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Baseado em: Milititsky, J.; Consoli, N.; Schnaid, F. (2005)

“Patologias de Fundações”. 191 pags. Edições Oficina de Textos, S. Paulo, Brasil

António Viana da Fonseca (FEUP) 1

FUNDAÇÕESPatologias e Reabilitação

1

António Viana da Fonseca

Mestrado em Reabilitação do Património Edificado8 de Junho de 2006

Patologias em fundações podem ocorrer ou serem originados em diversas fases do problema:

Problemas, Acidentes e Patologias de Problemas, Acidentes e Patologias de FundaçõesFundações

em diversas fases do problema:

- caracterização do comportamento do solo;

- análise e projecto das fundações;

- execução das fundações;

ó l d f d

2

- eventos pós-conclusão das fundações;

- degradação dos materiais constituintes das fundações.




Patologiasmediáticas

Problemas defundações em

solos moles

Torre de PisaTower of South Cheshire

3Catedral da cidade do MéxicoIgreja do Carmo em Olinda

Outras patologias

4




INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO

A investigação do subsolo (ou a falta dela) é a causa mais frequente de problemas de fundações.

INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLOINVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO - AUSÊNCIA DE INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO- INVESTIGAÇÃO INSUFICIENTE- INVESTIGAÇÃO COM FALHAS

- CASOS ESPECIAIS- INFLUÊNCIA DA VEGETAÇÃO- COLAPSIBILIDADE- EXPANSIBILIDADE

5

- REGIÃO DE MINERAÇÃO- ZONAS CÁRSTICAS- OCORRÊNCIA DE BLOCOS- SPT ANTES E DEPOIS DE ESCAVAÇÃO

AUSÊNCIA DE INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO:

• Em mais de 80% dos casos de mau desempenho de fundações de obras pequenas e médias, a ausência completa de investigação é o motivo de adopção de solução inadequada

Problemas típicos decorrentes de ausência de investigação

Fundações directas• Tensões de contacto excessivas => assentamentos inadmissíveis ou rotura.• Fundações em solos (aterros) heterogéneos => assentamentos diferenciais.• Fundações sobre solos compressíveis => grandes deformações.• Fundações apoiadas em materiais de comportamento muito diferente, sem

junta => aparecimento de assentamentos diferenciais.• Fundações apoiadas em crosta dura sobre solos moles, sem análise =>

assentamentos, ocasionando rotura ou grandes deslocamentos da fundação.

6

g ç

Fundações profundas (estacas)• Geometria inadequada, comprimento ou diâmetro inferiores aos necessários.• Estacas apoiadas em camadas resistentes sobre solos moles, => assenta-

mentos incompatíveis com a obra.




INVESTIGAÇÃO INSUFICIENTE

7

INVESTIGAÇÃO INSUFICIENTE

Situações com grande variação de propriedades

8




INVESTIGAÇÃO COM FALHAS

Na realização de sondagem é comum o erro na implantação da obra, localização incompleta, adopção de procedimentos indevidos ou ensaios não padronizados, uso de equipamento com defeito ou fora da especificação, falta de nivelamento dos furos referência bem identificada e permanente, má descrição do tipo de solo, entre outros.

9

Patologias decorrentes das incertezas e riscos inerentes aos maciçosSistemas típicos de fundações de estruturas históricas:

• cada linha indica vários tipos de monumentos (rupestres; ruínas históricas; castelos

10

e palácios; igrejas e catedrais; torres; cidades históricas);

• cada coluna indica distintas condições geotécnicas




Reconhecimento geotécnico: soluções de reforço ou controlo…o

com

pres

síve

is

Legenda

Perfil de subsolo em Gubbio, Itália

aterro solto e aterro cimentado

siltitos e margas

Solo

s m

uito

11

depósitos aluvionares e coluvionares

Ocorrências singulares - Influência da vegetaçãoÉ importante salientar que o efeito da vegetação pode ocorrer por interferênciafísica das raízes ou modificação no teor em água do solo.

