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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA
FRANCISCO CERQUEIRA DA SILVA JUNIOR
UMA REVISO SOBRE AS MANIFESTAES PATOLGICAS
MAIS FREQENTES EM FUNDAES DE CONCRETO DE
EDIFICAES
FEIRA DE SANTANA - BAHIA
2008
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FRANCISCO CERQUEIRA DA SILVA JUNIOR
UMA REVISO SOBRE AS MANIFESTAES PATOLGICAS MAIS
FREQENTES EM FUNDAES DE CONCRETO DE EDIFICAES
Monografia apresentada ao curso de
Engenharia Civil do Departamento de
Tecnologia da Universidade Estadual de Feira
de Santana, como requisito para obteno do
titulo de bacharel em Engenharia Civil.
rea de Concentrao:
Fundaes / Patologia de construo
Orientador:
Prof. Titular
M. Sc.. Areobaldo Oliveira Aflitos
Co-orientador:
Prof. Titular
Dr. Carlos Henrique A. Couto Medeiros
FEIRA DE SANTANA - BAHIA
2008
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TERMO DE APROVAO
FRANCISCO CERQUEIRA DA SILVA JUNIOR
UMA REVISO SOBRE AS MANIFESTAES PATOLGICAS MAIS
FREQENTES EM FUNDAES DE CONCRETO DE EDIFICAES
Monografia aprovada como requisito para a obteno do ttulo 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. Maria do Socorro Costa So Mateus, M.Sc.
Universidade Estadual de Feira de Santana
_________________________________________
Prof. Carlos Csar Uchoa de Lima, Dr.
Universidade Estadual de Feira de Santana
FEIRA DE SANTANA, abril de 2008.
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Dedico este trabalho ao meu pai e a minha me, Francisco e Edna, que com muito
esforo fizeram com que eu chegasse ao fim da etapa graduao.
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AGRADECIMENTOS
Sempre fui cobrado em relao aos estudos e ao carter, graas a minha irm, Karine, cresci
como o homem que sou aprendendo do mais simples como falar at o mais complicado que
como me relacionar.
Ao meu irmo Fbio, que foi o passo inicial destes anos de graduao, me incentivando a
fazer o processo seletivo em Feira de Santana, quase que me carregando at a cadeira do
vestibular.
A Carine e a minha famlia de Feira de Santana, que foram o incentivo e o apoio minha
passagem por Feira encarando e compartilhando as minhas dificuldades com o carinho de
uma famlia.
Aos professores Carlos Henrique e Areobaldo Aflitos que me orientaram, at mesmo sob as
dificuldades burocrticas impostas pelo regimento da universidade e conseguiram me trazer
at o final das contas e apresentaes.
A colaborao dos professores Carlos Uchoa e Maria do Socorro que me ajudarem e
aconselharam no desenvolvimento e organizao deste trabalho.
Aos meus companheiros de graduao Patrick, Isabella e Micheline, juntos nas horas mais
complicadas, a Jonas e a empresa GUNITEST FUNDAES que contribuiram de forma
significativa para o desenvolvimento dos estudos de casos reais.
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Risco inerente atividade geotcnica, vrias obras
de porte colapsaram recentemente na Europa e sia sem
que a qualidade da engenharia fosse questionada.
Eng. Jarbas Milititsky, maro de 2007
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RESUMO
UMA REVISO SOBRE AS MANIFESTAES PATOLGICAS MAIS
FREQENTES EM FUNDAES DE CONCRETO DE EDIFICAES
Francisco Cerqueira da Silva Junior
Abril / 2008
O presente trabalho apresentou e analisou algumas manifestaes patolgicas
inerentes s estruturas de fundaes, sob o foco da rea de patologia de construes,
abordando temas clssicos de anomalias e um caso real de problema patolgico em fundao.
O sistema de apresentao e anlise figura sob um fluxograma baseado em procedimentos
corriqueiros da rea da medicina, como anamneses e diagnsticos, e tpicos intrnsecos
engenharia geotcnica, culminando com a apresentao de um laudo tcnico desenvolvido
neste trabalho, que visou reunir as informaes mais importantes e pertinentes ao tema
abordado. Todo o embasamento para o escopo do trabalho foi baseado na mecnica dos solos
e suas teorias bsicas, abordadas de forma sucinta. O foco em fundaes foi encaminhado
para estacas, principalmente estacas raiz do tipo microestaca, devido a sua abordagem do caso
estudado. O exemplo de patologia de fundaes apresentado ao final da monografia diz
respeito a uma obra, cujas fundaes em estacas pr-moldadas de concreto no atingiram a
profundidade de cravao prevista em projeto, devido a falhas tcnicas na anlise do perfil do
solo. Como soluo para o problema foi adotado reforo estrutural com microestacas injetadas
internamente na seo transversal da estaca que vazada at atingir uma profundidade
compensatria, pelos efeitos de ponta e engastamento na rocha, devidamente perfurada por
equipamentos especficos.
Palavras-chave: Fundaes; patologia; microestacas.
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ABSTRACT
A REVIEW ABOUT THE MORE FREQUENT PATHOLOGICAL
PROBLEMS IN FOUNDATIONS OF CONCRETE OF BUILDINGS
Francisco Cerqueira da Silva Jnior
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.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1-1 - Fluxograma reduzido de anlise patolgica (apud Moura, 2007; Milititsky et al.,
2005) .................................................................................................................................... 19
Figura 2-1 Representao de fundaes rasa e profunda .................................................. 24
Figura 2-2 - Execuo da base de uma fundao (disponvel em
http://www.geotechnia.com.br) ............................................................................................. 25
Figura 2-3 - Estaca profunda tipo hlice contnua (disponvel em http://www.ibts.org.br).... 26
Figura 2-4 - Estaca pr-moldada de concreto vazada (disponvel em
http://www.benaton.com.br) ................................................................................................. 30
Figura 2-5 - Cravao de estaca de concreto a percusso (disponvel em
http://www.estacasprefabricadas.eng.br) ............................................................................. 30
Figura 2-6 - Execuo de emenda em solda de estaca pr-moldada (disponvel em
http://www.estacasprefabricadas.eng.br) ............................................................................. 31
Figura 2-7 - Reforo de estaca vazada com microestaca, internamente (Prado; Faria, & Vaz)
............................................................................................................................................. 31
Figura 2-8 - Ilustrao Estaca Raiz...................................................................................... 32
Figura 2-9 - Bloco de microestacas executadas (Prado; Faria & Vaz) ................................. 32
Figura 2-10 - Execuo de microestaca (ABMS/ABEF, 2006) .............................................. 33
Figura 2-11 - Etapa de execuo da microestaca ................................................................. 34
Figura 2-12 - Estabilidade Global ........................................................................................ 39
Figura 2-13 - Fundao x Solo (Milititsky et al., 2005) ........................................................ 40
Figura 2-14 - Grfico representativo da distribuio de tenses geostticas no macio ....... 41
Figura 2-15 - Distribuio de tenses (Pinto, 2002) ............................................................. 42
Figura 2-16 - Sobreposio de Tenses nas Fundaes (Milititsky et al., 2005) ................... 43
Figura 2-17 - Distores angulares e danos associados (Velloso & Lopes, 2004) ................ 46
Figura 2-18 - Principais modos de deformaes: (a) recalques uniformes, (b) recalques
diferenciais sem distoro e (c) recalques diferenciais com distoro (Velloso & Lopes, 2004)
............................................................................................................................................. 47
Figura 2-19 - Presena de Mataco no Solo (Milititsky et al., 2005) .................................... 49
Figura 2-20 - Procedimentos para patologia de fundaes (Moura, 2007) ........................... 51
Figura 2-21 - Falha na Investigao do Solo (apud Milititsky et al., 2005) .......................... 54
Figura 2-22 - Execuo do ensaio de sondagem a percusso ............................................... 57
Figura 2-23 - Equipamentos para execuo de sondagens rotativas (Diminsky) ................... 58
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Figura 2-24 - Utilizao do torqumetro no ensaio SPT-T (Tourruco, 2004) ........................ 59
Figura 2-25 - Equipamentos para execuo do CPT (Diminski) ........................................... 60
Figura 2-26 - Prova de carga Vertical (disponvel em http://www.insitu.com.br) ................. 61
Figura 2-27 - Prova de carga esttica (Medeiros, 2005) ...................................................... 61
Figura 2-28 - Prova de carga dinmica (Medeiros, 2005) .................................................... 62
Figura 2-29 - Laudo de patologia de fundaes ................................................................... 63
Figura 3-1 - Recalque da torre de Pisa. ............................................................................... 65
Figura 3-2 - Vista da deformao nas camadas do perfil ..................................................... 66
Figura 3-3 - Utilizao de peso para equilbrio da torre no processo de recuperao .......... 66
Figura 3-4 - Recalque das edificaes em Santos (Milititsky et al., 2005). ............................ 67
Figura 3-5 - Mecanismo de recalque diferencial (Grigoli) ................................................... 68
Figura 3-6 -Palcio da Liberdade (apud http://www.panoramio.com) ................................. 69
Figura 3-7 - Fundao assentada em bloco de rocha ........................................................... 71
Figura 3-8 - Ilustrao do perfil real e do perfil adotado por interpretao equivocada ...... 72
Figura 3-9 - Trinca em alvenaria devido expanso do solo (disponvel em
www.conder.ba.gov.br) ........................................................................................................ 73
Figura 4-1 - Ilustrao da estaca SCAC de mesmo modelo utilizada no empreendimento .... 77
Figura 4-2 - Fluxograma de empresas e servios contratados .............................................. 77
Figura 4-3 - Representao da estaca reforada do empreendimento ................................... 78
Figura 4-4 - Utilizao de reforo na situao do empreendimento ..................................... 79
Figura 4-5 - Resultado do ensaio de sondagem no empreendimento ..................................... 81
Figura 4-6 - Perfurao do solo ........................................................................................... 82
Figura 4-7 - Cravao de SCAC percusso ....................................................................... 83
Figura 4-8 - Esquema de execuo de microestaca com tubo Schedule 80 ........................... 84
Figura 4-9 - Relao entre a carga da estaca de concreto e do reforo com microestaca ..... 85
