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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAL E CONSTRUÇÃO CIVIL

LEANDRO MOURA ARAGÃO

PLANO DE MONITORAMENTO DE RECALQUE DE FUNDAÇÕES DO BLOCO ATELIÊ DO CURSO DE ARQUITETURA E URBANISMO DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO CEARÁ

FORTALEZA 2011

ii



FEDERAL DO CEARÁ Monografia submetida à Coordenação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil. Orientador(a): Prof. (a) Magnólia M. Campelo Mota - D.Sc.

FORTALEZA 2011

iii



FEDERAL DO CEARÁ

Monografia submetida à Coordenação do Curso de Engenharia Civil, da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.

Aprovada em ____/_____/_____

BANCA EXAMINADORA

_____________________________________________________________ Prof(a). Dr(a). Magnólia Maria Campelo Mota (Orientadora)

Universidade Federal do Ceará – UFC

_____________________________________________________________ Prof. Dr. Joaquim Eduardo Mota


_____________________________________________________________ Prof. Dr. Alfran Sampaio Moura


iv

AGRADECIMENTOS

A DEUS, que me deu vida e inteligência, e que me dá força para continuar a

caminhada em busca dos meus objetivos.

À professora Magnólia pela dedicação na orientação para realização deste

trabalho, que sem sua importante ajuda não teria sido concretizado.

Aos meus pais, Aderson e Sandra, que me ensinaram a não temer desafios e a

superar os obstáculos com humildade.

Aos professores Joaquim e Alfran por fazerem parte da banca examinadora, e

subsidiarem os conhecimentos necessários para minha formação e elaboração deste trabalho.

Aos professores do curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará

pelo emprenho na contribuição da minha formação acadêmica.

Aos meus amigos do curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará

pelo incentivo e apoio durante a realização do trabalho.

Aos meus amigos, Iury Rocha e Tiago Brasileiro, que contribuíram de uma forma

especial para minha formação ética e profissional.

A empresa ROCHABRASIL Engenharia pelo fornecimento de informações

necessárias para o desenvolvimento deste trabalho.

E aos demais que, de alguma forma, contribuíram na elaboração desta

Monografia.

v

RESUMO

O monitoramento de recalques de fundações, assim como os demais controles de qualidade realizados para outros elementos da construção civil, possui a finalidade de atestar e garantir o desempenho funcional do elemento. Tendo em vista que a tendência global da indústria é a normatização dos processos de controle de qualidades de produtos fabricados, o mesmo deverá ocorrer para a construção civil, e por tanto, será necessário desenvolver e aplicar metodologias para certificar o desempenho dos elementos construtivos, inclusive de fundações. Neste trabalho é proposto um plano de monitoramento de recalques para o apoio na tomada de decisão no que diz a respeito a execução de um reforço ou não nas fundações existentes na obra de reforma do bloco Ateliê do curso de Arquitetura e Urbanismo da Universidade Federal do Ceará. O objetivo é descrever o elemento a ser estudado, identificando todas as características inerentes ao fenômeno dos recalques e definir todas as diretrizes para elaboração do monitoramento descrevendo todas as etapas a serem seguidas, a instrumentação necessária, os elementos a serem monitorados e as informações a serem captadas para análise e conclusões. Palavras-chaves: Monitoramento de recalques, Desempenho de Fundações, Interação solo-estrutura.

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LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 – Transferência de esforços. ...................................................................................... 1

Figura 1.2 – Tipos de recalques. ................................................................................................. 1

Figura 1.3 – Construção da referência fixa de nível (PETROBRAS, 2005). ............................. 5

Figura 1.4 – Referência fixa de nível ou bench-mark (MOTA, 2009) ....................................... 5

Figura 1.5 – Pino de recalque (MOTA, 2009) ............................................................................ 6

Figura 1.6 – Utilização dos pinos de recalque. ........................................................................... 6

Figura 1.7 – Nível ótico (MOTA, 2009) .................................................................................... 7

Figura 1.8 – Mira com chapa de Invar. (MOTA, 2009) ............................................................. 7

Figura 1.9 – Nivelamento geométrico. ....................................................................................... 8

Figura 2.1 – Movimentação das fundações conforme NBR 6122 (ABNT, 2010). ................. 10

Figura 2.2 – Fases do recalque (VELLOSO & LOPES, 2010). ............................................... 11

Figura 2.3 – Curva carga x recalque drenada e não drenada (VELLOSO & LOPES, 2010). .. 12

Figura 2.4 – Ábaco de Z1 em função de B (VELLOSO & LOPES, 2010). .............................. 16

Figura 2.5 – Distorção angular e danos associados (VELLOSO & LOPES, 2010). ................ 20

Figura 3.1 – Localização do Campus do Benfica da UFC. ...................................................... 22

Figura 3.2 – Vista interna das novas instalações. ..................................................................... 23

Figura 3.3 – Vista da fachada norte do edfício. ........................................................................ 23

Figura 3.4 –Detalhe de ligação entre o pórtico metálico e a estrutura antiga. .......................... 23

Figura 3.5 – Ligação entre as estruturas de concreto (existente) e metálica (nova). ................ 24

Figura 3.6 – Locação dos Furos de Sondagem (ROCHABRASIL, 2011). .............................. 26

Figura 3.7 – Perfil individual de sondagem SP-01 - folha 01 (ROCHABRASIL, 2011). ....... 27



Figura 3.10 – Perfil individual de sondagem SP-02 - folha 02 (ROCHABRASIL, 2011). ..... 30



Figura 3.13 - Perfil Geotécnico. ............................................................................................... 33

Figura 4.1 – Locação do Bench-Mark. ..................................................................................... 34

Figura 4.2 – Detalhe da caixa protetora do Bench-Mark segundo a N-1811 (PETROBRÁS, 2005) ......................................................................................................................................... 36

Figura 4.3 – Identificação dos pilares a serem monitorados. ................................................... 37

Figura 4.4 – Instrução de instalação dos pinos de recalques. ................................................... 38

Figura 4.5 – Área de influência dos pilares. ............................................................................. 40

Figura 4.6 – Planilha de acompanhamento de medição de leituras. ......................................... 41

vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 – Tensões básicas da norma NBR 6122 (ABNT, 1996). ........................................ 13

Tabela 2.2 – Fatores de forma Is para carregamentos na superfície de um meio de espessura infinita (Perloff, 1975, apud VELLOSO & LOPES, 2010). .................................................... 19

Tabela 2.3 – Fatores de forma Is . Ih para carregamentos na superfície de um meio de espessura finita (Harr, 1966, apud VELLOSO & LOPES, 2010). ........................................... 19

Tabela 4.1– Materiais necessários para execução da instrumentação do monitoramento. ....... 39

viii

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 1

1.1 Justificativa .................................................................................................................. 3

1.2 Objetivos ...................................................................................................................... 4

1.2.1 Objetivo geral ..................................................................................................... 4

1.2.2 Objetivos específicos ......................................... Erro! Indicador não definido. 1.3 Metodologia ................................................................................................................. 4

1.4 Estrutura do Projeto de Graduação .............................................................................. 8

2 RECALQUES ................................................................................................................... 10

2.1 Fases e comportamento do recalque .......................................................................... 10

2.2 Métodos de previsão de recalques ............................................................................. 12

2.2.1 Métodos empíricos ........................................................................................... 13

2.2.2 Métodos semi-empíricos .................................................................................. 14

2.2.3 Métodos teóricos .............................................................................................. 18

2.3 Efeito do recalques e recalques admissíveis .............................................................. 20

3 BLOCO ATELIÊ DO CURSO DE ARQUITETURA ..................................................... 22

3.1 Localização ................................................................................................................ 22

3.2 Estrutura da edificação ............................................................................................... 23

3.3 Formação geológica da região ................................................................................... 25

3.3.1 Perfil Geotécnico .............................................................................................. 25

4 DIRETRIZES DO MONITORAMENTO ........................................................................ 34

4.1 Locação e execução do Bench-Mark ......................................................................... 34

4.2 Locação e execução dos pinos de recalque ................................................................ 37

4.3 Materiais .................................................................................................................... 39

4.4 Rotina de Medição ..................................................................................................... 39

4.4.1 Prova de carga .................................................................................................. 40

4.4.2 Planilha de acompanhamento ........................................................................... 41

4.5 Compilação dos dados e análises ............................................................................... 42

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................................... 44

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 46

1

1 INTRODUÇÃO

A análise fundamental de estruturas tem como objetivo definir os esforços,

deslocamentos e reações de apoio. Para estruturas de edifícios de concreto armado, a análise

estuda a transferência de esforços entre seus elementos desde as lajes, que recebem cargas

provenientes da utilização comum da estrutura, até o maciço de solo quase “incompressível”

(com elevado módulo de elasticidade) sobre o a qual estão assentadas as fundações como

ilustra a Figura 1.1. Denomina-se esta interface da análise estrutural com a transferência de

esforços para o solo de interação solo-estrutura.

