
presença de vegetação. Para reduzir as anomalias, não se devem atacar as causas propriamente
ditas e sim trabalhar a fundação para reduzir ou evitar estes efeitos.
74
Os procedimentos cabíveis para evitar as anomalias segundo Peck et al.
(MILITITSKY ET AL., 2005) são:
- Isolar a estrutura dos solos expansivos com a utilização de outros materiais como
isopor ou compensados, minimizando os efeitos de compressão dos materiais
componentes da fundação.
- No caso de estacas, dimensioná-las com armadura para suportar esforços de tração ao
longo do fuste, além de garantir a rigidez e resistência da superestrutura para absorver
tais esforços;
- Eliminar os efeitos de expansibilidade com técnicas de estabilização do solo através
de adições de cimentantes alcalinos ou da substituição de parte da camada do solo
expansivo por um aterro superficial com material inerte, cujo peso equilibraria as
forças de expansão.
75
3.2 - UTILIZAÇÃO DO LAUDO TÉCNICO PARA APRESENTAÇÃO DE
UMA ANOMALIA
ANOMALIA
ERRO DE INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA
INFORMAÇÕES PERTINENTES
APRESENTAÇÃO
No processo de sondagem e VISUAL
reconhecimento do solo há um risco
de
ocorrer
falhas
tanto
na
identificação de blocos de rochas,
como na interpretação das camadas
do perfil.
CAUSAS
Má interpretação dos resultados dos ensaios de sondagem e
reconhecimento das camadas ou falta de investigação suficiente
SINTOMAS
DIAGNÓSTICO Deslocamentos relativos à fundação que fora executada sobre o
bloco de rocha, com aparecimento de fissuras e até mesmo risco de
colapso da edificação
PROGNÓSTICO
A partir do erro no processo de investigação pode-se iniciar uma
série de falhas, mas principalmente a escolha equivocada do tipo de
fundação
OBSERVAÇÕES
È um problema muito comum e pode ocorrer por simples
coincidência no processo de sondagem, visto que esta análise é feita
de fora para dentro e as tecnologias avançadas com boa precisão
ainda são inacessíveis para diversos setores da construção civil
Executar reforço da fundação com uso de estacas desde que estas
TERAPÊUTICA ultrapassem o bloco e seja considerada apenas a contribuição das
propriedades abaixo do matacão
76
4 - ESTUDO DE CASO
4.1 - INFORMAÇÕES GERAIS
O estudo de caso apresentado, refere-se a uma obra de construção de um galpão que
servirá como hipermercado na cidade de Salvador-BA. O empreendimento pertence a um
grupo, cuja identificação não será feita nesta monografi, para resgardar as partes envolvidas.
A empresa construtora contratada pelo grupo é de grande porte técnico-financeiro com uma
equipe muito bem qualificada e que se deparou com um problema durante a execução das
fundações.
A escolha do tipo de fundação partiu de estudos solicitados pela empresa construtora,
que contratou uma empresa de sondagem para investigação do subsolo, que foi acompanhada
por um profissional especialista (engenheiro geotécnico) integrante do grupo técnico da
construção do galpão, ocorreu, entretanto uma falha do ponto de vista geotécnico, considerada
como imprevisto. Para a solução do problema, foi contratada um empresa especializada em
serviços geotécnicos e reforços estruturais que, do ponto de vista técnico, resolveu
satisfatoriamente o problema.
4.2 - A ANOMALIA E O DIAGNÓSTICO
O tipo de fundação escolhida para o projeto do empreendimento foi estaca prémoldada de concreto centrifugado, vazada (SCAC), conforme mostrado na figura 4-1. A
cravação foi realizada por percussão (figura 4-7), porém no decorrer do processo de cravação,
verificou-se que algumas estacas não penetraram até a profundidade especificada em projeto.
Esta situação foi analisada e condenada pelo engenheiro geotécnico contratado pela
construtora, o qual desenvolveu estudos sobre o caso e definiu o reforço a ser adotado,
sugerindo a contratação de uma empresa especializa para a execução do serviço. O
fluxograma da figura 4-2 mostra a situação e os passos para resolução do problema.
77
Figura 4-1 - Ilustração da estaca SCAC de mesmo modelo utilizada no empreendimento
Figura 4-2 - Fluxograma de empresas e serviços contratados
78
Fazendo a anamnese da situação, a empresa especializada contratada conseguiu
relatórios técnicos de caráter estrutural e alguns relatórios de ensaios de sondagem executados
pela construtora, além das informações obtidas através de reuniões periódicas junto ao corpo
técnico da referida construtora. Alguns ensaios foram realizados pela empresa especializada
para a análise de parâmetros e obtenção de propriedades pertinentes ao reforço que fora
adotado. Alguns dos relatórios estão apresentados adiante e serviram de base para a
determinação das causas e do diagnóstico do problema aqui exposto.