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1-1 - Problemas Tpicos em fundaes (Milititsky et al., 2005) ................................. 15
Tabela 2-1 ndices fsicos dos solos ................................................................................... 22
Tabela 2-2 - Classificao de engenharia da rocha intacta (Gusmo Filho, 2003) ............... 27
Tabela 2-3 - Terminologia para o espaamento das juntas (Gusmo Filho, 2003) ................ 28
Tabela 2-4 - Classificao das rochas em funo do nmero de fraturas por metro (Gusmo
Filho, 2003) ......................................................................................................................... 28
Tabela 2-5 - Presses bsicas para materiais rochosos ........................................................ 29
Tabela 2-6 - Caractersticas tcnicas 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 admissveis mximas de estacas raiz (ABMS/ABEF, 2006) ................... 38
Tabela 2-9 Abertura de fissuras e danos associados (Velloso & Lopes, 2004) ................... 47
Tabela 2-10 - Definies de termos da rea da sade (apud Moura, 2007) .......................... 52
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SUMRIO
1 - INTRODUO ..................................................................................................... 14
1.1 - JUSTIFICATIVA ............................................................................................. 16
1.2 - OBJETIVOS ..................................................................................................... 17
1.2.1 - OBJETIVO GERAL .................................................................................... 17
1.2.2 - OBJETIVOS ESPECFICOS ....................................................................... 17
1.3 - METODOLOGIA ............................................................................................ 18
2 - REVISO BIBLIOGRFICA ............................................................................ 20
2.1 - MECNICA DOS SOLOS E FUNDAES ............................................... 20
2.1.1 - COMPRESSIBILIDADE DO SOLO ........................................................... 20
2.1.2 - PROPRIEDADES DO SOLO PERTINENTES AO TEMA ......................... 21
2.1.3 - FUNDAES ............................................................................................. 24
2.1.4 - FUNDAES EM ROCHAS (GUSMO FILHO, 2003) ........................... 26
2.1.5 - ESTACAS PR-MOLDADAS E MICRO ESTACAS (breve comentrio) .. 29
2.1.6 - CAPACIDADE DE CARGA ....................................................................... 35
2.1.7 - INTERAO SOLO-FUNDAO ............................................................ 39
2.1.8 - TENSES E DEFORMAES .................................................................. 40
2.1.9 - DEFORMAES (RECALQUE) ............................................................... 44
2.2 - PATOLOGIA DE FUNDAES .................................................................. 49
2.2.1 - PATOLOGIA NA CONSTRUO CIVIL ................................................. 49
2.2.2 - METODOLOGIA DE ESTUDOS PATOLGICOS ................................... 50
2.2.3 - CAUSAS DAS ANOMALIAS EM FUNDAES ..................................... 53
2.2.4 - PROCEDIMENTOS PARA DIAGNSTICO DA ANOMALIA ................. 54
2.2.5 - ENSAIOS PARA INVESTIGAO DO SUBSOLO .................................. 56
2.2.6 - PROVAS DE CARGA ................................................................................ 60
2.2.7 - LAUDO TCNICO DE PATOLOGIA DE FUNDAES .......................... 63
2.3 - RECUPERAO DE FUNDAES ............................................................ 64
3 - ALGUMAS MANIFESTAES PATOLGICAS EM FUNDAES ..... 65
3.1 - APRESENTAO DAS MANIFESTAES ............................................. 65
3.2 - UTILIZAO DO LAUDO TCNICO PARA APRESENTAO DE
UMA ANOMALIA ....................................................................................................... 75
4 - ESTUDO DE CASO ............................................................................................. 76
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4.1 - INFORMAES GERAIS ............................................................................. 76
4.2 - A ANOMALIA E O DIAGNSTICO ........................................................... 76
4.3 - A TERAPUTICA .......................................................................................... 80
4.4 - EXECUO DO REFORO ......................................................................... 82
4.5 - O PROGNSTICO E AS OBSERVAES ................................................. 85
4.6 - LAUDO TCNICO ......................................................................................... 86
5 - CONCLUSES ..................................................................................................... 87
6 - REFERNCIAS .................................................................................................... 89
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1 - INTRODUO
A patologia das construes, rea especfica da engenharia civil, nas ltimas dcadas,
tem se preocupado no s com o projeto e sua execuo, mas tambm com a durabilidade da
obras de construo. 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 construes civis, ou seja, o estudo das partes que compem o diagnstico do
problema. Logo esse estudo ganhou espao significativo na engenharia, devido grande
ocorrncia de doenas das construes, observadas com o passar dos anos.
Para inserir as fundaes no contexto de patologia necessrio um arcabouo bsico
de terminologias e procedimentos usados, muitas vezes, por profissionais da rea de sade.
Souza & Ripper (1999) introduzem o conceito de patologia das estruturas como sendo um
novo campo da Engenharia das Construes que se ocupa do estudo das origens, formas de
manifestao, conseqncias e mecanismos de ocorrncia das falhas e dos sistemas de
degradao das estruturas.
As causas mais freqentes de problemas patolgicos nas fundaes, segundo Cnovas
(1988), so: excesso de carga, movimentao do solo (provocando recalque), aes de
natureza qumica, erros de projeto e/ou execuo, alteraes das caractersticas do solo,
instabilidade e problemas de deteriorao devido ao da umidade.
Todas as obras de Engenharia Civil so apoiadas sobre uma estrutura de solo ou rocha,
que em conjunto com a fundao e a superestrutura definem o seu comportamento. As
manifestaes patolgicas mais freqentes apresentadas no projeto e execuo das fundaes
e obras de terra so: Problemas de deformaes do solo (recalque), problemas relacionados
ruptura de um macio (colapso) e ataque ao concreto por agentes agressivos.
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Numerosos acidentes ocorridos com obras de engenharia, principalmente relacionados
ao solo, nos sculos XIX e XX, mostram o quo importante um estudo mais aprofundado da
Mecnica dos Solos. A maior parte da fundamentao terica e prtica desta cincia foi
proposta por Karl Terzaghi no incio do sculo XX este, foi um marco significativo para o
desenvolvimento de tcnicas de anlises, projeto e construo de sistemas de fundaes,
servindo como base para os modernos estudos e avanos tecnolgicos atuais.
Cnovas (1988) classifica as fundaes como inadequadas, quando h um aumento nas
cargas ou sobrecargas ou quando as dimenses das fundaes so inadequadas para as
solicitaes normais.
A umidade do solo outra causa de problemas patolgicos, ocorrendo geralmente
quando h uma mudana nas condies do solo alterando o nvel do lenol fretico,
propiciando principalmente o carreamento de materiais que formam a estrutura de fundao, e
o ataque ao concreto da fundao por sais de magnsio e de clcio em forma de sulfatos e
cloretos, o que caracteriza outra anomalia em concreto, muito freqente, abordada por
Cnovas (1988). A tabela 1-1 apresentada por Milititsky et al. (2005) mostra problemas
tpicos em fundaes devido falta de investigao adequada do subsolo.
Tabela 1-1 - Problemas Tpicos em fundaes (Milititsky et al., 2005) TIPO DE FUNDAO PROBLEMAS TPICOS DECORRENTES
Fundaes diretas Tenses de contato excessivas com as reais caractersticas do solo, resultando em recalques inadmissveis ou ruptura.
Fundaes sobre solos compressveis sem estudos de recalque, resultando grandes deformaes
Fundaes apoiadas em materiais de comportamento muito diferente, sem junta, ocasionando o aparecimento de recalques diferenciais
Fundaes apoiadas em crosta dura sobre solos moles, sem anlise de recalques, ocasionando a ruptura ou grandes deslocamentos da fundao
Fundaes Profundas Estacas de tipo inadequado ao subsolo, resultando mau comportamento
Geometria inadequada, comprimento ou dimetro inferior aos necessrios Estacas apoiadas em camadas resistentes sobre solos moles, com recalques incompatveis com a obra
Ocorrncia de atrito negativo no previsto, reduzindo a carga admissvel nominal adotada para a estaca
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1.1 - JUSTIFICATIVA
Todos os tipos de manifestaes patolgicas comprometem a durabilidade das
estruturas, sendo que um erro pode significar um custo muito mais alto de execuo, portanto,
quanto antes for detectado o problema, menores sero estes custos para repar-lo. Com um
mercado crescente, o ramo da engenharia que estuda as patologias, tem se destacado em
relao s outras reas, devido s maiores exigncias dos clientes das empresas construtoras e
crescente incidncia de construes com problemas, principalmente, relacionados a projetos,
execuo e falta de manuteno da estrutura.
Normalmente as manifestaes patolgicas nas fundaes so estudas e avaliadas com
mincia apenas quando apresentam problema de cunho relativamente alto para manter a
segurana da estrutura e, por este motivo, no h uma preocupao ativa sobre o tema ao
decorrer da sua vida til. Esta realidade, na rea tcnica, pode se apresentar na forma de
desastres de grandes dimenses e repercusso, que poderiam ser minorados ou evitados
apenas com pequenas precaues e mudanas de pensamentos, visto que, para Milititsky et al.
(2005), o custo de uma fundao gira em torno de 3 a 6 % do valor da obra.
O estudo de problemas patolgicos de fundaes de concreto, bem como suas causas
e, uma teraputica aceitvel so temas atuais e ainda pouco difundidos, apresentando tcnicas
de soluo 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 evoluo para a engenharia civil.
Do exposto, verifica-se a importncia da realizao de estudos sobre o tema abordado
a partir de informaes tericas correlacionadas com os acontecimentos na prtica de forma a
enriquecer os conhecimentos acadmicos, abrindo espao para uma maior interao entre a
teoria e a prtica.
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1.2 - OBJETIVOS
1.2.1 - OBJETIVO GERAL
Este trabalho fez uma reviso sobre o tema manifestaes patolgica em fundaes de
concreto em obras de construo civil, utilizando conceitos da mecnica dos solos, e ao final
apresentou um exemplo real de patologia de fundaes.