Figura 1.1 – Transferência de esforços.

O motivo fundamental para se estudar a interação solo-estrutura é o fato de que

um solo sob um determinado carregamento sofrer deformações e provocar recalques nos

elementos de fundações das estruturas. Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), recalque é o

movimento descendente de um elemento estrutural e convencionou-se representar o recalque

com o sinal positivo. Quando o recalque se dá de forma global denomina-se o fenômeno de

recalque uniforme, quando a ocorrência é diferente para os elementos da estrutura denomina-

se o fenômeno de recalque diferencial. Tal comportamento é ilustrado na Figura 1.2.

Figura 1.2 – Tipos de recalques.

“ “

2

Na prática da análise e projeto de estruturas, tem-se de um lado o projetista de

estruturas, que realiza sua análise admitindo a hipótese de que os apoios dos pórticos

estruturais estão engastados na base e não sofrem recalques, do outro lado o projetista de

fundações analisa os esforços transmitidos pela estrutura e realiza o dimensionamento das

fundações de tal forma a atender os valores limites de recalques e tensões admissíveis para o

solo. Os esforços decorrentes dos recalques são desprezados e não se leva em consideração a

rigidez global da estrutura na redistribuição dos esforços.

Na medida em que o comportamento previsto pelo projetista de fundações diverge

do comportamento real, é necessário reavaliar os modelos estruturais analisados e verificar a

segurança em serviço e a perca da funcionalidade da estrutura considerando o ocorrido de

fato. Se verificado a necessidade de reforço através do monitoramento de recalque, o mesmo

pode ser realizado ainda na fase construtiva da obra e assim evitar medidas corretivas

emergenciais após a conclusão da mesma.

Contudo, a prática de monitoramento de recalques é raramente utilizada em obras

de edifícios de concreto armado, pois se admite que o risco de perda de estabilidade da

estrutura devido a recalques é mínimo, principalmente em fundações profundas e logo não se

faz necessária à execução de tal procedimento. A ausência desta prática torna difícil o

desenvolvimento de novas teorias a respeito do mecanismo de interação solo-estrutura as

quais poderiam tornar a análise estrutural mais otimizada.

Assim como os demais processos de controle tecnológico realizados em obra, o

monitoramento de recalques visa avaliar o desempenho dos elementos constituintes da mesma

e neste caso específico o desempenho das estruturas de fundações. Seguindo a tendência

global de certificar e atestar a qualidade dos produtos industrializados, o monitoramento de

recalque tenderá a torna-se uma prática comum nas obras.

Segundo a mais recente norma brasileira sobre projeto e execução de fundações, a

NBR 6122 (ABNT, 2010), seguindo o item 9.1 que descreve os requisitos para avaliação do

desempenho das fundações, o monitoramento de recalque passa a ser exigido para as

seguintes situações:

a) Estruturas nas quais a carga variável é significativa em relação à carga total,

tais como silos e reservatórios;

b) Estruturas com mais de 60 m de altura do térreo até a laje de cobertura do

último piso habitável;

3

c) Relação altura/largura (menor dimensão) superior a quatro;

d) Fundações ou estruturas não convencionais.

Além do controle de desempenho das fundações, o monitoramento de recalques

pode vir a reforçar as teorias relacionadas às interações solo-estrutura, de tal maneira a ajudar

o desenvolvimento de algumas teorias e tornar práticas às análises do mecanismo de iteração

solo-estrutura nas atividades rotineiras dos escritórios de projetos de estruturas.

Além disso, o ganho de experiência local a respeito do comportamento do solo

ajuda a esclarecer fenômenos patológicos ocorridos em obras já concluídas, visto que a

interferência do comportamento do solo não se restringe apenas aos pontos de aplicação das

cargas das fundações.

1.1 Justificativa

A tendência internacional é enquadrar os elementos que compõem as fundações e

contenções nas exigências de verificação de desempenho e controle de qualidade de produtos

industrializados. Dessa forma se faz necessária a elaboração de laudos e certificados de

controle de desempenho (SUSSUMU et al, 1996).

A ausência de medições de recalque pode ser explicada pelo fato de os projetistas

acreditarem que os recalques em fundações profundas são menores que em fundações rasas e,

portanto, aceitáveis (MOTA, 2009).

Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), as obras onde as cargas mais relevantes são

as verticais, é fundamental a medição de recalques para o controle e observação do

comportamento da obra. A norma também acrescenta que o principal objetivo desta medição

é permitir a comparação entre os valores medidos e os valores calculados, tendendo o

aprimoramento das teorias de previsão de recalques.

Ao se considerar o mecanismo de interação solo-estrutura na prática de análise

estrutural de edifícios, o modelo para representar o comportamento estrutural torna-se mais

fiel à realidade levando a elaboração de projetos de fundações otimizados, e até mesmo

viabilizando projetos de fundações que seriam inaceitáveis em uma análise convencional

(GUSMÃO & GUSMÃO FILHO, 1994).

Segundo Danziger et al (2000), a prática brasileira de fundações consiste em

realizar o controle de recalque apenas em situações em que são observados problemas em

4

edificações, tais como trincas ou rachaduras. Eles enfatizam a importância da medida dos

recalques desde o início da construção como um controle de qualidade das fundações.

Nota-se que a prática de monitoramento de recalque, apesar de pouca

utilização, é de extrema importância e se faz necessária sua aplicação para o aprimoramento

da experiência local a respeito do comportamento do solo sob diferentes situações de

carregamento e fundações.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo geral

Elaborar um plano de monitoramento de recalques das fundações do bloco Ateliê

do curso de Arquitetura e Urbanismo da Universidade Federal do Ceará, para se avaliar a

necessidade de reforço das fundações.

1.3 Metodologia

Esta pesquisa inicia-se com a elaboração de uma revisão bibliográfica que aborda

assuntos relacionados com mecanismos de interação solo-estrutura, buscando apresentar uma

visão geral do fenômeno de recalque para diversas situações. Nesta revisão são apresentados

as definições e os tipos de recalques existentes, bem como teoremas utilizados para previsão

dos mesmos.

Em seguida é realizada uma investigação preliminar para levantar todas as

características inerentes ao fenômeno do recalque para a edificação em estudo. São coletadas

informações a respeito das características gerais da edificação, como por exemplo, tipo de

estrutura e o tipo de utilização. São coletados também informações a respeito das fundações

da edificação existente e os perfis de sondagem para reconhecimento da geologia da região.

Todas as informações levantadas são apresentadas no capítulo 3.

Devido à escassez de estudos relacionados ao monitoramento de recalques e a

pouca diversidade de técnicas para realizá-lo, optou-se por realizar a programação das

medições de recalque através da técnica de nivelamento geométrico, que segundo a NBR

13133 (ABNT, 1990), consiste em um método direto para se determinar o desnível entre dois

pontos, um sendo a referência fixa de nível e os outros sendo os pontos de observação.