Por meio de informações obtidas para a elaboração do presente trabalho, sabe-se que a
construtora tinha em mãos os resultados de sondagem a percussão realizados inicialmente.
Sabe-se que a cravação era interrompido quando havia alcançado uma camada muito
resistente do solo e esta camada poderia ser rocha ou não. Com base nestes resultados foi
definido que a fundação seria estaca tipo SCAC, apoiada na rocha. De fato esta solução
obteve algum êxito, todavia não em todas as estacas, conduzindo à reprovação da fundação
por parte do engenheiro geotécnico que prestava consultoria à construtora. Algumas estacas
de uma região do terreno não conseguiram ultrapassar a camada de solo e ficara com a
capacidade de carga comprometida devido à área lateral não cravada. A figura 4-3 ilustra a
fundação do empreendimento com utilização de reforço.
Figura 4-3 - Representação da estaca reforçada do empreendimento
79
Posteriormente, foi comprovado que em alguns setores a camada encontrada era rocha
mesmo assim, a cravação não obteve sucesso no critério profundidade, comprometendo a
capacidade de carga por atrito lateral (fuste). Deste modo o engenheiro geotécnico definiu, de
antemão, que iria ter de reforçar a fundação e também definiu que o reforço seria executado
com o uso de microestaca trabalhando como complemento da capacidade de carga perdida
pela estaca; ou seja, a microestaca trabalharia engastada na rocha e transferiria parte da carga
da estaca para o perfil rochoso. Para o desenvolvimento deste serviço, o engenheiro propôs a
contratação de uma empresa especializada nesse tipo de serviço.
A causa detectada para o problema, e que foi identificada neste trabalho, foi a
interpretação equivocada do perfil da sondagem e, como conseqüência, a capacidade de carga
da fundação inadequada para as solicitações da superestrutura.A figura 4.4 apresenta um
esquema ilustrativo do problema até o procedimento de reforço adotado.
Figura 4-4 - Utilização de reforço na situação do empreendimento
80
4.3 - A TERAPÊUTICA
A solução adotada para reforço foi determinada a partir de reuniões da construtora
com o engenheiro geotécnico e com a empresa especializada. Decidiu-se pela utilização de
microestaca executada por dentro da estaca SCAC e engastando na rocha, para complementar
o desempenho estrutural da estaca vazada de concreto. Sabe-se que parte dos novos ensaios,
feitos pela empresa especializada, foram executados internamente através da estaca vazada de
concreto.
Nas reuniões entre a construtora e a empresa especializada surgiram várias propostas
de terapêutica para a situação: inicialmente pensou-se que as estacas tinham atingido a nega
no embasamento rochoso e a solução seria utilização de tubo PVC e um feixe de barras de
aço, aumentando a capacidade portante da estaca com a aplicação da calda por gravidade. A
segunda alternativa proposta após a verificação da existência de uma camada de solo
intermediária entre a camada rochosa e a cota de cravação alcançada da estaca. Para este caso,
sugeriu-se a utilização de tubo Schedule em lugar do feixe de barras, e a calda injetada a alta
pressão. A última alternativa foi semelhante à segunda alternativa, todavia a calda seria
injetada por gravidade.
Segundo o relatório fornecido pela empresa especializada, o dimensionamento
geométrico considerou engastamento da microestaca na rocha e a predominância da
resistência de ponta obtida através da transferência das cargas verticais nos blocos para a
ponta das estacas engastadas no embasamento. O referido relatório afirma que, segundo a
NBR6122/1996, o atrito lateral poderia ser desprezado desde que fosse garantido o
engastamento da estaca injetada de no mínimo 3 (três) vezes o diâmetro da estaca, dentro da
rocha.
Além dos ensaios de sondagem a percussão, foram executados ensaios de sondagem
rotativa, configurando sondagem mista, com a finalidade de caracterização das camadas do
perfil e obtenção de propriedades do solo e, também, buscando identificar a profundidade da
camada de rocha que serviu de base para o reforço. A seguir, apresenta-se um dos boletins de
sondagem a percussão (figura 4-5), feito pela empresa especializada. Pode-se verificar através
destes boletins que não houve a constatação da camada de rocha no perfil, confirmando que
houve faltade precisão por parte dos dados obtidos nas sondagens iniciais.