1.2.2 - OBJETIVOS ESPECFICOS
a) Correlacionar procedimentos e terminologias aplicadas na medicina com a
engenharia, no campo denominado patologia das construes;
b) Apresentar casos clssicos de anomalias em fundaes;
c) Apresentar uma anomalia e a aplicao da teraputica com microestacas em uma
situao real da construo de um empreendimento;
d) Desenvolver um modelo de laudo tcnico de patologia e teraputica de fundaes;
e) Apresentar um caso real de anomalia em fundaes em estaca, que apresentou
problemas de cravao, no conseguindo atingir as especificaes do projeto.
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1.3 - METODOLOGIA
No presente trabalho realizou-se uma reviso bibliogrfica atravs de consultas em
revistas e artigos tcnicos da rea, alm de pesquisas especficas noutros trabalhos acadmicos
relativos ao mesmo campo de estudo, com apresentao de casos clssicos de patologia de
fundaes e de um exemplo de recuperao de uma estrutura de fundao.
O estudo foi subdivido em trs etapas:
1. etapa reviso de conceitos e tecnologias intrnsecos mecnica dos solos e
fundaes, que serviram como base para a compreenso das principais causas e conseqncias
das anomalias apresentadas neste trabalho.
2. etapa - estudo de manifestaes patolgicas especficas em fundaes.
3. etapa - estudo de caso em um empreendimento particular, onde ocorreu uma
anomalia na execuo da fundao.
As anomalias foram abordadas de forma sistemtica, iniciando pela identificao da
manifestao patolgica, em seguida a apresentao de sua origem e possveis causas com a
descrio do diagnstico (procedimento onde se verifica a anomalia, as causas e os sintomas,
determinando sua origem e o mecanismo de deteriorao); prescrio dos prognsticos
(contextualizao sobre a evoluo futura de um problema patolgico) da situao; e, por
ltimo, a terapia indicada e vivel tecnicamente para os sinistros abordados. A sequncia de
estudos patolgicos pode ser revisada, conforme o fluxograma apresentado na figura 1-1.
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Figura 1-1 - Fluxograma reduzido de anlise patolgica (apud Moura, 2007; Milititsky et al., 2005)
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2 - REVISO BIBLIOGRFICA
2.1 - MECNICA DOS SOLOS E FUNDAES
2.1.1 - COMPRESSIBILIDADE DO SOLO
O estudo da compressibilidade dos solos importante para a avaliao de recalques
em fundaes.
O solo um sistema composto de partculas slidas e espaos vazios, os quais podem
estar parcialmente ou totalmente preenchidos com gua. Vargas (1978) define como
compressibilidade a propriedade do solo em mudar seu volume ou forma quando aplicada,
ao corpo, uma fora externa. Os decrscimos de volume (as deformaes) dos solos podem
ser atribudos, de maneira genrica, a trs causas principais (BRAJA, 1994):
Realocao das partculas do solo com re-arranjo da sua estrutura (recalque
imediato);
Compresso dos espaos vazios do solo, com a conseqente expulso da gua, no
caso de solo saturado (recalque primrio);
Compresso das partculas slidas, com deformao das mesmas (recalque
secundrio).
O resultado prtico da compressibilidade dos solos o recalque das fundaes, ou seja,
a deformao vertical de uma superfcie no terreno. Caputo (1978) define compressibilidade
do solo, como sendo a diminuio do volume do macio sob a ao de cargas aplicadas, sendo
seus principais mecanismos: deformao do esqueleto do solo, quebra de gros, deslocamento
relativo do solo. Em solos saturados a variao de volume est diretamente relacionado com a
drenagem da gua, sendo este fluxo governado pela lei de Darcy. O recalque constitui-se em
uma das causas mais encontradas de problemas em fundaes trazendo conseqncias que
podem variar, desde fissuras simples, at mesmo a runa da estrutura.
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21
Para os nveis de tenses usuais aplicados na engenharia de solos, as deformaes que
ocorrem na gua, pois so incompressveis (VELLOSO E LOPES, 2004). As deformaes
volumtricas do solo so calculadas a partir da variao do ndice de vazios, que funo da
variao das tenses efetivas.
importante mencionar que o projeto de fundaes precisa prever e avaliar a
magnitude dos recalques das fundaes de uma obra, embora neste trabalho, este tema, no
seja apresentado de forma to enftica.
2.1.2 - PROPRIEDADES DO SOLO PERTINENTES AO TEMA
Para o perfeito entendimento da relao fundao solo anomalia necessrio
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 trs fases de sua constituio (slidos, gua e ar). As quantidades de gua e ar podem
variar indicando propriedades distintas como umidade, ndice de vazios, porosidade, peso
especfico e grau de saturao dos solos.
Os parmetros que sevem de base para avaliar recalques so a porosidade e o ndice de
vazios, que so definidos, respectivamente, pelas seguintes relaes:
(1)
(2)
Onde:
=Volume de vazios da amostra do solo
da amostra do solo
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Estas propriedades so de grande valia no estudo de recalques e podem ser
relacionadas, segundo as expresses (3 a 8), j bastante conhecidas ma Mecnica dos Solos. A
tabela 2-1 apresenta os ndices fsicos, que so utilizados no estudo do comportamento dos
mesmos.
(3)
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($)
%
(&)
' (
())
*+ , (-)
. "
( (/)
Onde:
Tabela 2-1 ndices fsicos dos solos
SMBOLO DEFINIO CONCEITO UNIDADE
Peso especifico natural
Relao entre o peso total do solo e o volume total
kN/m
s Peso especifico dos slidos
Relao entre o peso das partculas slidas e o seu volume
kN/m
w Umidade Relao entre o peso da gua e o peso dos slidos
%
d Peso especifico aparente seco
Relao entre o peso das partculas slidas e o volume total (completamente seco)
kN/m
sat Peso especifico aparente saturado
Peso especfico do solo se viesse a ficar saturado, sem variao de
volume
kN/m
S Saturao Relao entre o volume de gua e o volume de vazios
%
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Algumas propriedades relacionadas com a estrutura dos solos podem ser avaliadas a
partir dos ndices fsicos e fornecem subsdios para a compreenso do comportamento dos
solos:
a) Compacidade: Estado em que se encontra uma areia, solo no coesivo,
expressado pelo ndice de vazios, analisando a relao entre limites mnimos
e mximos com o valor encontrado na amostra de campo, definindo se a areia
est num estado fofa ou compacta (PINTO, 2002).
b) Consistncia: Caracterstica das argilas, solos coesivos, em permanecerem
rijas em determinadas situaes, sendo determinada por meio de um ensaio de
resistncia a compresso simples. Esta resistncia varia a depender do arranjo
entre os gros de argila e do seu ndice de vazios (PINTO, 2002).
c) Resistncia a compresso simples: o nvel de esforo que um macio de
solo suporta; a partir de ensaios de compresso simples possvel obter a
coeso do solo (VARGAS, 1978).
d) Resistncia ao cisalhamento: Tenso cisalhante mxima que o solo pode
suportar devido ao atrito e a coeso entre as partculas por efeito fsico e
qumico respectivamente, sem sofrer ruptura, ou seja, sem sofrer excessivo
movimento de partculas,
Estas propriedades so de fundamental importncia para o entendimento da fundao e
para a parametrizao de procedimentos e rotinas referentes ao tema e, em muitos casos, para
o diagnstico rpido e preciso de problemas corriqueiros do meio tcnico.
-
24
2.1.3 - FUNDAES
Velloso & Lopes (2004) dividem as fundaes em duas classes: fundaes superficiais
ou rasas e fundaes profundas, distintas segundo um critrio arbitrrio que classifica a
fundao profunda como aquela que apresenta mecanismo de ruptura de base fora da
superfcie do terreno e profundidade de apoio da base da fundao de 3 (trs) metros, valor
acima do qual a fundao se afigura antieconmica devido a escoramentos, rebaixamento de
nvel de gua, entre outros fatores. Fundao rasa, segundo NBR6122/1996, so elementos de
fundao onde a carga transmitida ao terreno pelas presses distribudas atravs da base e a
profundidade de assentamento deve ser inferior a duas vezes a sua menor dimenso. Veja a
figura 2-1 comparando as fundaes rasas e profundas.
Figura 2-1 - Representao fundaes rasa e profunda
-
25
A fundao o elemento estrutural com funo de transmitir as cargas da estrutura ao
terreno onde ela se apia, devendo apresentar resistncia mecnica para suportar as tenses
devido aos esforos solicitantes, rigidez suficiente para no provocar a ruptura e controlar
deformaes (AZEREDO, 1988), A figura 2-2 mostra uma base de fundao em etapa de
construo.
Figura 2-2 - Execuo da base de uma fundao (disponvel em http://www.geotechnia.com.br)
A estaca, definida pela NBR6122/1996 um elemento de fundao profunda, podendo
ser de ao, concreto ou madeira executada com a utilizao de equipamentos e ferramentas,
dependendo do tipo da fundao, como por exemplo Straus, Franki, raiz, entre outras.
As fundaes classificam-se em diretas ou indiretas, de acordo com a forma de
transferncia 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 fundao rasa ou superficial
utilizada quando a camada superficial do solo apresenta resistncia suficiente para suportar as
cargas da edificao, com custo reduzido e, tecnicamente, quando a camada de suporte est
prxima a 3,0 (trs) metros, recomenda-se at 2,5 m, de profundidade, ou quando a cota de
apoio inferior largura do elemento da fundao.
-
26
A NBR6122/1996 designa que, fundaes profundas so aquelas cujas bases esto
implantadas a uma profundidade com pelo menos 3m ou duas vezes a sua menor dimenso.