12




Ocorrências singulares - ZONAS CÁRSICAS

Rochas compostas de carbonatos de cálcio e magnésio - rochas calcáreas ou dolomíticas, são mais de 10% das rochas expostas na superfície da terra (Sowers, 1975).p ( , )Distinguem-se das demais rochas por terem solubilidade em água (carbonatos são solubilizados em águas levemente ácidas – a acidez normalmente deve-se à existência de dióxido de carbono dissolvido na água), produzindo grandes porosidades e cavidades

13

Ocorrências singulares - ZONAS DE MINERAÇÃO

14




Ocorrências singulares - OCORRÊNCIA DE BLOCOS

Perfil real

15

Perfil adoptado(interpretação errada)

OCORRÊNCIA DE BLOCOS (cont.)

16

Bloco




Manifestações de mau desempenho de fundações

Fissuras e fendas típicas de assentamentos de fundações

17

Catedral deS.Pedro

e S.PauloSt. Petersburg

Assentamento diferencial da torre em relação ao

18

çcorpo principal.

Caso paradigmático da cedência de uma estrutura altamente heterogénea




19

Danos arquitectónicos e funcionais

Danos estruturais

ANÁLISE E PROJECTO

• A análise de um problema de fundações ocorre a partir da previsão ou obtenção das solicitações ou cargas de projecto e da adopção de perfil “de projecto” ou modelo

ó éde subsolo, obtido após a investigação geotécnica (ensaios de campo e de laboratório, no caso mais amplo). Estas informações são interpretadas a luz do conhecimento estabelecido sobre o comportamento do solo sob carga, ou da transmissão de esforços à massa de solo.

• A definição das solicitações deve incluir considerações referentes ao próprio comportamento do solo (impulsos,

20

atrito negativo, outros) e não somente as cargas permanentes e acidentais provenientes da superestrutura, as quais existirão ao longo da construção, do uso e da vida útil da estrutura.




ANÁLISE E PROJECTOOs problemas que ocorrem na vida de uma fundação são :

• Relativos ao solo – descrição das patologias envolvendo o solo como causador do problema;

• Relativos a mecanismos – problemas causados pela ausência de identificação de mecanismo causador de mau comportamento ou colapso;

• Desconhecimento do comportamento real das fundações –cada tipo de fundação mobiliza cargas e deforma de maneira específica, o que afecta o desempenho da estrutura apoiada sobre as mesmas;

21

• Relativos à estrutura de fundação – aqueles problemas causados pelo projecto ou detalhamento estrutural do elemento de fundação;

• Relacionados às especificações construtivas, ou sua ausência.

ANÁLISE E PROJECTO

PROBLEMAS ENVOLVENDO O COMPORTAMENTO DO SOLO

Exemplo típico de problema envolvendo o comportamento do solo:

• Adopção de perfil de projecto “optimista” (sobrestimativa docomportamento), sem a caracterização adequada de todas assituações representativas do subsolo, como por exemplo, alocalização de camadas menos resistentes ou compressíveis

22




ANÁLISE E PROJECTO

PROBLEMAS ENVOLVENDO OS MECANISMOS DE INTERACÇÃO SOLO-E

-1454-35-30

Tensões verticais (KPa)

ESTRUTURA

(a)

-25-20-15-10-5

Sobreposição de tensões (simulação com o Método dos

23

-1159-35-30-25-20-15-10-5

Tensões verticais (KPa)Elementos Finitos).

ANÁLISE E PROJECTO

PROBLEMAS ENVOLVENDO OS MECANISMOS DE INTERACÇÃO SOLO-ESTRUTURA

(a)

24

Grupo de estacas apoiado em camada competente sobre solo mole




ANÁLISE E PROJECTOPROBLEMAS ENVOLVENDO OS MECANISMOS DE INTERACÇÃO SOLO-ESTRUTURA

Estimativa de tensões admissíveis com base em resultados de ensaios de placa, sendo estas extrapoladas para grandes áreas carregadas, nos

25

quais o bolbo de tensões atinge camadas de comportamento distinto (solo heterogéneo) em profundidade e atinge camadas mais profundas e maiores tensões de confinamento.

