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Reabilitação e Reforço de Estruturas

Mestrado em Engenharia Civil

2011 / 2012

0/752011/2012

Paulo Lopes Pinto

Reabilitação e Reforço de EstruturasAula 19: Reforço de fundações.


Sumário

1. Tipos e materiais de fundação

2. Condicionantes– Movimentos – Capacidade de carga

3. Patologias– Manifestações– Causas– Diagnóstico

1/752011/2012

– Diagnóstico

4. Soluções de reforço– Reparação ou reforço dos materiais– Enrijecimento da estrutura– Aumento da área de apoio– Fundações indirectas (Estacas prensadas, microestacas, estacas

convencionais)– Fundações adicionais

– Reforço do solo (Jet-grout)5. Casos de obra


Sumário

1. Tipos e materiais de fundação2. Condicionantes

– Movimentos – Capacidade de carga


2/752011/2012

– Diagnóstico






• Fundações antigas– Alvenaria (pedra ou tijolo)– Madeira (estacas cravadas)– Aço (grelhas)

• Fundações recentes– Betão armado (fundações directas e indirectas)– Perfis metálicos (estacas cravadas)

3/752011/2012

– Perfis metálicos (estacas cravadas)



4/752011/2012

Alvenaria(pedra ou tijolo)

Grelhas c/ perfis metálicos

Betão armado



Fundações em alvenaria

• Fundação de pilares• Fundação de paredes• Fundação por arco apoiado em poços

5/752011/2012

• Fundação por arco apoiado em poços



Estacas de madeira

6/752011/2012



7/752011/2012



8/752011/2012


Sumário




9/752011/2012

– Diagnóstico





2. Condicionantes

• Movimentos – Assentamentos– Rotações– Vibrações

• Capacidade de carga

10/752011/2012


2. Condicionantes

Principais causas de danos em edifícios

Obras sobre aterros mal

compactados25%

Solos moles10%

Outras15%

11/752011/2012

Saturação20%Assentamentos

diferenciais20%

Obras adjacentes a outras

10%

10%


2. Condicionantes

Estrutura com uma parte fundada sobre um aterro e outra sobre um solo natural

12/752011/2012

Aterro Escavação Terreno natural

Fissura


2. Condicionantes

Patologias em alvenarias devidas a assentamentos da fundação

13/752011/2012

Fissuras devidas à deformação côncava

Fissuras devidas à deformação convexa

Fissuras devidas a assentamentos diferenciais


2. Condicionantes

Tipos de movimentos

s smin smax

L

14/752011/2012

a) b)

c)

smax

Assent. dife rencial δ=∆s=smax-smin

Distorção angular α=∆s/L= δ/L

smin smax δ

L Assentamento uniforme

Assentamento não uniforme

Inclinação


2. Condicionantes

Assentamento uniforme

15/752011/2012

Palácio das Belas Artes na cidade do México.O edifício assentou mais 2 m do que a rua. A subsidiência geral desta parte da cidade é de 7 m (Lambe, 1979)


2. Condicionantes

Inclinação

16/752011/2012


2. Condicionantes

Ponte de Penacova

17/752011/2012


2. Condicionantes

Movimentos admissíveis (Sowers, 1962)Tipo de movimento

Factor limitativo Assentamento máximo

Assentamento total

DrenagemAcessosProbabilidade de assentamentos diferenciais:- estruturas em paredes de alvenaria- estruturas em pórtico- chaminés, silos, ensoleiramentos

150 – 300 mm300 – 600 mm

25 – 50 mm50 – 100 mm75 – 300 mm

Inclinação Estabilidade em relação ao derrube Depende da altura (H) e da

18/752011/2012

Inclinação Estabilidade em relação ao derrube

Rotação de chaminés, torres, etc.Circulação de vagõesEmpilhamento de materiaisOperação de máquinas de fiação de algodãoOperação de turbo-geradoresCarris de gruasDrenagem de pavimentos

Depende da altura (H) e da distância entre apoios (L)

0.004L0.01L0.01L0.003L

0.0002L0.003L

0.01 – 0.02L

Assentamentos diferenciais

Muros de alvenariaFábricas de cerâmica de 1 piso (fissuras)Fissuração de rebocosEstrutura em betão armadoEstruturas com paredes de betão armadoEstruturas contínuas em açoEstruturas em aço de 1 tramo.