Este tipo de fundao pode ser considerada direta, quando o carregamento transmitido
diretamente pela ponta da estrutura, ou indireta quando o carregamento transmitido tanto
pela ponta, quanto pelo atrito lateral com o solo. A transio entre a superestrutura e a
fundao propriamente dita feita atravs de um bloco de concreto chamado bloco de
coroamento. A figura 2-3 mostra estaca tipo hlice executadas, aguardando a execuo do
bloco de coroamento
Figura 2-3 - Estaca profunda tipo hlice contnua (disponvel em http://www.ibts.org.br)
2.1.4 - FUNDAES EM ROCHAS (GUSMO FILHO, 2003)
O modelo de projeto de fundaes em rocha segue o mesmo modelo de solos, devendo
iniciar pela verificao das propriedades do macio, que mais complexo do que os macios
em solos, levando em muitas situaes 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 so as
rochas intactas e as rochas alteradas. No primeiro caso, trata-se de rochas que no sofreram
intemperismo, sua classificao est fundamentada nas propriedades de resistncia a
compresso simples ou uniaxial () e na propriedade de elasticidade (E), conforme
apresentado na tabela 2-2.
-
27
Tabela 2-2 - Classificao de engenharia da rocha intacta (Gusmo Filho, 2003)
REFERNCIA CLASSE RESISTNCIA VALOR (MPa)
Resistncia ()
Bloco de rocha
A Muito Alta >200
B Alta 100
-
28
Tabela 2-3 - Terminologia para o espaamento das juntas (Gusmo Filho, 2003)
Descrio das Juntas Espaamento das Juntas
Muito Prxima Menor que 5 cm
Prxima 5 30 cm
Moderadamente Prxima 30 cm 1m
Afastada 1 3m
Muito Afastada Maior que 3m
Tabela 2-4 - Classificao das rochas em funo do nmero de fraturas por metro (Gusmo Filho, 2003)
Rocha Smbolo
Nmero de
Fraturas por
metro
Espaamento
entre fraturas
(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 fundaes em rocha inicia-se com a adoo da tenso admissvel da
rocha, seguida da anlise da capacidade de carga e do recalque. A tenso admissvel da rocha
definida a partir de provas de carga em escala real, mtodos empricos, mtodos racionais,
normas e/ou cdigos de construo.
A tenso admissvel na rocha pode ser obtida atravs de diversos mtodos, sendo a
prova de carga o mtodo mais indicado. A NBR6122/1996 indica alguns valores, assumidos
de forma conservadora, apresentados na tabela 2-5.
A formulao para o clculo da capacidade de carga da fundao semelhante s
fundaes em macio de solo, com mtodos de Aoki-Velloso e Dcourt-Quaresma.
-
29
Tabela 2-5 - Presses bsicas para materiais rochosos (apud NBR6122/1996)
CLASSE DESCRIO DO MATERIAL VALOR (MPa)
1 Rocha s, sem sinal de decomposio 3,0
2 Rocha laminada, com pequenas fissuras, estratificada 1,5
3 Rochas alteradas ou em decomposio Nota a
4 Conglomerados ou solos granulares 1,0
Nota a: Para rochas alteradas ou em decomposio, tm que ser levados em considerao a
natureza da rocha matriz e o grau de decomposio/alterao.
Um problema patolgico de fundaes em macios rochosos a presena de um bloco
de rocha em uma regio de predominncia de macio terroso. Durante a sondagem
percusso, em um dos resultados, poder apresentar a formao de um perfil com camadas de
solos e blocos de rochas. Quando um mataco for encontrado, deve-se proceder aos passos
citados pela NBR8036 (1983), que aconselha: na presena de um bloco rochoso deve-se
afastar o equipamento de sondagem 1 (um) metro de distncia daquele ponto e refazer o
ensaio, para verificar se o elemento encontrado um simples mataco ou bloco de rocha, ou
se existe uma camada de rocha no local.
2.1.5 - ESTACAS PR-MOLDADAS E MICRO ESTACAS (breve comentrio)
A escolha do tipo de fundao depende de uma analise criteriosa de elementos como a
natureza e caractersticas do solo no local, a grandeza de cargas a serem transmitidas
fundao, a proximidade de edifcios limtrofes e o fator de mercado que impe indiretamente
a escolha da fundao (ALONSO, 2001).
a) ESTACAS PR-MOLDADAS DE CONCRETO
Para Alonso (ABMS/ABEF, 2006) as estacas pr-moldadas so cravadas no terreno
por percusso, prensagem ou vibrao, por isso so consideradas estacas de deslocamentos.
Estas so constitudas de concreto armado ou protendido confeccionadas por vibrao ou
centrifugao (mais usado).
-
30
As estacas de concreto possuem forma quadrada, hexagonal, octogonal e circular
macia ou vazada em forma de coroa circular ver figura 2-4. Em casos de solo muito rgidos
ou cravao at o perfil rochoso, pode-se acoplar estaca de concreto um perfil metlico
internamente, que tem por finalidade evitar a ruptura de segmentos da estaca.
Figura 2-4 - Estaca pr-moldada de concreto vazada (disponvel em http://www.benaton.com.br)
O mtodo executivo para estacas pr-moldadas, geralmente por cravao a percusso
(bate-estaca figura 2-5), Em estacas vazadas pode-se utilizar um sistema misto com perfil
metlico 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 executada com perfil
de ao soldado ao concreto, sendo uma vantagem, pois possibilita maiores alcances de
profundidades. Depois de cravada a estaca faz-se o arrasamento com o corte cabea (topo) da
estaca.
Figura 2-5 - Cravao de estaca de concreto a percusso (disponvel em http://www.estacasprefabricadas.eng.br)
-
31
Figura 2-6 - Execuo de emenda em solda de estaca pr-moldada (disponvel em http://www.estacasprefabricadas.eng.br)
Uma soluo que est sendo muito adotada a cravao da estaca de concreto vazada
at a proximidade do perfil rochoso e, por dentro do furo, executa-se outra estaca, injetada,
embutida na rocha veja figura 2-7. Esta soluo est detalhada mais adiante.
Figura 2-7 - Reforo de estaca vazada com microestaca, internamente (Prado; Faria, & Vaz)
-
32
b) MICROESTACAS
As estacas escavadas com injeo, tipo raiz (figura 2-8) , so fundaes profundas
executadas a partir da injeo de compostos aglutinantes como nata de cimento ou argamassa
de areia e cimento sob presso ou por gravidade. NBR6122 (1996).
Figura 2-8 - Ilustrao Estaca Raiz
Figura 2-9 - Bloco de microestacas executadas (Prado; Faria & Vaz)
-
33
A microestaca (figura 2-9) uma estaca concretada in-loco, considerada de
pequeno dimetro, pois o mesmo varia entre 100 mm e 410 mm, tendo elevada capacidade de
carga baseada essencialmente na resistncia por atrito lateral do terreno atravessado, no seu
dimetro e no comprimento da estaca. Evidentemente, se constatada a presena de rocha na
ponta da mesma, a estaca poder contar com a resistncia de ponta. Em ambos os casos, o
clculo de uma fundao em estacas raiz semelhante ao mtodo clssico utilizado em outros
tipos de estacas e baseia-se na capacidade de carga da mesma. A estaca raiz indicada para
reforos em locais de difcil acesso. Atualmente est sendo muito empregada para fundaes
de pontes, viadutos, contenes de encostas, perfurao do subsolo com mataces e rochas, j
na etapa de construo (disponvel em http://www.estacaraiz.com.br).
O mtodo executivo da microestaca conforme Alonso (ABMS/ABEF, 2006) consiste
na perfurao do solo, instalao de um tubo manchete, execuo da bainha, injeo da calda
e vedao do tubo manchete (figura 2-10). As propriedades da calda como resistncia,
densidade, viscosidade e vida til/durabilidade, devero ser controladas atravs de ensaios e
parmetros definidos em normas especficas.
Figura 2-10 - Execuo de microestaca (ABMS/ABEF, 2006)
-
34
Baseado na figura 2-10 tem-se que:
a. A perfurao do solo realizada por uma perfuratriz de rotao associada a um
sistema de limpeza que pode ser a gua ou a ar. Em funo da profundidade
alcanada pela penetrao faz-se a emenda do tubo por meio de rosca;
b. Instalao do tubo manchete: Armadura que tem por finalidade resistir
estruturalmente a tenses laterais do solo, composto de ao ou PVC; quando
usar em PVC, envolver por armadura de ao, caso contrrio no haveria
contribuio estrutural para a estaca;
c. Execuo da bainha: Serve como fuste da estaca, proporcionando atrito lateral
e executada aps a instalao do tubo manchete, injetando-se calda de
cimento pela vlvula inferior at extravasar pela boca do furo;
d. Injeo de calda de cimento: feita com o auxlio de um tubo dotado de
obturador duplo acoplado a um misturador e bomba de injeo. Executada no
sentido ascendente atravs de cada uma das vlvulas, formando sucessivos
bulbos no fuste da estaca, procedimento ilustrado na figura 2-11.
e. Vedao do tubo-manchete: Depois de concluda a injeo, pode-se adicionar
armadura de ao na parte central do tubo-manchete, que ser preenchida com
nata de cimento ou argamassa.
Figura 2-11 - Etapa de execuo da microestaca
-
35
2.1.6 - CAPACIDADE DE CARGA
I. CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS EM SOLO
A capacidade de carga, segundo Dcourt e Quaresma (ABMS/ABEF, 2006), de uma
estaca definida a partir da soma da capacidade de suporte lateral devido ao atrito e com a
capacidade de carga obtida pela ponta. Os mtodos de Aoki e Velloso e o Mtodo de Dcourt
e Quaresma so os mais utilizados para o clculo da capacidade de carga de estacas.
a. Mtodo Aoki e Velloso: Este mtodo avalia a capacidade de carga da estaca,
tanto a tenso limite de ruptura de ponta (qp), quanto de atrito lateral (qs),
relacionando-as com a resistncia de ponta (qc) obtida do ensaio de penetrao
do cone (CPT).
78 9:
; (10)
7
< 9:
;= (11)
Onde:
= coeficiente de ajuste para cada tipo de solo.
F1 e F2 = Fatores de escala e execuo da fundao
b. Mtodo Dcourt e Quaresma: Este mtodo 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 ?