[Bjerrum & Eggested (1963); Burland & Burbidge (1984)].

ANÁLISE E PROJECTO


Fundação directa submetida a esforços horizontais

26

horizontais, adjacente a escavação




ANÁLISE E PROJECTOPROBLEMAS ENVOLVENDO OS MECANISMOS DE INTERACÇÃO SOLO-ESTRUTURA

27

Fundações em estacas próximas (de diferentes pilares) semconsiderar efeitos de sobreposição.

ANÁLISE E PROJECTO

PROBLEMAS PROBLEMAS ENVOLVENDO OS MECANISMOS DE INTERACÇÃO SOLO-ESTRUTURA

Desconsideração d ê i d

28

da ocorrência do efeito do atrito negativo.




PROBLEMAS ENVOLVENDO OS MECANISMOS DE

ANÁLISE E PROJECTO

MECANISMOS DE INTERACÇÃO SOLO-ESTRUTURA

Condição geométrica caracterizando aterro assimétrico sobre camadas

29

sub-superficiais de solos moles, provocando o aparecimento de solicitações horizontais a actuar nasestacas em profundidade (“Efeito Tschebotarioff”).

ANÁLISE E PROJECTO


Uso de modelos simplificados indevidos, como no caso de fundações

30

profundas traccionadas verificadas pelo método de cálculo do cone dearrancamento, utilizado em fundações superficiais. Como a cinemáticade rotura é diferente no caso das fundações profundas, acaba porresultar em valores superiores aos reais (condição insegura).




ANÁLISE E PROJECTO


Cálculo de tracção de grupo de estacas a partir da soma das cargas de rotura das estacas consideradas individualmente, resultando valores superiores ao real. A cinemática de rotura do grupo é diferente em

31

do grupo é diferente, em muitos casos resultando num valor inferior ao somatório das cargas individuais.

ANÁLISE E PROJECTO


Comprimento de flambagem real do pilar sobre estaca isolada sem travamento nas duas

32

travamento nas duas direcções, diferente do cálculo




ANÁLISE E PROJECTO

PROBLEMAS ENVOLVENDO OS MECANISMOS DE INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA

33

Flambagem de estacas esbeltas em solos moles

ANÁLISE E PROJECTO

PROBLEMAS ENVOLVENDO O DESCONHECIMENTO DO COMPORTAMENTO REAL DAS FUNDAÇÕESDAS FUNDAÇÕES

Sistemas de fundações diferentes originados por cargas diferentes, não separados por juntas de comportamento, provocando incompatibilidade de

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assentamentos dos diferentes tipos de fundação e danos estruturais.




ANÁLISE E PROJECTO

PROBLEMAS COM O DESCONHECIMENTO DO COMPORTAMENTO REAL DAS FUNDAÇÕES

35

Fundações profundas para as cargas daestrutura de pavilhões (pequenos assentamentos), com presença de aterros compactados sobre camadas compressíveis (grandes assentamentos).

ANÁLISE E PROJECTOPROBLEMAS ENVOLVENDO O DESCONHECIMENTO DO COMPORTAMENTO REAL DAS FUNDAÇÕES

Níveis muito desiguais de carregamento numa mesma estrutura, típico de torres com cargas elevadas e região circundante com carregamento significativamente inferior, ambas com mesmo tipo de fundação sem junta de

36

fundação, sem junta de comportamento ou pilares de junta apoiados na mesma fundação, resultando assentamentos diferenciais e fendilhação da estrutura.