5

A referência fixa de nível é materializada através da execução de um bench-mark

que segundo a N-1811 é definido como sendo um ponto fixo e irrecalcavel utilizado para

controle de recalques (PETROBRAS, 2005). Este deve ser instalado em local seguro e livre

de qualquer fator que comprometam sua estabilidade. A seguir apresenta-se a Figura 1.3 com

um desenho esquemático da construção de um bench-mark e a Figura 1.4 com uma foto do

mesmo executado.

Figura 1.3 – Construção da referência fixa de nível (PETROBRAS, 2005).

Figura 1.4 – Referência fixa de nível ou bench-mark (MOTA, 2009)

O bench-mark consiste em uma haste metálica com uma polegada de diâmetro,

cravado em uma camada de solo bastante resistente e consolidado com uma injeção de

cimento de tal forma a evitar possíveis movimentações verticais. A haste é envolvida por um

tubo com 3 polegadas de diâmetro e preenchida com uma graxa grafitada para evitar

influencia do tubo externo sobre o interno e proteger contra a corrosão. Na extremidade

superior da haste é colocado um apoio semi-esférico para as miras e é feita uma proteção com

uma caixa de alvenaria ou concreto (ALONSO, 1991).

6

Para materialização dos pontos de observações utilizam-se pinos de recalques

engastados na base de cada pilar respectivo as fundações em que se deseja realizar o

monitoramento. Vale salientar que se deve admitir que os deslocamentos observados sejam

provenientes especificamente dos recalques sofrido pelas fundações, desprezando possíveis

deformações do conjunto pilar-fundação. Cada pino é constituído de duas partes como ilustra

Figura 1.5.

Figura 1.5 – Pino de recalque (MOTA, 2009)

A parte da esquerda representa o pino macho que deverá ser fixado no pilar. Já a

parte da direita representa o pino fêmea removível. Este mecanismo visa à proteção da

superfície do pino fêmea, já que este é somente utilizando quando realizado as medições de

recalque. A Figura 1.6 exemplifica a utilização dos pinos descritos.

Figura 1.6 – Utilização dos pinos de recalque.

Com a materialização dos pontos, pôde-se realizar a medições de desníveis

utilizando a técnica de nivelamento geométrico em circuito fechado prescrita pela norma

brasileira NBR 13133 (ABNT, 1990). Para tal procedimento são utilizados os seguintes

equipamentos:

• Nível ótico modelo WILD NA3 (Figura 1.7);

• Tripé de aço;

7

• Mira com barra de Invar (Figura 1.8).

Figura 1.7 – Nível ótico (MOTA, 2009)

Figura 1.8 – Mira com chapa de Invar. (MOTA, 2009)

O nível ótico a ser utilizado deve ser dotado de placa plano paralela e munido de

micrômetro os quais amplificam a precisão. Tal aparelho possui uma precisão de leitura na

ordem de 0,0001 m.

É importante lembrar que a aferição do aparelho deve ser realizada por empresas

especializada e que se deve evitar a utilização do aparelho em locais desprotegidos contra

eventuais variações de temperatura. A utilização do Invar como material de fabricação da

barra ajuda a diminuir os efeitos da dilatação térmica a qual a barra esta sujeita.

Para ilustrar o procedimento de nivelamento geométrico tem-se a Figura 1.9. O

nivelamento geométrico consiste na leitura dos comprimentos La e Lb e em seguida, a partir

da diferença entre as leituras, obtêm-se a diferença de nível ΔL entre o pino de recalque e o

bench-mark.

8

Figura 1.9 – Nivelamento geométrico.

Sabendo que o solo se deforma sobre determinada condição de carga, o

monitoramento do recalque se da pelo acompanhamento periódico da evolução do desnível

entre o bench-mark (BM) e o pino de recalque. Por fim, a cota de um ponto genérico (P) em

observação é obtida utilizando as seguintes expressões.

∆� = �� − �� (1.1)

�� = �� − ∆� (1.2)

A partir daí é possível registrar o deslocamento em função de outro parâmetro

controlável, no caso deste estudo, o acréscimo de carga sobre cada fundação através de provas

de cargas.

1.4 Estrutura do Projeto de Graduação

O primeiro capítulo faz uma breve introdução dos assuntos tratados neste

relatório, apresentando os objetivos gerais e específicos, uma breve descrição da metodologia

utilizada e a estruturação do projeto de graduação.

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No segundo capítulo apresenta-se uma revisão bibliográfica sobre assuntos

relacionados a recalques e interação solo-estrutura, faz-se uma breve descrição e

contextualização dos assuntos tratados nesta pesquisa.

No terceiro capítulo faz-se uma descrição detalhada do local onde está sendo

realizado o estudo, identificando as principais características estruturais e geológicas da

região;

No quarto capítulo faz-se uma descrição detalhada do processo de monitoramento,

dos equipamentos utilizados, do plano de monitoramento e do local onde está sendo realizado;

No quinto capítulo apresentam-se um modelo de manual prático para execução do

monitoramento de recalques e a programação de monitoramento propriamente dita.

No sexto capítulo apresentam-se as considerações finais e conclusões deste

trabalho e sugestões para novas pesquisas.

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2 RECALQUES

Neste capítulo são abordadas algumas definições a respeito do fenômeno de

recalque de fundações, bem como alguns métodos utilizados para realização de sua previsão e

a definição do recalque admissível.

Segundo a antiga norma brasileira de projeto e execução de fundações, NBR 6122

(ABNT, 1996), recalque é definido como sendo o movimento vertical descendente realizado

pelas fundações devido ao processo de interação solo-estrutura. O movimento ascendente das

fundações é denominado de levantamento.

Já segundo a nova norma brasileira de fundações NBR 6122 (ABNT, 2010) a

movimentação das fundações é descrita conforme a Figura 2.1 a seguir.

Figura 2.1 – Movimentação das fundações conforme NBR 6122 (ABNT, 2010).

2.1 Fases e comportamento do recalque

Segundo Velloso e Lopes (2010), ao carregar-se uma fundação, observamos duas

fases distintas do recalque sofrido pela mesma conforme ilustra a Figura 2.2. A primeira delas

ocorre imediatamente após o carregamento e é chamada de recalque imediato ou elástico. O

fenômeno é devido ao comportamento elásticos dos grãos do solo que conserva

pequena energia elástica oriunda do

A segunda fase é chamada de recalque no tempo

(expulsão da águas dos poros e redução do índice de vazios) e ao fenômeno de compressão

secundária (redução do volume de água adsorvida n

compressão).

Figura

Velloso e Lopes

em solos argilosos parcialmente

consequentemente o recalque no tempo ocorre relativamente rápido, pois o acréscimo de

poropressões com o carregamento é praticamente insignificante.

Outro importante aspecto para entendimento do fenômeno

relação às condições de drenagem para solos que apresentam baixa permeabilidade

faz se necessário apresentar um pouco mais afundo o processo de adensamento dos solos

Ao aplicar-se uma carga sobre um solo saturado

carga sendo resistida pelos grãos de solo e outra pela água presente nos poros. Com o

acréscimo de pressão sobre a água gera

movimentação da mesma dentro do solo. Com o passar do tempo, a

migra para pontos de baixa pressão e provoca uma redução no índice de vazios e logo a

parcela da carga resistida pela água vai sendo transferida para os grãos de solo, ocasionando

assim um aumento das forças de contato entre os grão

devido ao comportamento elásticos dos grãos do solo que conserva

pequena energia elástica oriunda do atrito provocado pelo rolamento entre

A segunda fase é chamada de recalque no tempo e ocorre devido ao adensamento


secundária (redução do volume de água adsorvida nos grãos de solo devido a uma

Figura 2.2 – Fases do recalque (VELLOSO & LOPES, 2010).

Velloso e Lopes (2010) concluem que em solos predominantemente arenosos e

em solos argilosos parcialmente saturados, tem-se um processo de drenagem rápida e


poropressões com o carregamento é praticamente insignificante.