0.0005 – 0,0001L0.001 – 0.002L

0.001L0.0025 –0.004L

0.003L0.002L0.005L


2. Condicionantes

Distorção angular α = δ / L

1/100 1/200 1/300 1/400 1/500 1/600 1/700 1/800 1/900

Limite para maquinaria

Assentamento não uniforme

19/752011/2012

Limite para maquinaria sensível a assentamentos

Limite para estruturas com contrav entamentos em diagonal

Limite para f issuração de rev estimentos de edifícios

Limite para f issuração de paredes não resistentes

Limite para problemas com pontes rolantes

Limite a partir do qual a inclinação de edifícios altos e rígidos se torna visível

Fissuras de dimensões consideráv eis em paredes

Limite de segurança para paredes f lexív eis de tijolos, h/L<1/4

Limite para danos estruturais em edifícios correntes


2. Condicionantes

Capacidade de Carga

20/752011/2012

Transcona (1913)


2. Condicionantes

Rotura por falta de capacidade de carga

21/752011/2012


2. Condicionantes

Código de Hamurabi (2200 AC)

22/752011/2012


2. Condicionantes

“A - Se o construtor de uma casa não a fizer sólida e a casa sofrer colapso e provocar a morte do cliente então o construtor será executado.

...

Código de Hamurabi (2200 AC)

23/752011/2012

...

E – Se o construtor de uma casa não a fizer com os necessários requisitos préviamente estabelecidos e uma parede cair o construtor deverá refazê-la ás suas expensas”


Sumário




24/752011/2012

– Diagnóstico4. Soluções de reforço

– Reparação ou reforço dos materiais– Enrijecimento da estrutura– Aumento da área de apoio– Fundações indirectas (Estacas prensadas, microestacas, estacas




3. Patologias

• Deterioração dos materiais das fundações– Recobrimento das armaduras– Corrosão das armaduras

Manifestações

25/752011/2012

– Esmagamento do betão– Apodrecimento das estacas de madeira– Corrosão das estacas metálicas


3. Patologias

Como avaliar a perda de segurança?

26/752011/2012


3. Patologias

Problemas com a obra– Assentamentos e desaprumos– Alvenarias fissuradas– Danos estruturais

Manifestações

27/752011/2012

– Danos estruturais– etc


3. Patologias

Arquitectónicos– Fissuras em paredes e acabamentos– Roturas de painéis de vidroO reforço é opcional

Tipos de danos

28/752011/2012

Funcionais– Rotura de canalizações– Mau funcionamento de portas e janelas– Desgaste excessivo de calhas de elevadoresO reforço depende do nível dos danos


3. Patologias

Estruturais– Danos em vigas, pilares e lajesO reforço é sempre necessário

Tipos de danos

29/752011/2012


3. Patologias

Causas

• Ausência, insuficiência ou má qualidade das investigações geotécnicas

• Má interpretação das investigações geotécnicas• Má avaliação das cargas• Tensão admissível ou profundidade da fundação

30/752011/2012

• Tensão admissível ou profundidade da fundação inadequadas

• Modelos de cálculo incorrectos• Má execução• Factores externos (escavações, deslizes, cheias,

construções adjacentes, etc.)• Alteração à estrutura original e/ou sua utilização


3. Patologias

Diagnóstico

• Levantamento de danos, identificação de movimentos

• Execução de sondagens e/ou ensaios laboratoriais– Inspecção visual através de poços– Sondagens com recuperação de amostras (através da

