FUNDAÇÕES - paginas.fe.up.ptearpe/conteudos/REF/Aula_Mestrado_Patrim... · Uso de elementos de...

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

Patologias de Fundaes. 191 pags. Edies Oficina de Textos, S. Paulo, Brasil

Antnio Viana da Fonseca (FEUP) 1

FUNDAESPatologias e Reabilitao

1

Antnio Viana da Fonseca

Mestrado em Reabilitao do Patrimnio Edificado8 de Junho de 2006

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

Problemas, Acidentes e Patologias de Problemas, Acidentes e Patologias de FundaesFundaes

em diversas fases do problema:

- caracterizao do comportamento do solo;

- anlise e projecto das fundaes;

- execuo das fundaes;

l d f d

2

- eventos ps-concluso das fundaes;

- degradao dos materiais constituintes das fundaes.




Patologiasmediticas

Problemas defundaes em

solos moles

Torre de PisaTower of South Cheshire

3Catedral da cidade do MxicoIgreja do Carmo em Olinda

Outras patologias

4




INVESTIGAO DO SUBSOLO

A investigao do subsolo (ou a falta dela) a causa mais frequente de problemas de fundaes.

INVESTIGAO DO SUBSOLOINVESTIGAO DO SUBSOLO - AUSNCIA DE INVESTIGAO DO SUBSOLO- INVESTIGAO INSUFICIENTE- INVESTIGAO COM FALHAS

- CASOS ESPECIAIS- INFLUNCIA DA VEGETAO- COLAPSIBILIDADE- EXPANSIBILIDADE

5

- REGIO DE MINERAO- ZONAS CRSTICAS- OCORRNCIA DE BLOCOS- SPT ANTES E DEPOIS DE ESCAVAO

AUSNCIA DE INVESTIGAO DO SUBSOLO:

Em mais de 80% dos casos de mau desempenho de fundaes de obras pequenas e mdias, a ausncia completa de investigao o motivo de adopo de soluo inadequada

Problemas tpicos decorrentes de ausncia de investigao

Fundaes directas Tenses de contacto excessivas => assentamentos inadmissveis ou rotura. Fundaes em solos (aterros) heterogneos => assentamentos diferenciais. Fundaes sobre solos compressveis => grandes deformaes. Fundaes apoiadas em materiais de comportamento muito diferente, sem

junta => aparecimento de assentamentos diferenciais. Fundaes apoiadas em crosta dura sobre solos moles, sem anlise =>

assentamentos, ocasionando rotura ou grandes deslocamentos da fundao.

6

g

Fundaes profundas (estacas) Geometria inadequada, comprimento ou dimetro inferiores aos necessrios. Estacas apoiadas em camadas resistentes sobre solos moles, => assenta-

mentos incompatveis com a obra.




INVESTIGAO INSUFICIENTE

7

INVESTIGAO INSUFICIENTE

Situaes com grande variao de propriedades

8




INVESTIGAO COM FALHAS

Na realizao de sondagem comum o erro na implantao da obra, localizao incompleta, adopo de procedimentos indevidos ou ensaios no padronizados, uso de equipamento com defeito ou fora da especificao, falta de nivelamento dos furos referncia bem identificada e permanente, m descrio do tipo de solo, entre outros.

9

Patologias decorrentes das incertezas e riscos inerentes aos maciosSistemas tpicos de fundaes de estruturas histricas:

cada linha indica vrios tipos de monumentos (rupestres; runas histricas; castelos

10

e palcios; igrejas e catedrais; torres; cidades histricas);

cada coluna indica distintas condies geotcnicas




Reconhecimento geotcnico: solues de reforo ou controloo

com

pres

sve

is

Legenda

Perfil de subsolo em Gubbio, Itlia

aterro solto e aterro cimentado

siltitos e margas

Solo

s m

uito

11

depsitos aluvionares e coluvionares

Ocorrncias singulares - Influncia da vegetao importante salientar que o efeito da vegetao pode ocorrer por interfernciafsica das razes ou modificao no teor em gua do solo.