Outro importante aspecto para entendimento do fenômeno

relação às condições de drenagem para solos que apresentam baixa permeabilidade

faz se necessário apresentar um pouco mais afundo o processo de adensamento dos solos

se uma carga sobre um solo saturado temos que u

resistida pelos grãos de solo e outra pela água presente nos poros. Com o

acréscimo de pressão sobre a água gera-se então um potencial hidráulico, causando assim a

movimentação da mesma dentro do solo. Com o passar do tempo, a água presente nos poros



das forças de contato entre os grãos.

11

devido ao comportamento elásticos dos grãos do solo que conservam uma

atrito provocado pelo rolamento entre si.

devido ao adensamento


os grãos de solo devido a uma

, 2010).

concluem que em solos predominantemente arenosos e

se um processo de drenagem rápida e


Outro importante aspecto para entendimento do fenômeno do recalque é com

relação às condições de drenagem para solos que apresentam baixa permeabilidade e para isso

faz se necessário apresentar um pouco mais afundo o processo de adensamento dos solos.

temos que uma parcela desta

resistida pelos grãos de solo e outra pela água presente nos poros. Com o

se então um potencial hidráulico, causando assim a

água presente nos poros



Velloso e Lopes

carga-recalque de uma fundação: (i) carregamento rápido e não drenado e (ii) carregamento

lento e drenado. Tal comportamento é ilustrado na Figura 2.3.

Figura 2.3 – Curva carga x recalque drenada e não drenada (

Como apresentando na figura acima, podemos ver que em uma situação não

drenada ou de drenagem lenta

situação drenada, porém os valores de recalques na curva da situação não drenada são

menores do que na curva da situação drenada para valores de carga inferiores ao da carga de

ruptura. Nota-se que o comportamento não drenando se apresenta mais

drenado

2.2 Métodos de previsão de recalques

Podemos separar os métodos de previsão de recalque em três categorias:

• Métodos empíricos;

• Métodos semi

• Métodos

Os métodos empíricos

admissíveis através da utilização de tabelas que correlacionam o tipo de solo com valores

típicos de tensões. Tais valores de tensão são estimados com base em valores admissíveis de

recalques para estruturas convencionais.

Velloso e Lopes (2010) avaliam duas possíveis situações do comportamento

recalque de uma fundação: (i) carregamento rápido e não drenado e (ii) carregamento

lento e drenado. Tal comportamento é ilustrado na Figura 2.3.

Curva carga x recalque drenada e não drenada (VELLOSO & LOPES


ou de drenagem lenta, a ruptura ocorre para um valor de carga menor do



se que o comportamento não drenando se apresenta mais

Métodos de previsão de recalques


Métodos empíricos;

Métodos semi-empíricos;

Métodos teóricos.

métodos empíricos são aqueles onde se obtém valores típicos da



recalques para estruturas convencionais.

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avaliam duas possíveis situações do comportamento

recalque de uma fundação: (i) carregamento rápido e não drenado e (ii) carregamento

VELLOSO & LOPES, 2010).


, a ruptura ocorre para um valor de carga menor do que para a



se que o comportamento não drenando se apresenta mais rígido do que o


são aqueles onde se obtém valores típicos das tensões



13

Os métodos semi-empíricos utilizam parâmetros de deformabilidade e resistência

obtidos por correlações com resultados obtidos por ensaios de campo (SPT ou CPT),

aplicados a modelos teóricos ou adaptações para a previsão de recalques.

Por fim, os métodos teóricos são aqueles que utilizam parâmetros de

deformabilidade e resistência obtidos através de ensaio de laboratório e campo (placa e

pressiômetros) em modelos de previsão de recalques teóricos exatos.

2.2.1 Métodos empíricos

Como mencionado anteriormente, a utilização de um método empírico implica na

obtenção de um valor admissível de tensão com base na estratigrafia do solo correspondente

aos recalques aceitos para obras de pequeno porte com estruturas convencionais. Logo, não se

obtêm o valor exato do recalque, mas admite se que este deverá ser menor do que os valores

de recalques admissíveis contanto que a tensão aplicada ao solo seja menor do que as tensões

básicas estabelecidas por normas. A Tabela 2.1 mostra os valores de tensões básicas para

diferentes tipos de solos, transcrita da norma brasileira NBR 6122 (ABNT, 1996).

Tabela 2.1 – Tensões básicas da norma NBR 6122 (ABNT, 1996).

Classe Descrição σo (MPa)

1 Rocha sã. Maciça, sem laminações ou sinal de decomposição 3,0

2 Rocha laminadas, com pequenas fissuras, estratificadas 1,5

3 Rochas alteradas ou em decomposição ver nota

4 Solos granulares concrecionados. Conglomerados 1

5 Solos pedregulhosos compactos e muito compactos 0,6

6 Solos pedregulhosos fofos 0,3

7 Areias muito compacta 0,5

8 Areias compactas 0,4

9 Areias medianamente compacta 0,2

10 Argilas duras 0,3

11 Argilas rijas 0,2

12 Argilas médias 0,1

13 Siltes duros (muito compactos) 0,3

14 Siltes rijos (compactos) 0,2

15 Siltes médios (medianamente compactos) 0,1

Nota: Para rochas alteradas ou em decomposição, deve-se levar em conta a natureza da rocha matriz e o grau de decomposição.

14

Apesar de muitas dessas tabelas apresentarem resultados bastantes conservadores,

algumas medidas de precaução devem ser tomadas quando forem utilizadas. A análise do

perfil do solo deve contemplar toda a possível região afetada pelo carregamento das

fundações, não levando em conta apenas a camada de solo em contato direto com o a base da

fundação.

Seguindo as recomendações da norma brasileira NBR 6122 (ABNT, 1996),

existem outros aspectos a serem considerados para a definição da tensão admissível, para

casos distintos como, por exemplo, de fundações assentadas sobre rocha, em solos moles ou

fofos, em solos expansíveis e solos colapsíveis. Existem também algumas prescrições

adicionais para o caso de solo predominantemente granulares e solos argilosos.

2.2.2 Métodos semi-empíricos

Os métodos semi-empíricos baseiam-se na utilização de correlações entre os

resultados dos ensaios de campo (SPT e CPT) com as propriedades de deformabilidade do

solo. Segundo Velloso e Lopes (2010), os métodos semi-empíricos foram desenvolvidos

inicialmente para atender modelos de previsões de recalques em areias, devido à dificuldade

de se ensaiar e manusear as amostras desses materiais em laboratório de maneira

representativa e condizente com as condições naturais. Em seguida, estes métodos passaram a

ser utilizados para argilas não saturadas e logo após para argilas em geral.

Vale salientar que, apesar de não possuírem resultados tão féis quantos os

métodos teóricos exatos, estes métodos são os mais utilizados devido ao alcance de grandes

profundidades pelos ensaios de campo, permitindo assim na maioria dos casos, uma avaliação

de toda a região afetada pelo carregamento da fundação. A utilização de métodos teóricos

implica na obtenção direta de parâmetros de deformabilidade e resistência do solo nos quais a

profundidade se torna um fator limitante, pois na medida em que se aumenta a profundidade

do solo em estudo, aumenta-se a dificuldade para extração de amostra que conservem boa

parte das condições naturais e a aplicação de ensaios específicos.

a) Método de Terzaghi e Peck

Terzaghi e Peck (1948, 1967, apud VELLOSO & LOPES, 2010) propõem a

seguinte formulação para obtenção de uma tensão aplicada ao solo associada a um recalque de

1 polegada:

15

�� = 4,4 �� − 310 �� + 1�2� ! (2.1)

onde:

qadm = tensão em kgf/cm², que produz s = 1”;

B = menor dimensão em pés do elemento de fundação (B ≥ 4’);

N = índice de resistência a penetração Nspt na profundidade de assentamento da fundação.

No caso de um nível d’água superficial ou próximo a profundidade de

assentamento, recomenda-se a redução do valor de qadm pela sua metade.

b) Método de Meyerhof

Segundo Meyerhof (1965, apud VELLOSO & LOPES, 2010), pode-se relacionar

a tensão aplicada e recalque de uma sapata assente sobre um solo arenoso conforme as

seguintes expressões:

�� = �. #��8 %&� ≤ 4� (2.2)

�� = �. #��12 �� + 1�� ! %&� > 4′ (2.3)

onde:

qadm = tensão em kgf/cm²;

B = menor dimensão em pés do elemento de fundação (B ≥ 4’);

s = recalque admissível em polegadas.