31/752011/2012

– Sondagens com recuperação de amostras (através da fundação)

– Controle da posição do nível freático

• Instrumentação da obra


3. Patologias

Abertura de poço de inspecção

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3. PatologiasColocação de testemunhos de gesso

33/752011/2012


3. Patologias

Controle da abertura de fissuras

34/752011/2012

Fissurómetro


3. Patologias

Controle dos movimentos da estrutura

• Alvos topográficos

• Deflectómetros

• Inclinómetros

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• Inclinómetros

• Clinímetros

• Acelerómetros (vibrações)


3. Patologias

Fissurómetros

Alvos topográficos

36/752011/2012

Fissurómetro e testemunho de gesso


3. Patologias

Clinímetro

Fissurómetros

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Sumário




38/752011/2012

– Diagnóstico

4.Soluções de reforço– Reparação ou reforço dos materiais– Enrijecimento da estrutura– Aumento da área de apoio– Fundações indirectas (Estacas prensadas, microestacas, estacas

convencionais)– Fundações adicionais– Reforço do solo (Jet-grout)

5. Casos de obra


4. Soluções de reforço

• Permanentes• Temporárias• Substituição da fundação• Escoramentos auxiliares para a execução dos

reforços

39/752011/2012

reforços



Escoramento auxiliar para a execução de reforço

40/752011/2012



Tipos de Soluções

• Reforço do terreno de fundação– Injecções– Jet-grout

• Reparação e/ou Reforço da fundação– Injecção c/ caldas

41/752011/2012

– Injecção c/ caldas– Alargamento da base / recalçamento– Encamisamento– Substituição– Fundações indirectas

• Intervenção na estrutura– Enrijecimento da estrutura



Injecção de compactação

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Jet-grouting

43/752011/2012

Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3



Consolidação do material de fundação

• Procede-se à injecção das alvenarias soltas ou desagregadas com caldas de cimento ou de resinas

• Materiais de injecção: caldas de cimento estabilizadas por bentonite ou cal, caldas de cimento

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estabilizadas por bentonite ou cal, caldas de cimento especiais, caldas de silicato de potássio ou de sódio e resinas epoxídicas

• As pressões utilizadas são baixas (0,1 a 0,2 MPa) de modo a não danificar as alvenarias



Aumento da área de apoio

Alargamento e recalce

45/752011/2012

Confinamento lateral



Recalçamento da fundação

Verificações a efectuar:1. Determinação das cargas transmitidas à fundação2. Avaliação da carga máxima que pode ser transmitida ao terreno3. Determinação da área total, final de contacto solo/fundação, tendo

46/752011/2012

3. Determinação da área total, final de contacto solo/fundação, tendo em conta as cargas máximas admissíveis

4. Determinação da altura mínima do enchimento do recalçamento5. No caso de se tratar de uma fundação de betão armado, as

armaduras são dimensionadas pelo método das bielas

- Cuidado com as ligações entre betões diferentes (betão de retracção controlada, juntas cuidadas)

- Mobilização de toda a fundação



Fundações adicionais

Objectivo: Reduzir a tensão transmitida ao terreno

47/752011/2012



Estacas Prensadas

• Estacas seccionais (0,5 a 1,0 m de comprimento)• Colocadas com macacos hidráulicos

48/752011/2012



Estacas prensadas

49/752011/2012



Microestacas

• Tipos e execução• Dimensionamento• Ensaios de carga• Casos de obra

50/752011/2012

• Casos de obra



Microestacas - Aplicações

Redução/Eliminação de assentamentos

51/752011/2012

Suporte de novas cargas em zonas congestionadas

Redução/Eliminação de assentamentos

Suporte de escavações em zonas confinadas



Microestacas - Aplicações

Resistência a cargas de tracção ou dinâmicas

52/752011/2012

Reabilitação sísmica

dinâmicas

Recalce de fundações Estabilização de taludes



Microestacas

53/752011/2012



Microestacas

54/752011/2012



Microestacas

55/752011/2012

Reforço adicional para confinar o betão

Cabeça de ancoragem

Tubo corrugado

Cabeça de ancoragem

Reforço de varão

Reforço adicional para confinar o betão

Microestacas de varão

GEWI PILE - Dywidag Sistems International

Espaçador

Calda de cimento

Varão Dywidag (φ32 a φ62.5)