@= (12)
AB 78C8 D 7C !,E)
7 F
GD , (,$#
-
36
onde:
> = Resistncia dinmica do solo a cravao
>9 = Resistncia equivalente para ensaios com torque
H = Torque verificado no ensaio SPT-T
AB = Capacidade de carga
78 = Tenso de ruptura de ponta
C8 = rea da seo transversal da ponta
7 = Atrito lateral unitrio
C = rea lateral
II. ESTACAS PR-MOLDADAS DE CONCRETO
A capacidade de carga da estaca pr-moldada de concreto centrifugado corresponde ao
menor valor referente resistncia estrutural do concreto armado, correlacionado-a com o
valor da resistncia do solo que a envolve, veja tabela 2-6.
Tabela 2-6 - Caractersticas tcnicas de estacas centrifugadas (ABMS/ABEF, 2006)
No caso da microestaca, segundo Alonso (ABMS/ABEF, 2006), a carga admissvel
mxima estrutural fornecida pela resistncia dos materiais que a compe, com a aplicao
de um coeficiente de segurana de no mnimo 2 (dois). Existem dois tipos de microestaca que
sediferenciam apenas pela sua resistncia caracterstica, que so:
Peso Esp. rea da
rea da
Dist. Min.
Armadura
Dimetro Carga Nominal Parede Seo conc.
Seo cheia
Permetro entre eixos
Long.
(cm) Max. (kN)
(N/m) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) Tipo
20 300 660 6 264 314 63 70 CA-50A 23 400 800 6 320 415 72 70 26 500 940 6 377 531 82 70 33 750 1430 7 572 655 104 85 38 900 1700 7 682 1134 119 95 42 1150 2140 8 855 1385 132 105 50 1700/1800 2900 9/10 1159/1257 1963 157 130 60 2300/2500 3930 10/11 1571/1693 2827 188 150 70 3000/3300 5100 11/12 2039/2167 3848 220 175
-
37
Carga at 500 kN: Com percentual de ao inferior a 6%, o dimensionamento
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 ser somente a capacidade de resistncia da armadura, desprezando a
contribuio da nata ou argamassa.
Na tabela 2-7 apresentam-se as propriedades da estaca raiz, enquanto a tabela 2-8 so
mostrados os tipos de microestaca mais utilizadas com a anlise entre a capacidade de carga
da estaca, o dimetro da seo transversal e a armadura de ao necessria para o
dimensionamento.
Tabela 2-7 Dimensionamento estrutural do concreto da estaca raiz (ABMS/ABEF, 2006)
(mm) rea (cm) 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 admissveis mximas de estacas raiz (ABMS/ABEF, 2006)
Dimetro (mm) 100 120 150 160 200 250 310 410 Dimetro (mm)
Carga (kN) T T Carga (kN)
1400-1500 A
6
22mm
A 1400-1500
1300-1400 B
6
20mm
B 1300-1400
1200-1300 C
4
22mm
C 1200-1300
1100-1200 D
5
16mm
D 1100-1200
1000-1100 E
7
22mm
4
12,5mm
E 1000-1100
900-1000 F
5
22mm
F 900-1000
800-900 G
5
20mm
G 800-900
700-800 H
6
20mm
5
16mm
H 700-800
650-700 I
5
20mm
I 650-700
600-700 J
4
16mm
J 600-700
550-650 L
4
20mm
4
12,5mm
L 550-650
550-600 M
6
20mm
M 550-600
450-550 N
5
20mm
4
16mm
N 450-550
350-450 O
4 22mm
5
16mm
4
12,5mm O 350-450
250-350 P
3
20mm 3 20mm
4
16mm
P 250-350
250-300 Q
3
16mm 3 16mm
4
12,5mm
Q 250-300
200-250 R
2
22mm
R 200-250
150-200 S
2
20mm
S 150-200
100-150 T 1
25mm
1
20mm
T 100-150
0-100 U 1
16mm
1
12,5mm
U 0-100
-
39
2.1.7 - INTERAO SOLO-FUNDAO
A anlise solo-fundao, para Velloso & Lopes (2004), tem por objetivo possibilitar o
dimensionamento estrutural e a escolha da fundao apropriada considerando-se as
deformaes e os deslocamentos reais da estrutura, bem como seus esforos internos, que
podem ser obtidos diretamente pela anlise fsica da interao ou de forma indireta por meio
das presses de contato. Estas presses, por sua vez dependem das: caractersticas das cargas
aplicadas, rigidez relativa solo-fundao, propriedades do solo e intensidade da carga.
O problema desta interao, para Velloso & Lopes (2004), est basicamente no estado
de rigidez da estrutura da fundao, onde quanto mais rgido for o sistema, menores sero os
deslocamentos atingidos. Assim sendo seria muito melhor para o sistema de fundao-solo
que fossem adotadas solues combinadas para a estrutura, veja figura 2-12.
Figura 2-12 - Estabilidade Global
-
40
Os problemas intrnsecos a esta relao so basicamente o recalque e a capacidade de
carga (carga que pode provocar a ruptura da fundao), que so influenciadas pelas dimenses
e pelo posicionamento da fundao, mas dependem principalmente da resistncia e da
compressibilidade do solo e da posio do nvel dgua. A ruptura ocorre quando a tenso de
resistncia do macio inferior resistncia do esforo transferido pela fundao, provocando
a destruio de parte da estrutura do solo.
A escolha da fundao depende das caractersticas do solo, da interao do mesmo
com a fundao, considerando-se as caractersticas das camadas de solos abaixo da cota de
apoio da fundao (figura 2-13), para evitar problemas de instabilidade da fundao.
Figura 2-13 - Fundao x Solo (Milititsky et al., 2005)
2.1.8 - TENSES E DEFORMAES
Os esforos solicitantes num macio so proporcionados pela carga da estrutura, pelo
seu peso prprio e outras cargas acidentais.
Para Pinto (2002), o solo constitudo de camadas aproximadamente horizontais e a
tenso vertical (0#, devido ao peso prprio do solo, resulta do somatrio dos efeitos das
diversas camadas; ou seja, o produto do peso especifico do solo pela espessura da camada,
resultando num esforo distribudo linearmente por uma rea (figura 2-14).
0 IJ (,&)
-
41
onde:
0= Tenso vertical devido ao peso prprio do solo
= Peso especfico da camada de solo
IJ = Espessura da camada de solo
O clculo da tenso efetiva () ser efetuado levando em considerao a parcela da
presso neutra (u), ou presso exercida pela gua que se encontra nos vazios do solo, portanto:
" I" (,))
0K 0 + (,-) onde:
u = Presso neutra Presso exercida pela gua na camada analisada
"= Peso especfico da gua
I" = Altura da coluna de gua no macio
Figura 2-14 - Grfico representativo da distribuio de tenses geostticas no macio
Onde:
Z = Cota de cada camada do macio
NA = Cota da altura do nvel dgua
-
42
As tenses totais atuando em um macio de solo so o resultado das tenses
geostticas mais o acrscimo de tenso (sobrecarga) devido s construes.
No caso da sobrecarga, segundo Pinto (2002), a distribuio dos esforos transmitida
de camada a camada (figura 2-15) e diminui com a profundidade. Para a estimativa do
acrscimo de tenses, faz-se o emprego da teoria da elasticidade com algumas modificaes
sugeridas por vrios autores como Boussinesq, Newmark, Love, entre outros. Uma prtica
corrente para determinar o valor das tenses consiste em considerar a propagao de tenses
segundo reas crescentes com uma inclinao de 30, conforme a formulao bsica proposta
por Pinto (2002):
0 =L
=L= M NOPQ (,/)
onde:
2L = Largura de carregamento;
Z = Profundidade requerida;
0R = Tenso de carregamento.
Figura 2-15 - Distribuio de tenses (Pinto, 2002)
Segundo Alonso (1979), a deformao um deslocamento especfico da estrutura
devido a fatores como adensamento e recalque, sendo que o deslocamento dos solos diante
dos carregamentos depende da constituio do macio de solo e do estado momentneo.
-
43
Uma forma de mensurar a evoluo de deformaes da estrutura partir para o
controle e acompanhamento de fissuras, ou seja, utilizar uma tcnica ou equipamento que
identifique o grau de evoluo da abertura da fissura, fazendo esta verificao periodicamente
para avaliar o grau de risco estrutura.
Vargas (1978) admite que haja uma relativa proporcionalidade entre tenses e
deformaes, desde que aplicadas frmulas da teoria da elasticidade, como modelo de uma
simples mola. Entretanto h de se considerar um efeito viscoso da deformao, onde se
percebe o amortecimento das deformaes, assim que aplicadas as tenses, fazendo com que
as deformaes sejam inversamente proporcionais s velocidades de aplicao das cargas,
desconfigurando a linearidade entre tenses e deformaes, pelo menos acima de certo valor
das presses aplicadas.
As tenses oriundas das fundaes so propagadas no solo, de camada a camada at
uma determinada profundidade, com a formao de um bulbo, que a regio onde so
concentradas as tenses de uma nica fundao nas camadas. Estes bulbos de tenses tm
uma caracterstica natural de estabilizar-se na camada de solo, porm quando outra estrutura
interferir nesta regio de concentrao de tenses, isto poder ocasionar problemas na
estrutura como visto na figura 2-16. Este problema acontece muito comumente nas grandes
cidades pela existncia de edificaes muito prximas umas das outras e dever ser previsto
no projeto de fundaes.
Figura 2-16 - Sobreposio de Tenses nas Fundaes (Milititsky et al., 2005)
-
44
2.1.9 - DEFORMAES (RECALQUE)
Recalque, para Velloso & Lopes (2004), todo deslocamento sofrido por uma
estrutura, na sua fundao, e pode acontecer imediatamente aps o carregamento e/ou com o
decorrer do tempo. Segundo Pinto (2002), o comportamento do solo e a deformao do
mesmo perante um carregamento, dependem de sua constituio e do estado do macio,
podendo ser expresso por parmetros obtidos em ensaios de compresso triaxial e edomtrica.