N = índice de resistência a penetração Nspt na profundidade de assentamento da fundação.

c) Burland e Burbridge

Segundo Burland e Burbridge (1985, apud VELLOSO & LOPES, 2010), recalque

em areias pode ser estimado a partir do SPT através da formulação:

* = ��+,, 1,71�.,/ 0102 (2.4)

onde:

w = recalque em mm.

q = pressão aplicada em kN/m²;

B = menor dimensão da fundação em m;

N = média do número de golpes no SPT na profundidade de influência

fs = fator de forma dado por:

L = maior dimensão da fundação em m;

fl = fator de espessura compressível (

Sendo que, para H > Z1, f1 = 1,0.

A profundidade de influência

pela Figura 2.4.

Figura 2.4 –

ressão aplicada em kN/m²;

= menor dimensão da fundação em m;

= média do número de golpes no SPT na profundidade de influência Z

= fator de forma dado por:

01 = 3 1,25 �� 0,255

= maior dimensão da fundação em m;

= fator de espessura compressível (H) dado por:

02 = 67. �2 � 67.�

= 1,0.

A profundidade de influência Z1 pode ser obtida utilizando o ábaco representado

Ábaco de Z1 em função de B (VELLOSO & LOPES, 2010).

16

Z1.

(2.5)

(2.6)

de ser obtida utilizando o ábaco representado

, 2010).

17

Os autores ainda fazem as seguintes recomendações:

a. Para areias previamente comprimidas ou em fundações assentes em fundos de

escavações, os valores de recalque podem ser minorados em até 3 vezes. Com

isto, a expressão do recalque fica:

* = �� 2389,�� +,, 1,71�.,/ 01 02 2.7

b. N não necessita de correção para tensões efetivas verticais geostáticas.

c. Se N for maior do que 15 em areias finas ou siltosas submersas, a seguinte

correção deve ser feita:

�:;<< = 15 � 0,5(� � 15) (2.8)

No caso da ocorrência de pedregulhos:

�:;<< = 1,25� (2.9)

Para se estimar o recalque no tempo, utiliza-se o fator ft encontrado utilizando a

expressão abaixo, multiplicando-se o seu valor pelo recalque inicial (w).

0= = 1 � >? � >= log 3 (2.10)

onde:

R3 = índice de recalque adicional que ocorrer nos primeiros 3 anos (sugerem 0,3 para cargas

estáticas e 0,7 para cargas que variam);

Rt = índice de recalque adicional que ocorrer por cada ciclo logarítmico de tempo após 3 anos

(sugerem 0,2 para cargas estáticas e 0,8 para cargas que variam);

t = número de anos (maior que 3).

18

2.2.3 Métodos teóricos

Os métodos teóricos podem fornecer uma previsão de recalque de duas maneiras:

por (i) cálculo direto, onde se obtém um valor estimado para recalque diretamente e por (ii)

cálculos indiretos, onde o valor estimado para o recalque é obtido pela soma de várias

deformações específicas.

O cálculo direto pode ser realizado através da solução da Teoria da Elasticidade

ou através de métodos numéricos. Embora, os métodos numéricos participem de várias

soluções de engenharia, na prática de uma análise de deformações, esta metodologia é pouco

empregada. Para se estimar o valor do recalque a partir dos conceitos da teoria da elasticidade

aplica-se a seguinte expressão:

* = �� 1 � C!D E1E� EF (2.11)

onde:

q = pressão média aplicada;

B = menor dimensão da sapata;

ν = Coeficiente de Poisson;

E = Módulo de Young;

Is = fator de forma da sapata e de sua rigidez (no caso flexível, depende da posição do ponto:

centro, bordo, etc.);

Id = fator de profundidade/embutimento;

Ih = fator de espessura de camada compressível.

Segundo Lopes (1979, apud VELLOSO & LOPES, 2010), é recomendável

desprezar o efeito do embutimento e considerar por questões de segurança Id = 1,0.

O fator de forma (Is) pode ser obtido utilizando a Tabela 2.2, para carregamentos

na superfície (Id = 1,0) sobre um solo cuja espessura de camada compressível é infinita (Ih =

1,0).

19

Tabela 2.2 – Fatores de forma Is para carregamentos na superfície de um meio de espessura infinita (Perloff, 1975, apud VELLOSO & LOPES, 2010).

Flexível Rígido

Forma Centro Borda Média

Círculo 1,00 0,64 0,85 0,79

Quadrado 1,12 0,56 0,95 0,99

Retângulo

L/B = 1,5 1,36 0,67 1,15

2 1,52 0,76 1,30

3 1,78 0,88 1,52

5 2,10 1,05 1,83

10 2,53 1,26 2,25

100 4,00 2,00 3,70

1000 5,47 2,75 5,15

10000 6,90 3,50 6,60

No caso de problemas com espessuras de camadas compressíveis finitas utiliza-se

a Tabela 2.3 para obter-se o produto Is. Ih.

Tabela 2.3 – Fatores de forma Is . Ih para carregamentos na superfície de um meio de espessura finita (Harr, 1966, apud VELLOSO & LOPES, 2010).

Retângulo

h/a Círculo m = 1 m = 2 m = 3 m = 5 m = 7 m = 10 m = ∞

0 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

0,2 0,096 0,096 0,098 0,099 0,099 0,099 0,099 0,100

0,5 0,225 0,226 0,231 0,233 0,236 0,237 0,238 0,239

1 0,396 0,403 0,427 0,435 0,441 0,444 0,446 0,452

2 0,578 0,609 0,698 0,727 0,748 0,757 0,764 0,784

3 0,661 0,711 0,856 0,910 0,952 0,965 0,982 1,018

5 0,740 0,800 1,010 1,119 1,201 1,238 1,256 1,323

7 0,776 0,842 1,094 1,223 1,346 1,402 1,442 1,532

10 0,818 0,873 1,155 1,309 1,475 1,556 1,619 1,758

∞ 0,849 0,946 1,300 1,527 1,826 2,028 2,246 ∞

h = espessura do meio; a = B/2; m = L/B

20

2.3 Efeito do recalques e recalques admissíveis

O movimento das fundações sugere um deslocamento provocado em elementos

estruturais previamente projetados para permanecerem estáticos. Com isso, o recalque de

apoio provoca uma redistribuição dos esforços e consequentemente poderão surgir fissuras

nos pontos onde não foram previsto um acréscimo de tensões devido a este fato. Estas

fissuras, podem não aparecer na estrutura propriamente dita, mas também poderá ocorrer em

elementos de vedação ou em revestimentos e podendo provocar danos a outros elementos de

serviço em um edifício como, por exemplo, o rompimento ou entupimento de tubulações e o

empenamento de janelas ou portas.

A partir do exposto, tem-se que o recalque admissível deve ser estabelecido

conforme a necessidade de utilização de uma edificação, como por exemplo, edificações

projetadas para o funcionamento de máquinas que admitem recalques nulos, e a tolerâncias

quanto à formação de fissuras. Obviamente que, mesmo para valores de recalques que não

comprometam o desempenho estrutural de uma edificação, devem ser respeitadas as

condições limites de resistência do solo.

Para se ter uma idéia da magnitude dos valores de recalques admissíveis, a Figura

2.5 apresenta alguns danos associados às distorções angulares, conforme o propõem Bjerrum

(1963, apud VELLOSO & LOPES, 2010) e complementado por Vargas e Silva (1973, apud

VELLOSO & LOPES, 2010).

Figura 2.5 – Distorção angular e danos associados (VELLOSO & LOPES, 2010).

21

Para os recalques totais limites, existem a recomendação de trabalhos de Terzaghi

e Peck (1948, apud VELLOSO & LOPES, 2010) e Skempton e MacDonald (1956, apud

VELLOSO & LOPES, 2010) para fundações assentes sobre solos arenosos e outros para solos

argilosos. Lembrando que as instruções descritas nestes trabalhos são utilizadas para

operações rotineiras, sendo necessário um estudo aprofundado para os casos dependendo do

julgamento do projetista sobre a obra.