12




Ocorrncias singulares - ZONAS CRSICAS

Rochas compostas de carbonatos de clcio e magnsio - rochas calcreas ou dolomticas, so mais de 10% das rochas expostas na superfcie da terra (Sowers, 1975).p ( , )Distinguem-se das demais rochas por terem solubilidade em gua (carbonatos so solubilizados em guas levemente cidas a acidez normalmente deve-se existncia de dixido de carbono dissolvido na gua), produzindo grandes porosidades e cavidades

13

Ocorrncias singulares - ZONAS DE MINERAO

14




Ocorrncias singulares - OCORRNCIA DE BLOCOS

Perfil real

15

Perfil adoptado(interpretao errada)

OCORRNCIA DE BLOCOS (cont.)

16

Bloco




Manifestaes de mau desempenho de fundaes

Fissuras e fendas tpicas de assentamentos de fundaes

17

Catedral deS.Pedro

e S.PauloSt. Petersburg

Assentamento diferencial da torre em relao ao

18

corpo principal.

Caso paradigmtico da cedncia de uma estrutura altamente heterognea




19

Danos arquitectnicos e funcionais

Danos estruturais

ANLISE E PROJECTO

A anlise de um problema de fundaes ocorre a partir da previso ou obteno das solicitaes ou cargas de projecto e da adopo de perfil de projecto ou modelo

de subsolo, obtido aps a investigao geotcnica (ensaios de campo e de laboratrio, no caso mais amplo). Estas informaes so interpretadas a luz do conhecimento estabelecido sobre o comportamento do solo sob carga, ou da transmisso de esforos massa de solo.

A definio das solicitaes deve incluir consideraes referentes ao prprio comportamento do solo (impulsos,

20

atrito negativo, outros) e no somente as cargas permanentes e acidentais provenientes da superestrutura, as quais existiro ao longo da construo, do uso e da vida til da estrutura.




ANLISE E PROJECTOOs problemas que ocorrem na vida de uma fundao so :

Relativos ao solo descrio das patologias envolvendo o solo como causador do problema;

Relativos a mecanismos problemas causados pela ausncia de identificao de mecanismo causador de mau comportamento ou colapso;

Desconhecimento do comportamento real das fundaes cada tipo de fundao mobiliza cargas e deforma de maneira especfica, o que afecta o desempenho da estrutura apoiada sobre as mesmas;

21

Relativos estrutura de fundao aqueles problemas causados pelo projecto ou detalhamento estrutural do elemento de fundao;

Relacionados s especificaes construtivas, ou sua ausncia.

ANLISE E PROJECTO

PROBLEMAS ENVOLVENDO O COMPORTAMENTO DO SOLO

Exemplo tpico de problema envolvendo o comportamento do solo:

Adopo de perfil de projecto optimista (sobrestimativa docomportamento), sem a caracterizao adequada de todas assituaes representativas do subsolo, como por exemplo, alocalizao de camadas menos resistentes ou compressveis

22




ANLISE E PROJECTO

PROBLEMAS ENVOLVENDO OS MECANISMOS DE INTERACO SOLO-E

-1454-35-30

Tenses verticais (KPa)

ESTRUTURA

(a)

-25-20-15-10-5

Sobreposio de tenses (simulao com o Mtodo dos

23

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

Tenses verticais (KPa)Elementos Finitos).

ANLISE E PROJECTO

PROBLEMAS ENVOLVENDO OS MECANISMOS DE INTERACO SOLO-ESTRUTURA

(a)

24

Grupo de estacas apoiado em camada competente sobre solo mole




ANLISE E PROJECTOPROBLEMAS ENVOLVENDO OS MECANISMOS DE INTERACO SOLO-ESTRUTURA

Estimativa de tenses admissveis com base em resultados de ensaios de placa, sendo estas extrapoladas para grandes reas carregadas, nos

25

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

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

ANLISE E PROJECTO


Fundao directa submetida a esforos horizontais

26

horizontais, adjacente a escavao




ANLISE E PROJECTOPROBLEMAS ENVOLVENDO OS MECANISMOS DE INTERACO SOLO-ESTRUTURA

27

Fundaes em estacas prximas (de diferentes pilares) semconsiderar efeitos de sobreposio.