81
Figura 4-5 - Resultado do ensaio de sondagem no empreendimento
82
4.4 - EXECUÇÃO DO REFORÇO
A perfuração foi executada internamente (na estaca SCAC) até alcançar a camada de
rocha, utilizando uma perfuratriz, a seco (com ar comprimido), com profundidades variadas,
de acordo com as propriedades da rocha. Normalmente era perfurado derca de 1 (um) metro
dentro da rocha, onde observou características de rochas sãs. Foram perfuradas as estacas que
apresentaram profundidades entre 1,98 m e 4,30 m, prosseguindo até uma profundidade média
de 5,50 m. Houve um caso em que foram perfurados 7,00 m e não foi encontrada a camada
de rocha. A figura 4-6 ilustra o processo de perfuração do solo com perfuratriz, até alcançar a
camada de solo.
Figura 4-6 - Perfuração do solo
83
O sistema utilizado para cravação da estaca foi à percussão, veja ilustração abaixo.
Como já foi abordado, não obteve êxito em parte de seus objetivos, pode-se verificar na figura
abaixo (meramente ilustrativa) que uma parte da estaca fica externamente ao solo, o que é
normal (haverá o arrasamento destas pontas), porém no caso da execução do empreendimento
estudado grandes comprimentos da estaca ficaram expostos. Para a correção do problema
relatado, foi necessária a aplicação de um sistema de reforço permanente e de aumento do
desempenho estrutural da fundação, já que parte da capacidade portante da estrutura de
fundação ficara prejudicada pela anomalia.
Figura 4-7 - Cravação de SCAC à percussão
A alternativa inicial proposta pela empresa especializada fora microestaca constituída
por um feixe de três barras de aço CA-50 ∅=20 mm, fixados a um tubo (tipo manchete) de
PVC com diâmetro de 32 mm. Os pinos seriam instalados em furos executados com uma
perfuratriz roto-pneumática no interior de algumas estacas pré-moldadas de concreto, que
tiveram a cravação interrompida sob a suspeita da presença de camada rochosa. O reforço
consistia em perfurar 1m de profundidade na camada rochosa abaixo da cota de interrupção
das cravações e o posterior engastamento dos pinos, que seriam incorporados às estacas
formando um único elemento de fundação.
84
A função do tubo de PVC consistia, inicialmente, na limpeza do furo executado pela
perfuratriz e, logo em seguida, na injeção por gravidade de nata de cimento até a superfície do
furo. Esta opção, porém, foi descartada devido à descoberta de uma camada de solo entre a
rocha e a cota de nega da estaca, conforma já relatado.
A solução proposta foi modificada através de reuniões internas, ficando definida, por
sugestão da empresa especializada, a substituição do feixe de barras por um tubo manchete de
aço Schedule 80 ∅=3” e armadura complementar interna de 4 ∅25 mm em aço CA-50. O
tubo manchete compreende o trecho que envolve o topo da estaca cravada até a extremidade
engastada na rocha e foi preenchido através de injeção por gravidade de cimento (fator
a/c=0,5). Um esquema mostrando a utilização de microestaca com tubo Schedule conforme a
solução adotada, é apresentado na figura 4-8.
Figura 4-8 - Esquema de execução de microestaca com tubo Schedule 80
85
O sistema proposto, (estaca de concreto vazada com reforço em microestaca), garante
uma rigidez maior flexional à estrutura de concreto armado da fundação, visto que a coroa
circular da estaca pré-moldada foi preenchida pela microestaca e argamassa, tornando a estaca
“maciça”.
4.5 - O PROGNÓSTICO E AS OBSERVAÇÕES
A solução construtiva proposta pela empresa especializada foi executada com sucesso
em todas as estacas que apresentaram a anomalia abordada. Do ponto de vista técnico, foram
executados os cálculos de capacidade de carga da estaca vazada, considerando que o
comprimento adotado em projeto, foi executado. Através de comparação de cargas, pôde-se
verificar a parcela de resistência por atrito lateral perdida devido a não-cravação da estaca por
completo. Partindo desses dados, foram dimensionadas as microestacas e suas propriedades
para este caso especificamente, considerando apenas a resistência de ponta e desconsiderando
a contribuição do fuste (figura 4-9).