Segundo Terzaghi e Peck (1948, apud VELLOSO & LOPES, 2010), para sapatas

assente em areias, recomenda-se um valor limite de 25 mm para o recalque total e 50 mm no

caso da utilização de radiers. Skempton e MacDonald (1956, apud VELLOSO & LOPES,

2010) complementam sugerindo um valor de recalque total limite para sapatas isoladas de 40

mm e no intervalo de 40 a 65 mm para radiers, contanto que a distorção angular máxima

(βmáx) seja de 1/500. Para solos argilosos, os valores recomendados pelos autores citados

anteriormente são de 65 mm para sapatas isoladas e variando de 65 a 100 mm para o caso de

radiers.

22

3 BLOCO ATELIÊ DO CURSO DE ARQUITETURA

3.1 Localização

O objeto de estudo deste trabalho é a obra de reforma do edifício do bloco atelier

do curso de Arquitetura e Urbanismo da Universidade Federal do Ceará, o qual está situado

nas dependências do Campus do Benfica da universidade, cujo endereço é Avenida da

Universidade, 2890, bairro Benfica, na cidade de Fortaleza do estado do Ceará. A seta preta

indica na Figura 3.1 a localização da referida obra.

Figura 3.1 – Localização do Campus do Benfica da UFC.

A obra teve seu início no dia 05 de Janeiro de 2011 e foi estimado para sua

entrega um prazo de 210 dias corridos. A empresa responsável pela reforma e ampliação do

edifício é a Construtora Bela Vista Ltda. e é fiscalizada pela Coordenadoria de Obras e

Projetos (COP) da Pró-reitoria de Planejamento da UFC. O custo estimado para obra é de R$

1.392.079,10.

O novo bloco contará com uma estrutura metálica para sua coberta e terá um

segundo andar para quatro novas salas, os quais contribuirão para o acréscimo de carga as

fundações existentes. Além da coberta e do segundo pavimento, estão sendo reformadas as

salas do pavimento inferior, construção de novos banheiros, novas áreas de circulação e um

elevador para deficientes físicos terem acesso ao pavimento superior.

23

As Figuras 3.2 e 3.3 ilustram a situação física da obra no dia 05 de setembro de

2011.

Figura 3.2 – Vista interna das novas instalações.

Figura 3.3 – Vista da fachada norte do edfício.

3.2 Estrutura da edificação

A estrutura metálica é composta por nove pórticos, com perfis do tipo “I”, ligados

por chapas e parafusos, espaçados de 7,0 metros totalizando um comprimento de

aproximadamente 56,0 metros no sentido longitudinal e 16,0 metros no sentido transversal.

A coberta metálica está anexada à estrutura de concreto armado existente através

de pórticos metálicos ligados por chapas de aço aparafusadas na estrutura antiga conforme

ilustra a Figura 3.4. As ligações ocorrem em quatro pilares já existentes na fachada norte,

enquanto no restante da estrutura, os pórticos metálicos se estendem até superfície do terreno

e se apóiam em novas fundações. Além da ligação com os pilares, a estrutura metálica está

ligada também à estrutura de concreto armado por vigas metálicas, fazendo com que a rigidez

global da estrutura seja compartilhada entre a estrutura metálica e a de concreto armado.

Figura 3.4 –Detalhe de ligação entre o pórtico metálico e a estrutura antiga.

24

Na Figura 3.5 apresentam-se alguns dos pontos de ligação entres os pórticos

metálicos e os pilares de concreto armado existentes.

Figura 3.5 – Ligação entre as estruturas de concreto (existente) e metálica (nova).

Para solução em fundações adotadas para estrutura já existente, foi relatado que as

mesmas eram do tipo bloco quadrado de concreto assentes a uma profundidade de 1,5 metros

da superfície do terreno e apresentava dimensões entre 1,20 e 0,80 metros. Este tipo de

fundação não apresenta armaduras, pois na sua concepção adota-se que a tensão máxima de

tração exercida internamente ao elemento não é superior a resistência a tração do concreto.

Logo, costumam-se utilizar este tipo de fundações para situações onde as cargas verticais são

pequenas ou em estruturas de pequeno porte. No caso deste objeto de estudo, as fundações

foram projetadas para receber carga apenas proveniente do peso de uma laje de coberta.

Atualmente a obra encontra-se com o prazo para entrega em atraso devido ao

levantamento de questionamentos a respeito do desempenho das fundações já existentes para

o acréscimo de carga oriundo da ampliação das instalações do bloco. Logo, para avaliar as

condições de estabilidades da estrutura, é necessário realizar um monitoramento dos recalques

das fundações antigas, aplicando-se provas de cargas nas proximidades dos pilares a serem

monitorados e medindo-se o deslocamento vertical descendente dos mesmos tendo como

referência um nível fixo. As diretrizes para execução deste monitoramento são apresentadas

no capítulo seguinte.

25

3.3 Formação geológica da região

Segundo Miranda (2005, apud MOTA, 2009) a formação geológica da região

metropolitana de Fortaleza é constituída por rochas cristalinas (metamórficas e ígneas) do

Complexo Nordestino e de sedimentos terciários do Grupo Barreiras e Dunas (edafizadas e

móveis).

Ainda segundo Miranda (2005, apud MOTA, 2009) A formação cristalina é

recoberta por uma camada de solo residual oriundo da alteração da rocha local, divido em três

horizontes distintos. O mais superficial apresenta matérias areno-argilosos com pedregulhos,

de cor marrom, com a ocorrência de raízes e material orgânico, em uma pequena espessura e

com baixa relevância para obras de engenharia. O segundo horizonte, denominado de solo

residual maduro, é constituído por areias argilosas com pedregulhos, de cor marrom ou

amarela, e o último horizonte é caracterizado como saprolito, ou seja, um solo residual jovem,

que possui a aparência da rocha gnáissica, e sendo constituído por areias, siltes e argilas em

diferentes proporções.

O Grupo Barreiras é constituído de misturas areias, siltes e argilas e em diferentes

frações, formando camada de areias argilosas, areias siltosas e argilas areno-siltosa, com a

ocorrência frequente de cascalhos e pedregulhos e coloração diversificada. Este tipo de solo

geralmente não apresenta problemas para solução em fundações superficiais de obras de

pequeno porte, porém necessita de fundações profundas para obras de porte maior.

A formação Dunas é constituída pelas areias finas e médias, podendo apresentar

ocasionalmente siltes, com coloração amarela, laranja ou cinza clara. Geralmente sua

ocorrência se dá sobre os sedimentos do Grupo Barreiras, em espessuras de até 15 m e

compacidade crescente. A baixa compressibilidade das areias torna este tipo de solo bom para

suportar pequenas edificações com solução em fundações diretas. Para obras com que

necessitam uma capacidade de suporte maior, deverão ser necessárias soluções com

fundações profundas.

3.3.1 Perfil Geotécnico

Para caracterizar o perfil geotécnico da região, foram realizados ensaios de

sondagem a percussão em três pontos nas proximidades da obra como ilustra a Figura 3.6. O

laudo das sondagens realizadas foi fornecido por uma empresa especializada da cidade de

26

Fortaleza Vale salientar que foram obedecidas as normas vigentes para execução das

sondagens.

Figura 3.6 – Locação dos Furos de Sondagem (ROCHABRASIL, 2011).

As Figuras 3.7 a 3.12 mostram o perfil individual das sondagens realizadas SP-01,

SP-02 e SP-03.

Bloco ATELIÊ

27

Figura 3.7 – Perfil individual de sondagem SP-01 - folha 01 (ROCHABRASIL, 2011).