ANLISE E PROJECTO

PROBLEMAS PROBLEMAS ENVOLVENDO OS MECANISMOS DE INTERACO SOLO-ESTRUTURA

Desconsiderao d i d

28

da ocorrncia do efeito do atrito negativo.




PROBLEMAS ENVOLVENDO OS MECANISMOS DE

ANLISE E PROJECTO

MECANISMOS DE INTERACO SOLO-ESTRUTURA

Condio geomtrica caracterizando aterro assimtrico sobre camadas

29

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

ANLISE E PROJECTO


Uso de modelos simplificados indevidos, como no caso de fundaes

30

profundas traccionadas verificadas pelo mtodo de clculo do cone dearrancamento, utilizado em fundaes superficiais. Como a cinemticade rotura diferente no caso das fundaes profundas, acaba porresultar em valores superiores aos reais (condio insegura).




ANLISE E PROJECTO


Clculo de traco de grupo de estacas a partir da soma das cargas de rotura das estacas consideradas individualmente, resultando valores superiores ao real. A cinemtica de rotura do grupo diferente em

31

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

ANLISE E PROJECTO


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

32

travamento nas duas direces, diferente do clculo




ANLISE E PROJECTO

PROBLEMAS ENVOLVENDO OS MECANISMOS DE INTERAO SOLO-ESTRUTURA

33

Flambagem de estacas esbeltas em solos moles

ANLISE E PROJECTO

PROBLEMAS ENVOLVENDO O DESCONHECIMENTO DO COMPORTAMENTO REAL DAS FUNDAESDAS FUNDAES

Sistemas de fundaes diferentes originados por cargas diferentes, no separados por juntas de comportamento, provocando incompatibilidade de

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assentamentos dos diferentes tipos de fundao e danos estruturais.




ANLISE E PROJECTO

PROBLEMAS COM O DESCONHECIMENTO DO COMPORTAMENTO REAL DAS FUNDAES

35

Fundaes profundas para as cargas daestrutura de pavilhes (pequenos assentamentos), com presena de aterros compactados sobre camadas compressveis (grandes assentamentos).

ANLISE E PROJECTOPROBLEMAS ENVOLVENDO O DESCONHECIMENTO DO COMPORTAMENTO REAL DAS FUNDAES

Nveis muito desiguais de carregamento numa mesma estrutura, tpico de torres com cargas elevadas e regio circundante com carregamento significativamente inferior, ambas com mesmo tipo de fundao sem junta de

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




ANLISE E PROJECTOPROBLEMAS PELO DESCONHECIMENTO DO COMPORTAMENTO DAS FUNDAES

37

Uso de elementos de fundao como reforo, no caso de fundaes profundas com problemas construtivos, sem a avaliao do possvel efeito no conjunto do novo elemento executado, ou dos deslocamentos necessrios mobilizao de resistncia, ou rigidez no caso de esforos horizontais.

ANLISE E PROJECTODESCONHECIMENTO DO COMPORTAMENTO DAS FUNDAES

38

M avaliao dos efeitos de carregamento especial: (a) assentamentosexcessivos no apoio central e esforos devidos a sobrecarga provocandoesforos horizontais nas estacas da parede externa do silo, noconsiderados adequadamente no clculo; (b) correco do projecto original.




ANLISE E PROJECTO

PROBLEMAS ENVOLVENDO A ESTRUTURA DE

FUNDAOFUNDAOErros decorrentes de indicao apenas de cargas mximas em casos de fundaes em estacas com solicitaes de compresso e

t t t

39

Muitas vezes o projectista das fundaes recebe as cargas deoutro profissional e resolve o problema para a condio conhecidae informada. A falta de considerao da condio de carregamentovertical mnimo pode levar soluo inadequada.

momentos actuantes.