O clculo do recalque de fundaes feito utilizando a equao (19).
. .S D .8 D . (,T)
.' .8 D . (UV)
Onde:
. Recalque total
.S Recalque imediato
.8 Recalque por adensamento primrio
. Recalque por adensamento secundrio
.' Recalque por adensamento total
O clculo do recalque imediato (.S) pode ser efetuado atravs da teoria da elasticidade,
dependendo de variveis obtidas no ensaio de compresso triaxial como o modulo de
defromabilidade (E) e o coeficiente Poisson () expressados pela equao Pinto (2002):
.S W 4P X
5 !, + Y=# (U,)
onde:
0R= Presso uniformemente distribuda na superfcie;
Z= Largura ou dimetro da rea carregada;
I= Coeficiente que leva em considerao a forma da superfcie carregada e do sistema
de aplicao das presses.
-
45
Vargas (1978) explica que um macio de solo pode sofrer recalque imediato quando
carregado. Este tipo de recalque ocorre predominante em solos no coesivos (Areias), sem
variao do ndice de vazios e o mecanismo que predomina o deslocamento relativo dos
gros com rearranjo das partculas slidas do macio. A teoria da elasticidade utilizada para
o clculo do recalque imediato.
O recalque por escoamento lateral ocorre quando h deslocamento das partculas do
solo das zonas mais carregadas para as zonas menos solicitadas (Perpendicular ao
carregamento). Verifica-se de maneira mais acentuada nos solos no coesivos sob fundaes
rasa.
O recalque por adensamento (.') ocorre aps um determinado tempo de atuao do
carregamento, predominante em solos coesivos (Argilas), ocorrendo com variao de volume.
O mecanismo que predomina a deformao do esqueleto do solo. calculado pela teoria do
adensamento vertical de Terzaghi, que considera a expulso da gua dos vazios do solo. So
recalques lentos, seculares, face ao baixo coeficiente de permeabilidade das argilas.
Aplicada uma presso externa camada argilosa, toda ela no primeiro momento transmitida gua intersticial, a qual sob presso tende a escoar atravs dos poros do solo. medida que a gua intersticial escoa, a presso externa vai sendo transferida para o esqueleto dos gros de solo e este vai deformando, diminuindo o volume dos poros,... Quando toda presso externa for transferida para os gros, a gua deixa de escoar, pois j no mais estar sob presso. (VARGAS, 1978), explicando o processo de adensamento primrio.
O recalque por adensamento secundrio comea a ocorrer aps o final de toda
drenagem da gua, quando as partculas slidas comeam a sofrer as solicitaes impostas
pelo carregamento e iniciam um processo de deformao fsica. No h formulaes que
sirvam de embasamento para o clculo destas deformaes e poucos pesquisadores da rea
conseguiram implementar com sucesso seus estudos.
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46
As manifestaes que mais ocorrem, so os recalques diferenciais, que vo desde o
aparecimento de fissuras at o comprometimento da estrutura. A figura 2-17 apresenta as
distores correlacionadas com aos desvios causados s estruturas. Ela subdivide em recalque
total, diferencial e distores, salientando que o recalque total seria o somatrio dos recalques
imediatos devido a distores internas do solo e de adensamento devido dissipao de poro-
presso em argilas moles e tambm adensamento devido fluncia do solo aps a dissipao
do poro-presso. A figura 2-18 ilustra os danos causados na estrutura pela deformao.
Figura 2-17 - Distores angulares e danos associados (Velloso & Lopes, 2004)
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47
Figura 2-18 - Principais modos de deformaes: (a) recalques uniformes, (b) recalques diferenciais sem distoro e (c) recalques diferenciais com distoro (Velloso & Lopes, 2004)
Para fundaes existem limites de deformaes que so aceitveis, em nveis ou
ordens de grandeza estabelecidos por vrios autores e em diferentes tempos. O problema
como descreve Milititsky et al., (2005) que as regras na maioria dos casos so empricas e
que estes limites recomendados no identificam o dano correspondente, que podem ser
divididos em visuais, de usabilidade e estruturais. A tabela 2-9 apresenta um grfico
comparativo entre a abertura de fissuras e os danos associados estrutura.
Tabela 2-9 Abertura de fissuras e danos associados (Velloso & Lopes, 2004) ABERTURA INTENSIDADE DOS DANOS
DA COMERCIAL FISSURA (mm) RESIDENCIAL OU PBLICO INDUSTRIAL
< 0,1 Insignificante Insignificante Insignificante
0,1 a 0,3 Muito Leve Muito Leve Insignificante
0,3 a 1 Leve Leve Muito leve
1 a 2 Leve a moderada Leve a moderada Muito leve
2 a 5 Moderada Moderada Leve
5 a 15 Moderada a severa Moderada a severa Moderada
15 a 25 Severa a muito severa
Severa a muito severa Moderada a severa
> 25 Muito severa a perigosa
Severa a perigosa Severa a perigosa
FISSURA EFEITO NA ESTRUTURA E USO DO EDIFCIO
< 0,1 a 0,3 Nenhum
0,3 a 5 Apenas esttica com deteriorao acelerada do aspecto externo
5 a 25 Utilizao do edifcio ser afetada e, no limite superior, a estabilidade pode tambm estar em risco
> 25 Cresce o risco da estrutura tornar-se perigosa
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48
Alm do recalque devido carga esttica, citam-se entre outras as seguintes causas:
Cargas dinmicas (vibraes, tremores de terra); Operaes vizinhas (Abertura de escavaes,
execuo de novas estruturas); Eroso do subsolo; Alteraes qumicas do solo;
Rebaixamento do nvel de gua.
Os prdios de Santos so exemplos de casos de recalque de fundaes. Segundo Reis
(2000) os fatores que se destacam neste problema so: a rigidez relativa solo-estrutura; a
influncia recproca entre elementos de fundaes do mesmo prdio e tambm de prdios
vizinhos; etapas de construo de reforo de fundaes com mudana de ambiente.
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49
2.2 - PATOLOGIA DE FUNDAES
2.2.1 - PATOLOGIA NA CONSTRUO CIVIL
A incidncia de manifestaes patolgicas em edificaes um problema que afeta
vrias cidades do Brasil e do mundo e gera conflitos de interesses, onde, as verdadeiras causas
das manifestaes, 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 construes civis, ou seja, o estudo das partes que compem o diagnstico do
problema (HELENE, 1992). O resultado deste estudo pode ser utilizado para a difuso de
conhecimentos tcnicos da rea que possam desmistificar alguns aspectos devido a
desconhecimentos dos profissionais que tem contato com a rea.
Segundo Logeais (1982), quando se trata de problemas patolgicos com nfase em
fundaes, estudos comprovam que, a maior parte das anomalias ocorre devido ao
desconhecimento das caractersticas do solo. Na figura 2-19 observa-se um problema
caracterstico de erro na investigao do solo, onde um mataco (volume pequeno de rocha)
foi confundido com uma camada inteira rochosa e foi adotada uma soluo de fundao
inadequada para o perfil de solo. Na medida em que o solo o meio que vai suportar as
cargas, sua identificao e caracterizao so essenciais previso do seu comportamento.
Figura 2-19 - Presena de Mataco no Solo (Milititsky et al., 2005)
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Os problemas patolgicos simples, para Souza & Ripper (1999) so aqueles nos quais
o diagnstico fica bastante evidente, e admite padronizao dos procedimentos, enquanto que
os problemas complexos no so diagnosticados com mecanismos convencionais e esquemas
rotineiros de inspeo, tornando sua teraputica personalizada e individualizada.
As manifestaes segundo Gotlieb (ABMS/ABEF, 2006) indicam o mau desempenho
de uma fundao e podem ser caracterizadas por uma pea nica, com deteriorao dos
materiais que a compe ou ento, por deformaes excessivas, perda de cobrimento mnimo e
oxidao das armaduras, esmagamentos, rupturas, fissuras e outras. As manifestaes podem
se apresentar na obra como um todo, com recalques e desaprumos. Os danos ocasionados por
estas manifestaes podem ser configuradas como: danos arquitetnicos, funcionais e
estruturais.
Para Gotlieb (ABMS/ABEF, 2006) as solues para os problemas de fundaes so
muito diversificadas e depende principalmente de: tipo de solo; urgncia do cliente no prazo
de entrega, interferindo apenas em questes financeiras, nvel de carregamento; espao fsico
disponvel para instalao de equipamentos e execuo do servio e as fundaes j
existentes.
2.2.2 - METODOLOGIA DE ESTUDOS PATOLGICOS
A metodologia proposta por Cnovas (1988), usada para atuao em problemas
patolgicos inicia-se com deteco da anomalia atravs de uma vistoria no local, etapa em que
podero ser utilizados apenas os sentidos humanos e a experincia do profissional ou a
utilizao de instrumentos tcnicos especficos. A partir desta etapa introduz-se ao processo
um mecanismo de coleta de um conjunto de informaes a respeito do incio e da evoluo da
anomalia at aquele momento, que designado anamnese. Caso seja necessrio, sero feitas
verificaes complementares, in loco ou em laboratrio, com uma possvel pesquisa tcnica
em referncias da rea especfica para incrementar o banco de dados. Na figura 2-20
apresenta-se um fluxograma de etapas para identificao das causas das anomalias por
Milititsky et al. (2005).
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51
Figura 2-20 - Procedimentos para patologia de fundaes (Moura, 2007)
Segundo Milititsky et al. (2005) quando verificada a ocorrncia de manifestaes
patolgicas deve-se caracterizar suas origens e os mecanismos de degradao. Os
conhecimentos bsicos de mecnica dos solos, como capacidade de carga e recalques
admissveis, devem ser utilizados para o diagnstico do problema. Tendo em mos dados
como tipo de fundao, dados referentes investigao geotcnica do solo, projetos e clculos
de dimensionamento da fundao, poder-se- fazer uma interveno na estrutura e recuper-
la, se possvel, de forma a garantir a integridade estrutural e o uso da edificao.