28


29


30


31


32


33

Observa-se que pelos perfis de sondagem que o material característico do subsolo

até uma profundidade média de 12,0 metros é uma areia siltosa de compacidade fofa a pouco

compacta de cor cinza, amarela ou variegada, assemelhando se a formação geológica do

grupo Dunas. O restante do subsolo investigado apresenta materiais de granulometria mais

fina (silte arenosos, silte areno-argilosos, argilas silto-arenosas) com a ocorrência de

pedregulhos e com elevado índice de resistência à percussão e assemelhando se ao grupo

Barreiras.

A partir destes perfis individuais foi possível a elaboração do perfil geotécnico da

região a partir dos pontos SP-01 a SP-03, para uma melhor visualização da estratigrafia

apresentado na Figura 3.13.

Figura 3.13 - Perfil Geotécnico.

Por se tratar de um material que se enquadra no grupo dos solos grossos e

apresentar um baixo grau de compacidade e consequentemente elevado índice de vazios, o

mesmo deverá apresentar uma permeabilidade elevada. Desta maneira, podemos prever que o

adensamento primário irá ocorrer de forma instantânea quando houver a saturação do solo da

região submetido aos carregamentos provenientes dos acréscimos de carga.

34

4 DIRETRIZES DO MONITORAMENTO

4.1 Locação e execução do Bench-Mark

Para execução do bench-mark (BM) ou referência fixa de nível deve ser adotado

os procedimentos prescritos pela norma técnica da N-1811 – Instalação de Referência de

Nível Profunda (RNP) (PETROBRÁS, 2005).

O local para instalação do BM foi escolhida de tal forma a não sofrer

interferências externas, protegida de eventuais danos, e em um ponto onde se permita o

estacionamento do nível ótico para a visada de todos os pontos desejados no monitoramento.

A Figura 4.1 ilustra a posição onde deverá ser realizada a instalação do BM para o

monitoramento.

Figura 4.1 – Locação do Bench-Mark.

A instalação do BM deve ser realizada através de um furo de sondagem

geotécnica a percussão, com tubos de revestimentos de ϕ 2 ½’’ ou ϕ 3’’, executados conforme

a norma brasileira NBR 6484 (ABNT, 2001).

Na execução das sondagens, deverá ser utilizado o trado concha de 3” e ao

encontrar-se o nível d’água ou material impenetrável a esta ferramenta o furo deve ser

35

revestido e prosseguido por lavagem até a profundidade do limite de sondagem definidos

pelos critérios de paralisação prescritos pela norma.

O BM será constituído por dois tubos concêntricos: revestimento e haste de

cravação. Tais tubos serão as próprias ferramentas utilizadas para o avanço da perfuração da

sondagem. O tubo externo de revestimento terá a finalidade de proteger o tubo interno.

A haste do BM deve ter sua extremidade inferior (cota de assentamento) assente

na cota correspondente ao impenetrável à percussão obtida na instalação do revestimento ou,

quando o impenetrável estiver a grande profundidade, forem obtidos índices de resistência à

percussão iguais ou superiores a 30 golpes para a cravação dos 30 cm finais nos últimos

4 metros.

Para medir a resistência do terreno à penetração e, para extração de amostras,

deverá ser utilizado o amostrador padrão com 2” e 1 3/8” de diâmetro externo e interno,

respectivamente, o qual será cravado no terreno por meio de sucessivos golpes de um martelo

de 65 kg, com altura de queda livre de 75 cm.

Durante a cravação do amostrador, deverão ser registrados os números de golpes

necessários para fazer penetrar o amostrador no terreno a cada 15 cm, até a penetração total de

45 cm para cada 1,0m de profundidade avançado na perfuração. A soma do número de golpes

para cravação dos últimos 30 cm é o próprio índice de resistência a percussão do solo.

Após a conclusão da cravação das hastes deverá ser injetado, sob pressão uma

calda de cimento, obedecendo a um teor água cimento igual a 0,5, (cinco décimos), que

extravasará através dos orifícios localizados na ponta da haste para solo, de tal maneira a

formar uma base alargada, fixando a haste no solo. A calda de cimento deverá preencher o

interior da haste até sua extremidade superior. Em seguida, o espaço anelar entre os dois tubos

deve ser preenchido com graxa grafitada anticorrosiva de tal modo a proteger a integridade

das hastes.

A etapa seguinte é a colocação de uma caixa protetora de concreto ou metálica

com tampa envolvendo a extremidade superior do BM. A Figura 4.2 esquematiza um exemplo

de caixa que pode ser adotada. Na extremidade superior da haste deverá ser colocado um

tampão e sobre este deverá ser colada com epóxi uma semi-esfera de latão para o apoio da

mira.

36

Figura 4.2 – Detalhe da caixa protetora do Bench-Mark segundo a N-1811 (PETROBRÁS, 2005)

Após a instalação do BM, deverão ser elaborado um relatório contendo uma parte

descritiva do processo, um desenho da locação e um desenho apresentado o perfil

esquemático da instalação. Esta documentação certificará a utilização do BM para realização

do monitoramento.

37

Na parte descritiva devem constar todas as informações sobre a execução da

sondagem, a cravação do BM e outras observações. No desenho de locação devem ser

fornecidas as coordenadas e a elevação da cabeça do BM. No desenho do perfil esquemático

da instalação do BM, devem ser fornecidas todas as cotas de instalação dos tubos, indicadas

ao lado do respectivo perfil de sondagem executado.

4.2 Locação e execução dos pinos de recalque

Foram escolhidos para o monitoramento três pilares da estrutura de concreto

armado, sendo dois externos situados na fachada norte e um interno conforme é apresentada

na Figura 4.3.

Figura 4.3 – Identificação dos pilares a serem monitorados.

38

Procurou-se na escolha destes pontos, alguns pilares que estivessem mais sujeitos

a alteração de esforços pela ligação entre a estrutura nova e antiga, e um pilar o qual não foi

realizada a ligação e pertencente à outra fileira de pilares. Desta maneira, o monitoramento

terá uma cobertura maior sobre a obra.

Para instalação do pino macho deverá ser realizada uma perfuração no concreto já

endurecido, em seguida a limpeza do furo e por fim a colocação do pino e o preenchimento

com argamassa. A Figura 4.4 exemplifica o processo de instalação dos pinos de recalque.

Figura 4.4 – Instrução de instalação dos pinos de recalques.

EIXO DA FACE

39

4.3 Materiais

Para a instrumentação da obra, podemos estimar as seguintes quantidades de

materiais apresentadas na Tabela 4.1.

Tabela 4.1– Materiais necessários para execução da instrumentação do monitoramento.

Item Descrição Unid. Quantidade

1 Haste – Tubo metálico de ϕ - 1’’ m 19,0

2 Haste perfurada – Tubo metálico perfurado de ϕ - 1’’ m 1,0

3 Revestimento - Tubo metálico de ϕ - 2 ½ ’’ m 18,5

4 Graxa grafitada anticorrosiva kg 250,0

5 Semi-esfera de latão un. 1,0

6 Tampão de ϕ - 1’’ un. 1,0

7 Caixa de proteção* un. 1,0

8 Pinos de recalque un. 3,0

Os materiais listados referem-se tanto para execução da referência fixa de nível

quanto para a instalação dos pinos de recalques. Vale salientar que as quantidades estimadas

referem-se à execução de um monitoramento para três pontos de medição e um bench-mark

com 20,0 metros de profundidade aproximadamente.

4.4 Rotina de Medição

As leituras do nivelamento serão realizadas em circuito fechado, ou seja, a

primeira e última leituras deverão ser realizadas no mesmo ponto que é o próprio BM. Com o

posicionamento adequado do nível ótico é possível a visada de todos os pontos desejados no

monitoramento sem a necessidade de mudança da posição da estação.

Deve-se procurar realizar as leituras em condições ambientais adequadas, em

horários onde a influência da temperatura não cause interferência nas medições, em espaços

com boa luminosidade e evitando vibrações na estrutura.

Em um primeiro momento deverão ser determinadas as cotas dos pontos a serem

monitorados para determinação dos valores de referência. Em um segundo momentos deverão

ser realizadas leituras para cada evento de carregamento da estrutura conforme o plano de

prova de carga apresentado a seguir.