Figura 4-9 - Relação entre a carga da estaca de concreto e do reforço com microestaca
86
4.6 - LAUDO TÉCNICO
ESTUDO DE CASO - HIPERMERCADO
ANOMALIA
ERRO NA INTERPRETAÇÃO DA INVESTIGAÇÃO
GEOTÉCNICA
INFORMAÇÕES PERTINENTES
APRESENTAÇÃO
Empreendimento implementado com VISUAL
fundações em estacas de concreto
centrifugado vazado; Havia uma
equipe preparada tecnicamente, com
um especialista prestando consultoria
no campo da engenharia geotécnica;
Ocorreu problema com a execução da
cravação das estacas de concreto e
uma empresa especializada foi
contratada para solucionar o problema
CAUSAS
Ocorreu falha na interpretação dos resultados da investigação
geotécnica por parte da equipe de empresa construtora o que
resultou na falha do processo de cravação das estacas de concreto
SINTOMAS
DIAGNÓSTICO As estacas de concreto não alcançaram o comprimento requerido
pelo projeto em uma região da área construída, implicando na
reprovação técnica do sistema solo-estrutura
PROGNÓSTICO
Foram executados os cálculos de capacidade de carga da estaca
vazada considerando a perda da capacidade de carga por atrito
lateral devido a não-cravação e dimensionou-se a microestaca para
complementar esta capacidade, que neste caso foi considerado
apenas contribuição da resistência de ponta da microestaca
OBSERVAÇÕES
Na prospecção do subsolo foi encontrada uma camada de solo
muito rígida, antes da camada de rocha, o que dificultou a
continuação do ensaio. A empresa continuou o processo de
cravação, mesmo após verificar a anomalia nos primeiros casos. Os
pilares que apresentaram anomalias foram: P1, P2, P3, P4, P5, P6,
P7, P7A, P8, P158, P159, P160, com blocos compostos de 2 (duas)
estacas por pilar
Foi utilizada uma solução em microestaca que fora executada na
parte interna da estaca vazada, com a finalidade de complementar a
TERAPÊUTICA capacidade da mesma interagindo como ponte de distribuição da
carga oriunda da SCAC. A microestaca fora dimensionada
desprezando sua contribuição de carga lateral.
87
5 - CONCLUSÕES
Patologia de fundações é um tema recente, principalmente no Brasil, com poucas
publicações na área técnica e com uma significativa importância para criação de novas áreas e
tecnologias na análise de problemas intrínsecos à estrutura de fundação. O presente trabalho
abordou teorias básicas de mecânica dos solos e fundações, que servem de base para o
entendimento dos problemas em fundações, bem como suas causas. Para tal, foram
apresentados termos e procedimentos específicos da área da medicina, como anamnese,
diagnóstico, etc., correlacionando-os à engenharia civil e geotécnica, em casos reais e
clássicos de problemas patológicos geotécnicos. Por fim foi feita uma apresentação de um
caso de patologia de fundação em estaca, focando-o para a área de patologia e resumindo-o
em um laudo de manifestações patológicas.
A partir do apresentado no escopo do trabalho pode-se concluir que:
Existem inúmeros problemas patológicos em fundações, muitos já foram
estudados por especialistas da área de geotecnia, porém não há a propagação
destes conhecimentos específicos;
As anomalias são geralmente conhecidas e as soluções são de fácil acesso mas
em geral, com elevado custo. No entanto, a melhor solução é garantir a
qualidade do empreendimento desde o seu início, sendo este procedimento
mais seguro e economicamente mais viável;
A correlação entre conceitos da área da saúde com a área de engenharia civil
pode auxiliar nos procedimentos de diagnósticos de anomalias e nos processos
de terapêuticas no campo de engenharia;
É possível utilizar microestaca com capacidade de carga apenas de ponta,
desconsiderando o efeito lateral, desde que a microestaca seja dimensionada e
reforçada (se necessário) para o caso, e que a resistência do embasamento seja
compatível com as características desta estaca de pequeno diâmetro;
88
A microestaca pode ser locada internamente numa estaca vazada como reforço,
garantindo a distribuição de esforços da estaca e complementando a capacidade
de carga, além de aumentar a rigidez flexional da estaca vazada;
A investigação do solo bem feita e criteriosa, é fundamental para a definição
das fundações adequadas, evitando custos adicionais e atrasos no cronograma
da obra;
Existe um moderno campo dentro da engenharia, a patologia de construção,
falta o incentivo, novas pesquisas na área e o investimento das universidades e
institutos tecnológicos que possibilitem a difusão do tema e a abordagem do
mesmo na graduação, com mais ênfase.
89
6 - REFERÊNCIAS
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