ANLISE E PROJECTO

PROBLEMAS QUE ENVOLVEM A ESTRUTURA DE FUNDAO

40

Esforos horizontais no equilibrados




ANLISE E PROJECTO


41

Falha de pormenorizao da ancoragem de estacas traccionadas.

ANLISE E PROJECTOPROBLEMAS QUE ENVOLVEM A ESTRUTURA DE FUNDAO

42

Rotura estrutural de um bloco de coroamento de estacas




ANLISE E PROJECTO


43

Uso de momentos do nvel do solo em fundaes enterradas

ANLISE E PROJECTO

PROBLEMAS ENVOLVENDO AS ESPECIFICAES CONSTRUTIVASAs especificaes construtivas devem atender a critrios de projetos tanto de fundaes directas quanto profundas.

44

Fundaes directas




Fundaes profundas:Nos projetos correntes so comuns problemas decorrentes da

i d i di f

ANLISE E PROJECTOPROBLEMAS ENVOLVENDO AS ESPECIFICAES CONSTRUTIVAS

ausncia de indicaes referentes a:

profundidades mnimas de projecto, deixando a definio ao executante, normalmente no habilitado para a deciso, e permitindo que ocorram situaes em que as cargas no so transmitidas adequadamente ao solo;

caractersticas mnimas do equipamento de execuo, tais como comprimentos mnimos de ferramentas ou acessrios torque etc

45

comprimentos mnimos de ferramentas ou acessrios, torque, etc., resultando na incapacidade de execuo at as profundidades necessrias e elementos de menor capacidade de carga;

pormenorizao de emendas, especialmente importante nos elementos submetidos a solicitaes de traco, transversais ou momentos.

ANLISE E PROJECTO

FUNDAES SOBRE ATERROS

A execuo de fundaes em aterros constitui uma fonte significativa de problemas. Os assentamentos de fundaes assentes sobre aterros podem ter trs causas distintas:

deformaes do corpo do aterro devido ao seu peso prprio, bem como pelo carregamento provocado pela fundao ao transferir a carga da super-estrutura.

deformaes do solo natural localizado abaixo do aterro, devido ao acrscimo de tenses pelo peso prprio do aterro e s cargas da super-estrutura podem ocorrer assentamentos significativos

46

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

nos casos de execuo de aterros e (ou) carregamento externos sobre aterros sanitrios desactivados, sero sujeitos a aces biolgico-qumicas decorrentes da degradao da matria orgnica.




ANLISE E PROJECTOFUNDAES SOBRE ATERROS SANITRIOS:Construes sobre unidades geotcnicas adversas podem contemplar diferentes alternativas de projeto: (a) evitar o problema atravs da remoo da camada de argila, (b) construo do aterro em etapas para possibilitar o consolidao faseada da argila durante o perodo de construo, (c) uso de geotxteis na interface aterro-fundao para melhorar as condies de estabilidade e (d) instalao de drenos geotxteispara acelerao do processo de consolidao.

47

ANLISE E PROJECTO

Vi l

FUNDAES SOBRE ATERROS SANITRIOS:

Vinculaes e conexes

48




SPT antes e aps escavao !

ENSAIOS DE SPT - ANTES E APS A ESCAVAO

7

9

110 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

N de Golpes

NOTA:

aps escavao !

-3

-1

1

3

5

Cot

as (m

)

SPT 01

SPT 02

SPT 03

SPT 04

SPT 05

SPT 06

SPT 07

SPT 08

SPT 09

Nvel da gua

ANTES

DEPO

Revelam as mesmas

caractersticas ?

49-13

-11

-9

-7

-5SPT 09

SPT 10IS

REALIDADE PR E PS-CONCLUSO DA ESCAVAO

MESMOS PARMETROS DE ENTIVAO DAESCAVAES E FUNDAES ?

50




FUNDAES SUPERFICIAISEXECUO

51

PROBLEMAS QUE ENVOLVEM

O SOLO !