40

4.4.1 Prova de carga

Para realização da prova de carga, sugere-se que sejam realizadas de forma a

simular o estágio final da obra, ou seja, considerando as cargas provenientes dos pesos

próprios dos elementos não estruturais (revestimento do piso e divisórias) e as cargas devidas

a sua utilização (sobrecarga). Logo, adotou-se que deverão ser aplicados uma sobrecarga de

5,0 kN/m² dentro das áreas de influência de transferência de carga das lajes para os pilares

conforme assinalado na Figura 4.5.

Figura 4.5 – Área de influência dos pilares.

Esta medida visa à obtenção de um valor aproximado de sobrecarga direta sobre

as fundações existentes de tal forma a tornar possível a aplicação das teorias apresentadas

para estimativa do recalque. A aplicação desta sobrecarga poderá ser realizada através de

pessoas ou preferencialmente com sacos de areias ou cimento, colocados gradativamente em

unidades, para que sejam realizadas leituras para cada acréscimo de carga, até que seja obtida

a sobrecarga estimada de 5,0 kN/m².

41

4.4.2 Planilha de acompanhamento

A seguir é apresentado na Figura 4.6 um modelo de planilha a ser preenchida pelo

operador do nível quando forem realizadas as medições de recalques.

FICHA DE MEDIÇÃO DE NIVELAMENTO GEOMÉTRICO

Obra: __________________________________________ Folha: ___________________

Local: __________________________________________ Data: ______/______/______

Operador: _______________________________________ Visto: ___________________

Ponto Sobrecarga Leitura de ré

Leitura intermediária

Leitura de vante

Desnível Cota de referência

Figura 4.6 – Planilha de acompanhamento de medição de leituras.

42

4.5 Compilação dos dados e análises

Após a coleta de dados e cálculos necessários para determinação dos recalques

sofridos de cada fundação, inicia-se a apresentação final dos resultados. Nesta apresentação

deverá ser elaborado um relatório contemplando uma parte descritiva dos processos realizados

para obtenção dos dados, incluindo a descrição da realização da instrumentação da obra com a

instalação do BM e dos pinos de recalques, desenhos com a locação da referida

instrumentação, gráficos dos recalques sofridos e dos recalques previstos e um desenho

esquemático da bacia de recalques.

Em outra parte deste relatório deverão ser apresentados dados referentes aos

valores medidos de recalques e as distorções angulares sofridas pela estrutura e comparadas

com os valores admissíveis e os danos associados conforme apresentado no capítulo 2 deste

trabalho.

A distorção angular é definida como sendo a razão entre o recalque diferencial

entre duas fundações e a distância entre elas. Deverão ser obtidos os valores de distorção

angular para os pares de pilar P1-P2, P1-P3 e P2-P3. Desta maneira, segue-se a seguinte

formulação:

G = ∆H� (4.1)

Para o caso do monitoramento periódico durante e após a conclusão da obra,

poderão ser obtidos valores para velocidades de recalques, calculando-se a razão entre o

recalque sofrido e o intervalo de tempo entre as leituras.

Segundo Alonso (1991), para prédios construídos há mais de 5 anos e

considerados estabilizados, é comum medir valores de velocidades de recalques inferiores a

20I/dia. Para valores entre 20I/dia e 40I/dia considera-se que a velocidade é de moderada a

alta. Para valores maiores do que 40I/dia, a velocidade é considerada elevada e, portanto

preocupante.

Ainda segundo Alonso (1991), Para prédios com idade entre 1 a 5 anos, são

aceitáveis valores de velocidade de 30I/dia. Para prédios em construção e apoiados em

fundações superficiais, como é o caso do objeto de estudo deste trabalho, podem ser

consideradas normais velocidades de 200I/dia.

43

Vale salientar que estes valores são para casos considerados “normais”, podendo

ser aceitos valores maiores dependendo dos fatores externos à obra, como por exemplo, o

rebaixamento de lençol d’água e escavações de valas profundas próximas a obra.

Por se tratar de uma avaliação que necessita de tempo para coleta de dados, esta

última análise poderá ser realizada dependendo do prazo para definição da ação a ser tomada

com relação ao reforço das fundações existentes.

44

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Este trabalho tem como objetivo fornecer as instruções necessárias para realização

do monitoramento de recalques de uma obra de reforma, para que com isso sejam obtidas

algumas informações necessárias no apoio à tomada de decisão no que se refere ao reforço

das fundações. O caráter de planejamento deste trabalho permitirá ao responsável pelo

monitoramento a execução de um trabalho eficiente e eficaz e de forma a minimizar possíveis

erros na captação de dados em campos. Além disso, o próprio planejamento poderá vir a ser

um objeto de estudo, permitindo sugestões melhorias para os equipamentos e práticas

adotadas.

Em relação ao resultado do monitoramento, vale salientar que, se for constatado

que a estrutura do edifício em estudo é passiva de sofrer recalques excessivos, o próximo

passo para o apoio na tomada de decisão é a avaliação de quanto tempo será necessário para

estabilização dos recalques, os possíveis danos associados e uma comparação entre os custos

de reparo da estrutura e reforço das fundações.

A metodologia aqui apresentada pode e deve ser aplicada para ampliação dos

estudos relacionados à interação solo-estrutura nos mais diversos tipos de situações a fim de

melhorar a experiência local a respeito do comportamento do solo da região. A partir do

exposto neste trabalho, e das pesquisas realizadas para sua elaboração, nota-se uma carência

de técnicas para realização do monitoramento de recalques e de outras metodologias para

avaliação do desempenho de fundações diretas.

Como sugestão para trabalhos futuros e aperfeiçoamento deste pode-se citar:

• Melhoria dos equipamentos utilizados no monitoramento com a utilização

de equipamentos de leitura mais precisos;

• Desenvolvimento de novos métodos de monitoramento de recalques para

fundações diretas;

• Desenvolvimento de novas metodologias para avaliar o desempenho da

interação solo-estrutura;

• Calibração de metodologias existentes de previsão de recalques com base

na experiência local para determinação de recalques para os solos da

região;

45

• Estudos de monitoramento de recalque para obras que possuem cargas

dinâmicas, como por exemplo, pontes ou aerogeradores.

• Proposta para criação de normas regulamentadoras da metodologia de

monitoramento de recalques através do nivelamento geométrico;

46

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13133: Execução de levantamento topográfico. Rio de Janeiro, 1994. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122: Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2010. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122: Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 1996. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6484: Solos – Sondagens de simples reconhecimento com SPT – Método de ensaio. Rio de Janeiro, 2001. ALONSO, U. R. (1991). Previsão e controle de fundações, Editora Edgard Blucher Ltda. São Paulo, 142p. DANZIGER, B. R.; DANZIGER, F. A. B. ; CRISPEL, F. A. (2000). A medida de recalque desde o início da construção como um indicador da interação solo-estrutura. Simpósio Interação Estrutura-Solo em Edifícios, EESC, Departamento de Geotecnia, São Carlos, São Paulo, em CD-ROM GUSMÃO, A. D.; GUSMÃO FILHO, J. A., (1994). Avaliação da influência da interação solo-estrutura em edificações. In: X Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, v. 2, pp. 447-454, Salvador, Bahia, Brasil. MOTA, M. M. C. (2009). Interação solo-estrutura em edifícios com fundação profunda: método numérico e resultados observados no campo. Tese (Doutorado em Engenharia de Estruturas) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 221p. PETROBRAS (2005). N-1811: Instalação de referência de nível profunda. Brasil. ROCHABRASIL Engenharia (2011). Relatório Geotécnico de Sondagem a Percussão – UFC: Campus do Benfica. Fortaleza, Ceará.

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SUSSUMU, N., AOKI, N., CHAMECKI P. R. (1996). Verificação de desempenho In: Fundações: Teoria e Prática. 2ª ed. São Paulo: PINI. Cap 20, p 723 – 749. VELLOSO, D. A., LOPES F. R. Fundações – Volume Completo. São Paulo: Oficina de Textos, 2010.

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