ANÁLISE E PROJECTOPROBLEMAS PELO DESCONHECIMENTO DO COMPORTAMENTO DAS FUNDAÇÕES

37

Uso de elementos de fundação como reforço, no caso de fundações profundas com problemas construtivos, sem a avaliação do possível efeito no conjunto do novo elemento executado, ou dos deslocamentos necessários à mobilização de resistência, ou rigidez no caso de esforços horizontais.

ANÁLISE E PROJECTODESCONHECIMENTO DO COMPORTAMENTO DAS FUNDAÇÕES

38

Má avaliação dos efeitos de carregamento especial: (a) assentamentosexcessivos no apoio central e esforços devidos a sobrecarga provocandoesforços horizontais nas estacas da parede externa do silo, nãoconsiderados adequadamente no cálculo; (b) correcção do projecto original.




ANÁLISE E PROJECTO

PROBLEMAS ENVOLVENDO A ESTRUTURA DE

FUNDAÇÃOFUNDAÇÃOErros decorrentes de indicação apenas de cargas máximas em casos de fundações em estacas com solicitações de compressão e

t t t

39

Muitas vezes o projectista das fundações recebe as cargas deoutro profissional e resolve o problema para a condição conhecidae informada. A falta de consideração da condição de carregamentovertical mínimo pode levar à solução inadequada.

momentos actuantes.

ANÁLISE E PROJECTO

PROBLEMAS QUE ENVOLVEM A ESTRUTURA DE FUNDAÇÃO

40

Esforços horizontais não equilibrados




ANÁLISE E PROJECTO


41

Falha de pormenorização da ancoragem de estacas traccionadas.

ANÁLISE E PROJECTOPROBLEMAS QUE ENVOLVEM A ESTRUTURA DE FUNDAÇÃO

42

Rotura estrutural de um bloco de coroamento de estacas




ANÁLISE E PROJECTO


43

Uso de momentos do nível do solo em fundações enterradas

ANÁLISE E PROJECTO

PROBLEMAS ENVOLVENDO AS ESPECIFICAÇÕES CONSTRUTIVASAs especificações construtivas devem atender a critérios de projetos tanto de fundações directas quanto profundas.

44

Fundações directas




Fundações profundas:Nos projetos correntes são comuns problemas decorrentes da

ê i d i di õ f

ANÁLISE E PROJECTOPROBLEMAS ENVOLVENDO AS ESPECIFICAÇÕES CONSTRUTIVAS

ausência de indicações referentes a:

• profundidades mínimas de projecto, deixando a definição ao executante, normalmente não habilitado para a decisão, e permitindo que ocorram situações em que as cargas não são transmitidas adequadamente ao solo;

• características mínimas do equipamento de execução, tais como comprimentos mínimos de ferramentas ou acessórios torque etc

45

comprimentos mínimos de ferramentas ou acessórios, torque, etc., resultando na incapacidade de execução até as profundidades necessárias e elementos de menor capacidade de carga;

• pormenorização de emendas, especialmente importante nos elementos submetidos a solicitações de tracção, transversais ou momentos.

ANÁLISE E PROJECTO

FUNDAÇÕES SOBRE ATERROS

A execução de fundações em aterros constitui uma fonte significativa de problemas. Os assentamentos de fundações assentes sobre aterros podem ter três causas distintas:

• deformações do corpo do aterro devido ao seu peso próprio, bem como pelo carregamento provocado pela fundação ao transferir a carga da super-estrutura.

• deformações do solo natural localizado abaixo do aterro, devido ao acréscimo de tensões pelo peso próprio do aterro e às cargas da super-estrutura podem ocorrer assentamentos significativos

46

super-estrutura, podem ocorrer assentamentos significativos quando da execução de aterros sobre camadas de solos moles.

• nos casos de execução de aterros e (ou) carregamento externos sobre aterros sanitários desactivados, serão sujeitos a acções biológico-químicas decorrentes da degradação da matéria orgânica.