Limitaes histricas de tecnologias de fundaesPROBLEMAS ASSOCIADOS EXECUO

E i t d d f d f d

52

Equipamentos de execuo de fundaes profundas (bate estacas etc.) e esquemas de fundaes antigas:





PROBLEMAS QUE ENVOLVEM ELEMENTOS ESTRUTURAIS

DE FUNDAO !

53


PROBLEMAS GERAIS

54




FUNDAES PROFUNDASEXECUO

ESTACAS CRAVADAS

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

PCC-19

00 250 500 750 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

Des

loca

men

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 METLICAS

FUNDAES PROFUNDAS

EXECUO

CRAVADAS

56




ESTACAS PR-MOLDADAS DE BETO

FUNDAES PROFUNDAS

EXECUO

57

FUNDAESPROFUNDAS

EXECUO

58

ESTACAS MOLDADAS IN SITU DE BETO




EXECUOESTACAS ESCAVADAS

59

EXECUO ESTACAS ESCAVADAS

60

Estaca Raiz (injectada) Estaca Hlice Contnua




EXECUO

61

ESTACAS ESCAVADAS (volume de beto)

EVENTOS POSTERIORES CONCLUSO DA FUNDAO

CARREGAMENTO

62

CARREGAMENTO PRPRIO DA SUPER-ESTRUTURA




ALTERAO DE USO DE

EVENTOS POSTERIORES CONCLUSO DA FUNDAO

TERRENOS VIZINHOS

63

Intervenes potencialmente indutoras de danos em edifcios Escavaes

junto a edifcios patrimoniais

Edi b h H ll

Movimentos associados a escavaes e danos em edifcios adjacentes

Edimburgh Hall

64

Estao do Aliados do Metro do Porto ->




EVENTOS PS-

CONCLUSODA

FUNDAO

DESLOCAMENTO TOTAL

50

52

54

56

58

60

62

64

66

68

70

72

Profundidade (m)

24-3-03 9:30GRANDES ESCAVAES

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 escavao

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 ESCAVAESIN-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 escavao

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 PS-CONCLUSO DA FUNDAO

ROTURA DE CANALIZAES ENTERRADASENTERRADAS

66




DEGRADAO DOS MATERIAIS

BETO

Tabela da correspondncia entre classe de agressividade e qualidade do beto (Ibracon, 2003)

Beto Tipo Classe de agressividade

I II III IV

Relaogua - cimento

Concreto Armado

0,65 0,60 0,55 0,45

67

em massa Beto Pr-esforado

0,60 0,55 0,50 0,45

Beto


68




AOCorroso (mm) em estacas metlicas em solos, acima e abaixo do lenol fretico

(E S d d EN 1993 2003)


(European Standard EN 1993-5, 2003)

Vida til 5 anos 25 anos 50 anos 75 anos 100 anos

Solos naturais no perturbados zero 0,30 0,60 0,90 1,20

Solos poludos (contaminao 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 no compactados 0,18 0,70 1,20 1,70 2,20

Aterros de materiais agressivos (resduos, etc.) no compactados

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

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

Interpretao de patologias por sinais de degradao estrutural

a meteorizao e alterao dos elementos de pedra;

a desagregao de argamassas ou outros

Terreiro do Pao em Lisboa

ou outros elementos de madeira;

ecim

ento

de

esta

cas

deira

70

a corroso de apoios metlicos, armaduras; etc.

Apo

dre

de m

ad




Eventos potencialmente indutores de danos em edifcios Infraescavaes causadas por inundaes

Dresden cheias de 2003

Cheias em Praga e cidades histricas da Bomia (Rep. Checa) 2003. No Houve danos estruturais nos edifcio

71

Houve danos estruturais nos edifcio.

Efeitos dos sismos em edifcios histricos

Estruturas sismicamente optimizadas (cascas)

done

sia

e sismicamente muito sensveis

Lisboa (1755)

Sung

ai, In

d

Bam, Iro (2003)

Cashmere,Pq (2005)

72

Izmit TURQUiA (Ag. 1999)

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