Conector

Espaçador



Sistemas de injecção

A. GravidadeB. Pressão através do tuboC. Injecção Global e Única (IGU)

- Feita a partir da cabeça da microestaca, com obturador

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- Feita a partir da cabeça da microestaca, com obturador simples

D. Injecção Repetitiva e Selectiva (IRS)- É utilizado um tubo com

válvulas-manchetes (TM) e obturador duplo

- Apresenta maior resistência



Execução

58/752011/2012

Varão, com IRS Tubo TM, com IRS



Execução

59/752011/2012



Disposição geométrica das microestacas

• Estacas verticais• Estacas “raiz”

60/752011/2012



Ds = diâmetro da selagem

Ls = comprimento de selagem

Dd = diâmetro do furo

Dimensionamento - Método de Bustamante

ssL LDT ⋅⋅⋅= πτ

ds DD ⋅= α

61/752011/2012

ds

Solo α Quantidades mínimas de calda aconselhada, Vi

IRS IGU

SeixoSeixo arenosoAreia médiaArgilaMarga ou calcário margoso

1,81,6 a 1,81,4 a 1,51,8 a 2,01,8

1,3 a 1,41,2 a 1,41,1 a 1,21,21,1 a 1,2

1,5 Vs1,5 Vs1,5 Vs2,5 a 3 Vs para IRS e 1,5 a 2 Vs para IGU1,5 a 2 Vs para camada compacta



Método de BustamanteAtrito lateral para argila e silte

62/752011/2012


600

700

800

IRS

IGU


Método de BustamanteAtrito lateral para areia e seixo

63/752011/2012

0

100

200

300

400

500

0 20 40 60 80 100 120 140

NSPT

ττ ττ max

(kP

a)



Método de BustamanteAtrito lateral para marga e calcário margoso

600

700

800

IRS

IGU

64/752011/2012

0

100

200

300

400

500

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

NSPT

ττ ττ max

(kP

a)



Método de BustamanteAtrito lateral para rocha alterada e fragmentada

1000

1200

1400

IRS

IGU

65/752011/2012

0

200

400

600

800

0 50 100 150 200

NSPT

ττ ττ max

(kP

a)



Coeficientes de segurança

Tipo de fundação injectada

Duração da utilização

Valor do coeficiente de segurança em serviço

Tracção Compressão

66/752011/2012

Ancoragem Provisória 1,8 -

Definitiva 2,0 -

Microestaca Provisória 2,0 1,8

Definitiva 2,2 2,0

FS

TT L

adm =



Ensaio de compressão

67/752011/2012



Ensaio de tracção

68/752011/2012



Ensaio de tracção

69/752011/2012



Esquemas de carregamento (FHWA)

• Ensaio de rotura• Ensaio de verificação

– Carga de ensaio = FS * Carga de serviço

70/752011/2012

• Ensaio de recepção– Carga de ensaio = 1.67 * Carga de serviço

• Ensaio de fluência


Sumário




71/752011/2012

– Diagnóstico





5. Casos de obra

72/752011/2012

Fundação do Pilar da Ponte de S. João


5. Casos de obra

Estacas “tradicionais”

• Estacas moldadas• Estacas cravadas

73/752011/2012

- Limitação: Dificuldade no acesso ao local


5. Casos de obra

Enrijecimento da estrutura

74/752011/2012

Viga de rigidez

Travamento


Bibliografia

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2. Coelho, S.A. (1996). Tecnologia de Fundações. Edições E.P.G.E

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75/752011/2012

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