ANÁLISE E PROJECTOFUNDAÇÕES SOBRE ATERROS SANITÁRIOS:Construções sobre unidades geotécnicas adversas podem contemplar diferentes alternativas de projeto: (a) evitar o problema através da remoção da camada de argila, (b) construção do aterro em etapas para possibilitar o consolidação faseada da argila durante o período de construção, (c) uso de geotêxteis na interface aterro-fundação para melhorar as condições de estabilidade e (d) instalação de drenos geotêxteispara aceleração do processo de consolidação.

47

ANÁLISE E PROJECTO

Vi l õ õ

FUNDAÇÕES SOBRE ATERROS SANITÁRIOS:

Vinculações e conexões

48




SPT antes e após escavação !

ENSAIOS DE SPT - ANTES E APÓS A ESCAVAÇÃO

7

9

11

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Nº de Golpes

NOTA:

após escavação !

-3

-1

1

3

5

Co

tas

(m)

SPT 01

SPT 02

SPT 03

SPT 04

SPT 05

SPT 06

SPT 07

SPT 08

SPT 09

Nível da Água

ANTES

DEPO

Revelam as mesmas

características ?

49-13

-11

-9

-7

-5SPT 09

SPT 10IS

REALIDADE PRÉ E PÓS-CONCLUSÃO DA ESCAVAÇÃO

MESMOS PARÂMETROS DE ENTIVAÇÃO DAESCAVAÇÕES E FUNDAÇÕES ?

50




FUNDAÇÕES SUPERFICIAISEXECUÇÃO

51

PROBLEMAS QUE ENVOLVEM

O SOLO !

Limitações históricas de tecnologias de fundaçõesPROBLEMAS ASSOCIADOS À EXECUÇÃO

E i t d ã d f d õ “ f d ”

52

Equipamentos de execução de fundações “profundas” (bate estacas” etc.) e esquemas de fundações antigas:





PROBLEMAS QUE ENVOLVEM ELEMENTOS ESTRUTURAIS

DE FUNDAÇÃO !

53


PROBLEMAS GERAIS

54




FUNDAÇÕES PROFUNDASEXECUÇÃO

ESTACAS CRAVADAS

Prova de Carga Vertical a CompressãoEstaca Teste EH-113 - 50x50cm

PCC-19

0

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750

Carga Aplicada (kN)

0,300,3630min

0,760,8330min

1,351,5130min

2,212,48 3,08

3 35 4 16

5,7210,3530min

55

10

20

30

40

50

60

70

80

De

slo

cam

en

to (m

m)

30min30min 3,35

30min

4,164,5830min

30,1539,0860min

47,7753,2330min

57,5267,6290min

66,7366,6015min

65,7465,6315min

64,3364,0715min

62,4562,0815min

ESTACAS METÁLICAS

FUNDAÇÕES PROFUNDAS

EXECUÇÃO

CRAVADAS

56




ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE BETÃO

FUNDAÇÕES PROFUNDAS

EXECUÇÃO

57

FUNDAÇÕESPROFUNDAS

EXECUÇÃO

58

ESTACAS MOLDADAS IN SITU DE BETÃO




EXECUÇÃOESTACAS ESCAVADAS

59

EXECUÇÃO ESTACAS ESCAVADAS

60

Estaca Raiz (injectada) Estaca Hélice Contínua




EXECUÇÃO

61

ESTACAS ESCAVADAS (volume de betão)

EVENTOS POSTERIORES À CONCLUSÃO DA FUNDAÇÃO

CARREGAMENTO

62

CARREGAMENTO PRÓPRIO DA SUPER-ESTRUTURA




ALTERAÇÃO DE USO DE

EVENTOS POSTERIORES À CONCLUSÃO DA FUNDAÇÃO

TERRENOS VIZINHOS

63

Intervenções potencialmente indutoras de danos em edifícios Escavações

junto a edifícios patrimoniais

Edi b h H ll

Movimentos associados a escavações e danos em edifícios adjacentes

Edimburgh Hall

64

Estação do Aliados do Metro do Porto ->




EVENTOS PÓS-

CONCLUSÃODA

FUNDAÇÃO

DESLOCAMENTO TOTAL

50

52

54

56

58

60

62

64

66

68

70

72

Profundidade (m

)