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52
Algumas terminologias da rea da sade foram utilizadas neste trabalho e, s vezes,
so utilizadas no meio tcnico de forma equivocada por muitos profissionais da rea de
engenharia. Como o pblico alvo, desta monografia, geralmente no tem muita afinidade e
conhecimentos sobre o tema, terminologias e procedimentos foram apresentados no tabela 2-
10, para facilitar a compreenso do assunto.
Tabela 2-10 - Definies de termos da rea da sade (apud Moura, 2007) TERMINOLOGIAS DEFINIES E ESCLARECIMENTOS BSICOS PROCEDIMENTOS
Anamnese Conjunto de informaes coletadas no local que trata desde o incio da manifestao at perodo atual, constando o processo
evolutivo e todo apanhado de informaes e documentos encontrados que auxiliaro no diagnostico do problema
Anomalia Problema patolgico propriamente dito como falha ou dano. Conhecido popularmente como patologia, termo erroneamente
empregado para anomalia Causa Motivo da anomalia, razo objetiva ou subjetiva que levou a
estrutura apresentar danos ou falhas
Diagnstico Procedimento onde se verifica a anomalia, as causas e os sintomas, determinando sua origem e o mecanismo de
deteriorao Mecanismo de deteriorao
Processo fsico ou qumico que induzem a causa
Patologia Estudo de manifestaes patolgicas, sintoma, mecanismos, origens e causas
Prognstico Contextualizao sobre a evoluo futura de um problema patolgico
Recuperao Conjunto de aes destinadas a restituir uma edificao at um estado aceitvel
Reforo Aumento da capacidade portante da estrutura Reparo Correo localizada de problemas patolgicos
Teraputica rea que trata da recuperao do problema patolgico
Atravs de monitoramento do comportamento de fissuras, trincas, desaprumos,
desalinhamentos e outras situaes pr-identificadas como problemas em solos expansivos ou
colapsveis (que so situaes comuns), pode-se iniciar os estudos do problema.
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53
2.2.3 - CAUSAS DAS ANOMALIAS EM FUNDAES
As causas para anomalias em fundao so as mais diversas possveis, Logeais (1982)
cita algumas em seu trabalho como construo de edificaes em aterros mal compactados;
presena de gua principalmente em aterros; perturbaes devido a novas construes
vizinhas; profundidade insuficiente das fundaes; construes em macios de solos instveis,
como encostas. As anomalias mais freqentes encontradas em fundao segundo Cnovas
(1988), so originadas por:
a) Falha ou negligncia no processo de investigao geotcnica;
b) Fundaes Inadequadas: Dimenses das fundaes inadequadas ou aumento nas
cargas ou sobrecargas previstas em projeto;
c) Recalques do Solo: Que podem provocar um estado de fissurao na estrutura
podendo lev-la ao colapso. Ex.: torre de Pisa (Itlia) e as edificaes da cidade de
Santos-SP;
d) Mudanas nas condies do solo: Umidade relativa do solo ou alterao no nvel
do lenol fretico com a explorao da gua subterrnea.
O problema com a interao solo-estrutura, segundo Souza & Ripper (1999) o
principal responsvel por instabilidade da estrutura, por isso indispensvel conhecer as
caractersticas do solo. Quando a execuo de sondagens relegada a segundo plano, ou
quando os resultados no so corretamente interpretados, a escolha do tipo de fundao fica
prejudicada, podendo sofrer recalques , aparecimento de fissuras na estrutura e outros
problemas.
Vrios relatos de acontecimentos demonstram que, a maioria dos problemas
patolgicos encontrados no Brasil so por falta de uma elaborao correta e minuciosa dos
projetos de engenharia, principalmente no que tange coleta de informaes e parmetros
adequados para cada situao de construo.
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54
Na rea de fundaes o problema no muito diferente. Milititsky et al. (2005)
afirmam que a investigao do subsolo pode apresentar vrios problemas e pode ser a causa
da ocorrncia de anomalias em fundaes. Os problemas com a investigao do subsolo
podem ser desde a simples ausncia de investigao, investigao ineficiente, investigao
com falhas, at a interpretao errnea dos resultados das sondagens, problema retratado na
figura 2-21, onde a profundidade estudado no ensaio de sondagem no reflete a real situao
apresentada pela distribuies de tenses pelas camadas do solo.
Figura 2-21 - Falha na Investigao do Solo (apud Milititsky et al., 2005)
2.2.4 - PROCEDIMENTOS PARA DIAGNSTICO DA ANOMALIA
Algumas tcnicas so adotadas para a identificao de anomalias e evoluo do estado
de depreciao da estrutura de fundao, e muitos deles s podero ser entendidos atravs de
ensaios de campo. Entretanto, para Cnovas (1988), algumas manifestaes que acontecem
com freqncia, podem ser diagnosticadas apenas com a experincia do profissional
habilitado.
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55
O diagnstico para Souza & Ripper (1999) um processo que consiste em apresentar
as origens, as causas e os mecanismos de degradao que a anomalia propicia estrutura.
Com estes novos dados, o profissional pode apontar o prognstico (que a previso da
evoluo do problema e do desempenho futuro da construo), auxiliando na escolha da
conduta a ser adotada para a soluo do problema. Para finalizar este processo definida uma
teraputica adequada para a situao, que pode ser: reparo, reforo ou restaurao, alm de
outras solues mais drsticas como restrio ao uso da edificao.
Os ensaios de investigao do subsolo, tanto para sua identificao como para
avaliao de propriedades, so etapas que deveriam anteceder a execuo da fundao.
Todavia no estado de anomalias so refeitos algumas destas investigaes so realizadas pela
primeira vez na obra, para subsidiarem o estudo, fornecendo informaes detalhadas sobre
situao atual fsica da estrutura de fundao.
Entre os ensaios mais importantes esto:
a) Investigao ttil-visual: Segundo Pinto (2002), a verificao de propriedades
atravs do contato direto do profissional com o solo a ser analisado. Esta situao
depende principalmente da habilidade e experincia do profissional, sendo uma
provvel etapa inicial, base para definio de um planejamento de investigao
mais consistente.
b) Sondagens: So procedimentos de engenharia utilizando equipamentos especficos
de perfurao, visando obteno de informaes do solo como determinao da
resistncia das camadas, nvel do lenol fretico, profundidade do perfil rochoso,
amostra de jazidas, etc.. Os mais utilizados so: SPT, SPT-T e, internacionalmente
utiliza-se o CPT com bastante freqncia.
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2.2.5 - ENSAIOS PARA INVESTIGAO DO SUBSOLO
O estudo do solo e reconhecimento de suas principais caractersticas constitui um pr-
requisito para projetos de fundaes a fim de garantir a segurana. Segundo Schnaid (2000) os
projetos geotcnicos so normalmente elaborados a partir de dados obtidos nos ensaios em
campo e fazendo-se estimativas dos parmetros de comportamento dos materiais envolvidos.
Atualmente, modernos equipamentos podem ser utilizados para uma melhor investigao do
subsolo, garantindo uma melhor preciso de dados sobre o macio.
Milititsky et al. (2005) afirmam que a causa mais freqente de problemas de fundaes
est na investigao do subsolo, sendo que os problemas em solos colapsveis, expansivos e
em adensamento podem ter as manifestaes patolgicas previstas em fase preliminar, desde
que realizado um planejamento adequados dasde investigaes e que estes sejam diretamente
acompanhados por um engenheiro experiente, evitando falhas e interpretao equivocadas dos
resultados.
Os mtodos de investigao mais utilizados, segundo Pinto (2002) so:
a) Trincheiras:
So valas longas com profundidade mxima de 2 metros, para uma investigao linear
das primeiras camadas do terreno, em situaes especficas.
b) Sondagem a trado:
As sondagens a trado so efetuadas com uma ferramenta chamada trado concha, com
dimetro de 75 mm, 100 mm e 150 mm, podendo ser usados outros dimetros. Outro tipo de
trado usual o helicoidal.
Estas sondagens so executadas em solos argilosos ou arenosos at atingir uma
profundidade, que limitada pelo nvel de gua ou natureza do terreno. So utilizadas para
coletas de amostras deformadas, identificao do perfil do terreno, determinao do N.A, e
servem como ferramenta auxiliar de outros tipos de sondagem e para a execuo de furos em
ensaios especiais, como permeabilidade e palheta.
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c) Sondagem Percusso (figura 2-22):
Estas sondagens so as mais freqentes na engenharia e usualmente executadas com o
objetivo de:
Determinar o perfil geolgico das camadas do subsolo;
Determinar a capacidade de carga das diferentes camadas do subsolo;
Coletar amostras de solo;
Determinar o nvel do lenol fretico;
Determinar a compacidade ou consistncia das camadas do subsolo
Segundo a NBR6448 (2001) o Standard Penetration Test (ensaio de penetrao
padro) tem por objetivo determinar uma carga dinmica (NSPT) com a cravao de um
amostrador padro, no solo, atravs de furo de escavao devido queda de um corpo livre de
massa 65 kg e altura de queda igual a 75 cm. Durante o ensaio, anota-se o nmero de golpes
do amostrador padro, necessrios para a penetrao 75 cm, sendo avaliado apenas os ltimos
30 cm.
Figura 2-22 - Execuo do ensaio de sondagem a percusso
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58
d) Sondagens Rotativas:
Estas sondagens so as mais freqentes 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;
Implantao de uma fundao ou de tirantes;
Obteno de poos para captao de guas;
Possibilitar injeo de cimento ou de outros materiais em fraturas que podem
ocorrer nos macios rochosos em profundidade.
Na figura 2-23 so mostrados os equipamentos utilizados na sondagem rotativa.
Figura 2-23 - Equipamentos para execuo de sondagens rotativas (Diminsky)
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e) Sondagens Mistas:
So aquelas executadas por sondagem percusso e por meio de sondagem rotativa,
no trecho onde for inoperante o sistema percusso, face impenetrabilidade no terreno
prospectado.