24-3-03 9:30GRANDES ESCAVAÇÕES

PZ-SAL5

PZ-BHS5’’

PZ-SAL1

PZ-SAL10

IN-I1

IN-I2

IN-I3 M4

M3 PZ-P10PZ-P9

PZ-SAL5

PZ-BHS5’’

PZ-SAL1

PZ-SAL10

IN-I1

IN-I2

IN-I3 M4

M3 PZ-P10PZ-P9

42

44

46

48

50

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

Deslocamento (mm)

31-3-03 9:30

Cota escavação

Cota 62 4-2-03 10:00

Cota 59 11-2-03 9:30

Cota 56 4-2-03 10:00

Cota 53 13-3-03 10:30

GRANDES ESCAVAÇÕESIN-I4

PZ-P4 M6 IN-I4

PZ-P4 M6

DESLOCAMENTO TOTAL

63

65

67

69

71

65

43

45

47

49

51

53

55

57

59

61

-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35

Deslocamento (mm)

Profundidade (m

)

24-3-03 10:00

31-3-03 10:00

Cota escavação

Cota 59 6-2-03 10:30

Cota 56 18-2-03 10:00

Cota 53 10-3-03 10:00

Cota 50 24-3-03 10:00

EVENTOS PÓS-CONCLUSÃO DA FUNDAÇÃO

ROTURA DE CANALIZAÇÕES ENTERRADASENTERRADAS

66




DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS

BETÃO

Tabela da correspondência entre classe de agressividade e qualidade do betão (Ibracon, 2003)

Betão Tipo Classe de agressividade

I II III IV

Relaçãoágua - cimento

Concreto Armado

≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,45

67

em massaBetão

Pré-esforçado≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,50 ≤ 0,45

Betão


68




AÇOCorrosão (mm) em estacas metálicas em solos, acima e abaixo do lençol freático

(E S d d EN 1993 2003)


(European Standard EN 1993-5, 2003)

Vida útil 5 anos 25 anos 50 anos 75 anos 100 anos

Solos naturais não perturbados zero 0,30 0,60 0,90 1,20

Solos poluídos (contaminação industrial)

0,15 0,75 1,50 2,25 3,00

Solos naturais agressivos (solos pantanosos, turfosos, etc.)

0,20 1,00 1,75 2,50 3,25

69

p , , )

Aterros de solos não compactados 0,18 0,70 1,20 1,70 2,20

Aterros de materiais agressivos (resíduos, etc.) não compactados

0,50 2,00 3,25 4,50 5,75

Nota: Os valores para 5 e 25 anos são baseados em medidas, enquanto que os demais são extrapolações.

Interpretação de patologias por sinais de degradação estrutural

a meteorização e alteração dos elementos de pedra;

a desagregação de argamassas ou outros

Terreiro do Paço em Lisboa

ou outros elementos de madeira;

ecim

ento

de

esta

cas

deira

70

a corrosão de apoios metálicos, armaduras; etc.

Apo

dre

de m

ad




Eventos potencialmente indutores de danos em edifícios Infraescavações causadas por inundações

Dresden cheias de 2003

Cheias em Praga e cidades históricas da Boémia (Rep. Checa) – 2003. Não Houve danos estruturais nos edifício

71

Houve danos estruturais nos edifício.

Efeitos dos sismos em edifícios históricos

Estruturas sismicamente optimizadas (cascas…)

done

sia

… e sismicamente muito sensíveis

Lisboa (1755)

Sung

ai, In

d

Bam, Irão (2003)

Cashmere,Pq (2005)

72

Izmit –TURQUiA (Ag. 1999)

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