Os dois mtodos so utilizados alternadamente, de acordo com a natureza do terreno
atravessado, at ser atingida a cota do estudo e/ou critrios estabelecidos em especificao
para sua paralisao. Sua execuo recomendada, dentre outras em: Terrenos com presena
de blocos de rocha e de mataces; rea de tlus (mataces errticos em macios terrosos);
rea de concrees laterticas; rea de rejeito de pedreira; rea de bota fora, etc..
f) SPT-T:
Executado logo aps o trmino do SPT, o SPT-T, Standard Penetration Test whit
Torque measurements visa determinar a intensidade do torque necessrio para vencer a
aderncia do amostrador padro com o solo que o envolve. Para este ensaio, utiliza-se um
instrumento denominado torqumetro (figura 2-24) fixo haste do amostrador, que medir o
torque mximo (Tmx) e o torque residual (Tres) (TOURRUCO 2004).
Figura 2-24 - Utilizao do torqumetro no ensaio SPT-T (Tourruco, 2004)
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g) CPT:
Consiste na cravao contnua, no terreno, de uma ponteira cnica a uma velocidade
aproximada de 10 mm/s, usando equipamento hidrulico. Considerado um dos mais
importantes ensaios de investigao do subsolo no mundo (DIMINSKI).
A maior caracterstica benfica do ensaio que o cone de penetrao semelhante a
uma estaca pr-moldada, servindo de modelo de ensaio. Os resultados do CPT fornecem,
atravs de relaes empricas, o clculo da capacidade de carga da estaca, alm de definir o
perfil do solo, e propriedades do solo como densidade, ngulo interno e coeso (GEO IN
SITU).
Figura 2-25 - Equipamentos para execuo do CPT (Diminski)
2.2.6 - PROVAS DE CARGA
Existem outros ensaios de campo que podem auxiliar no diagnstico e prognstico e
que so utilizados para verificao real do desempenho da estrutura, que so as provas de
carga esttica e dinmica (figura 2-26 - ensaio vertical), tambm utilizado como fonte de
dados para a teraputica do problema. Segundo ABMS/ABEF (2006) a prova de carga
destinada a estudar fundaes diretas ou profundas e consiste, basicamente, em verificar as
condies da fundao e a interao solo-fundao.
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61
Figura 2-26 - Prova de carga Vertical (disponvel em http://www.insitu.com.br)
Segundo Medeiros (2005), a melhoria do projeto e processo executivo de fundaes
em estacas moldadas in loco est relacionado realizao de ensaios que comprovem a
capacidade de carga e a integridade da pea. Segundo a engenheira Gisleine Campos
(MEDEIROS, 2005), os ensaios so muito importantes, principalmente se forem realizados
em seqncia, pois possibilitam a comparao de alguns dados e o complemento de dados de
um ensaio para o outro, com relao prova de carga esttica, e dinmica.
a) Prova de carga esttica (figura 2-27): Ensaio em verdadeira grandeza, que permite
avaliar a capacidade de carga de uma fundao pela simulao de carregamentos.
executada com macaco hidrulico, bomba, manmetro e clula de carga, atravs
do qual so aplicadas etapas de carregamentos, registrando-se os deslocamentos a
cada estgio. O principal dado obtido a curva carga x recalque.
Figura 2-27 - Prova de carga esttica (Medeiros, 2005)
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62
b) Prova de carga dinmica (figura 2-28): Aplicada com golpes em um sistema de
percusso, determina a carga de ruptura da interao fundao-solo. So usados 2
(dois) pares de sensores, onde um gera tenso proporcional a deformao sofrida e
o outro gera tenso proporcional acelerao das partculas, baseados na teoria da
onda. obtido o valor da resistncia esttica e o valor da capacidade de carga,
mais rpido e possui o custo mais baixo que a prova esttica.
Figura 2-28 - Prova de carga dinmica (Medeiros, 2005)
Para Milititsky et al. (2005), o custo mais baixo da prova de carga dinmica e o
reduzido prazo de execuo, resultou numa procura muito maior deste procedimento,
constituindo-o como uma ferramenta valiosa no processo de verificao da qualidade de
fundaes profundas.
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63
2.2.7 - LAUDO TCNICO DE PATOLOGIA DE FUNDAES
O uso de relatrios visa simplificar um processo longo com muitas etapas, impondo
transparncia e facilidade no entendimento e difuso de informaes sobre um determinado
tema. Neste trabalho foi utilizado um relatrio padronizado (figura2-29) para apresentao da
patologia de fundaes, facilitando a apresentao e a anlise de anomalias encontradas. Este
relatrio foi elaborado utilizando o sistema proposto por Helene (1992) e modificado para este
trabalho pela abordagem de Milititsky et al. (2005) j apresentados nos tpicos anteriores.
Figura 2-29 - Laudo de patologia de fundaes
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64
2.3 - RECUPERAO DE FUNDAES
Os reforos podem ser permanentes ou provisrios. No primeiro caso, so utilizados
devido ao mau desempenho das fundaes ou aumento de carga, atuando como complemento
capacidade de carga. O reforo provisrio usado quando a estrutura no poder manter-se
integra at o fim da recuperao. Existem vrias formas de realizar o reforo ABMS/ABEF
(2006):
Reparo do material: Quando o material est em fase de degradao, pode-se fazer a
recuperao ou at mesmo refor-lo;
Enrijecimento da estrutura: Para evitar recalques diferenciais, pode-se utilizar uma
tcnica de enrijecimento da fundao com a interligao das fundaes com vigas;
Aumento da rea de Apoio: Quando a rea de transferncia da fundao for
inadequada, pode-se utilizar esta tcnica para solucionar os problemas, inclusive com
solues mistas como o aumento da base da fundao e o uso de estacas vinculadas
base desta fundao.
Outros tipos de reforos podem ser utilizados para recuperao de fundao como:
Utilizao de estacas raiz, estaca prensada, tubules, estacas mega, sapatas adicionais,
porm com restries peculiares a cada um, como por exemplo, restrio de espao para
trabalhabilidade, espao fsico para locao de equipamentos, problemas de vibraes. Uma
forma relativamente nova de efetuar o reforo a utilizao de tcnicas como injees de
cimento (Jet grounting) para melhoria do solo, no que tange s propriedades de resistncia e
compressibilidade dos solos.
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65
3 - ALGUMAS MANIFESTAES PATOLGICAS EM FUNDAES
Neste item so apresentados alguns exemplos de manifestaes patolgicas.
3.1 - APRESENTAO DAS MANIFESTAES
a) TORRE DE PISA
Figura 3-1 - Recalque da torre de Pisa.
A Torre de Pisa, figura 3-1, teve sua construo iniciada em 1173, e terminada em 1350. Apresentou recalques diferenciais que a levaram a inclinar-se, numa taxa de inclinao de 1,2mm por ano. Alguns procedimentos teraputicos foram feitos para solucionar o problema no curso da histria, mas somente em 1997 foi utilizada uma tcnica de sondagem especial, retirando o solo abaixo do trecho que havia recalcado menos, fazendo com que apenas esta regio recalcasse, diminuindo o desaprumo da torre, at um nvel de segurana de utilizao da estrutura. Foi feita a estabilizao do solo com uma tcnica moderna de congelamento e injeo de caldas de cimento, tudo de forma controlada e monitorada. (http://www.lmc.ep.usp.br/people/hlinde/Estruturas/deslocamento.htm).
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66
Figura 3-2 - Vista da deformao nas camadas do perfil
Segundo Terracina (LAMBE & WHITMAN, 1979) o lado sul da torre sofreu recalque
de quase 3 (trs) metros, resultando num recalque diferencial, com a outra regio, de 1,8 m,
representando, para poca, uma situao de instabilidade muito perigosa. Utilizou-se uma
tcnica de equilbrio fsico com pesos para manter a estabilidade da torre, no processo de
recuperao e reforo da torre.
Figura 3-3 - Utilizao de peso para equilbrio da torre no processo de recuperao
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67
b) EDIFICAES EM SANTOS
No Brasil, um exemplo de manifestaes patolgicas em
fundaes so os prdios da orla santista, figura 3-4, que
apresentaram deslocamento diferencial dos apoios
diferencialmente, inclinando as estruturas. Vrias propostas de
correo foram feitas para reverter situao. A origem do
problema foi a deficincia do solo de Santos, formado por uma
camada superficial de areia sobre uma extensa camada de solo
argiloso, muito compressvel. Como as fundaes dos edifcios
eram sapatas, o sistema fundao-solo no foi adequado e
muitos (cerca de cem) destes prdios passaram a inclinar-se.
(http://www.lmc.ep.usp.br/people/hlinde/Estruturas/deslocament
o.htm).
Figura 3-4 - Recalque das edificaes em Santos (Milititsky et al., 2005).
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68
Os problemas dos deslocamentos das edificaes agravaram-se com a construo de
novos empreendimentos que, devido ao carregamento imposto ao solo, influenciaram outras
fundaes (superposio de bulbo de presses), interferindo no equilbrio fsico do sistema
solo-estrutura.
No caso das edificaes em Santos-SP houve um processo de recalque gradual, ou
seja, o aumento do recalque com o passar do tempo, e atingirem uma situao com riscos
eminentes de runa, (figura 3-5). O problema consiste em fazer a edificao retornar ao prumo
e este procedimento poderia ser executado com a mesma tcnica utilizada na Torre de Pisa.
Entretanto, o custo para estabilizar o solo, neste caso, seria muito elevado. Uma soluo
aprecivel para a recuperao da estrutura seria trazer a estrutura ao prumo atravs de
macaqueamento com a realizao do reforo da fundao, executando uma placa de
concreto sob partes da fundao ou sob a edificao como um todo, aumentando a rea de
transferncia de cargas para o solo e diminuindo, portanto, a solicitao ao mesmo
(GRIGOLI).
Figura 3-5 - Mecanismo de recalque diferencial (Grigoli)
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69
c) PALCIO DA LIBERDADE MINAS GERAIS (ABMS, 1986)
A edifi