Patologia Das Fundações - 30-10-2006

Patologia das FundaçõesPatologia das Fundações

Alexandre Duarte Gusmão, D.Sc.POLI-UPE, CEFET-PE

Gusmão Engenheiros Associados

ApresentaçãoApresentaçãoIntroduçãoSegurança das fundaçõesMovimentos da fundaçãoRecalque da fundaçãoTipos de DanosLevantamento de DanosDiagnósticoMovimentos AdmissíveisMonitoramento de Obras

IntroduçãoIntrodução

Partes de uma edificaçãoPartes de uma edificação

Conceito de FundaçõesConceito de Fundações

A fundação é responsável pela transferência das cargas ao terreno

EQUILÍBRIO

ANTES

?

=>

Tipos de FundaçõesTipos de Fundações

FUNDAÇÃO SUPERFICIAL FUNDAÇÃO PROFUNDA

V

V

Rl

NT NT

Rp

Rp

Comportamento das FundaçõesComportamento das Fundações

Transferência de carga

V

V

S S

VrupV

S

Comportamento das FundaçõesComportamento das Fundações

Prova de carga estática em estaca

V V1

V2

Vn

S1 S2Sn

S

D

Vrup

...

0.00

10.00

20.00

30.00

REC

ALQ

UE

(mm

)

0.00 1000.00 2000.00 3000.00 4000.00CARGA (kN)

PROVA DE CARGA

VAN DER VEEN

Vrup = 3267 kNa = 0.2125 mm-1b = 0.0835

ESTACA HÉLICE CONTÍNUA - 600 mm DIÂMETRO

Requisitos de ProjetoRequisitos de Projeto

REQUISITOSDE PROJETO

ESTABILIDADE

DEFORMAÇÕESTOLERÁVEIS

DURABILIDADE

ELEMENTO

TERRENO

DANOSESTÉTICOS

DANOSFUNCIONAIS

DANOSESTRUTURAIS

Segurança das FundaçõesSegurança das Fundações

ConceitoConceito

A segurança está sempre relacionadaao binômio carga-resistência dos materiais.

CARREGAMENTOATUANTE

RESISTÊNCIA DOSMATERIAIS

SEGURANÇA

AnáliseAnálise DeterminísticaDeterminística

0.00

10.00

20.00

30.00

REC

ALQ

UE

(mm

)

0.00 1000.00 2000.00 3000.00 4000.00CARGA (kN)

PROVA DE CARGA

VAN DER VEEN

Vrup = 3267 kNa = 0.2125 mm-1b = 0.0835

ESTACA HÉLICE CONTÍNUA - 600 mm DIÂMETRO

FS = ?Vadm = ?Custos ?Segurança ?

SEGURANÇA

CUSTOS

AnáliseAnálise ProbabilísticaProbabilística

S , R

p

S R

PROBABILIDADE DE RUÍNA(S > R)

ExercícioExercício ProfissionalProfissional

Insucesso ?Seguro profissional ?

“O exercício profissional é um grande desafio”

Movimentos da FundaçãoMovimentos da Fundação

TerminologiaTerminologia

CasoCaso de de ObraObraP1 P2 P3 P4

P5P6 P7 P8 P9

P10

P11 P14P15 P16

P17 P18 P19 P20

P21 P22P23 P24 P25 P26

P29 P30 P31 P32 P33 P34

0 2 4 6 8 Obs.: Os pilares P12, P13, P27 e P28 não existem.

Recalque da FundaçãoRecalque da Fundação

TiposTipos de de RecalquesRecalques

SEVOLUÇÃO DO RECALQUE

tSi

Ss

Sp

t =~ 0 ta

S

RecalqueRecalque ImediatoImediato

Si

σ

σ

Vo = Vf

RECALQUE IMEDIATO

Ocorre logo após o carregamentoMais importante em solos arenosos

RecalqueRecalque porpor AdensamentoAdensamento PrimárioPrimário

Expulsão da água dos vaziosMais importante em solos argilosos

RECALQUE POR ADENSAMENTO PRIMÁRIO

t = 0

ÁGUAÁGUA

Sa

Δσ

ÁGUA

Δσ Δσ

ΔσΔ

=ú = Δσ

0 ΔσΔ

=ú =

0

0

ΔσΔ

=ú =

Δσ0

t > 0 t = oo++

PONTE TORRE-PARNAMIRIM

RecalqueRecalque porpor AdensamentoAdensamento SecundárioSecundário

Compressão visco-plástica do esqueleto sólidoMais importante em solos orgânicos

ImportânciaImportância RelativaRelativa

TIPO DE SOLO RECALQUEIMEDIATO

ADENSAMENTOPRIMÁRIO

ADENSAMENTOSECUNDÁRIO

Areias SIM NÃO NÃO

Argilas POSSÍVEL (NÃO)

SIM POSSÍVEL (SIM)

Solos Orgânicos POSSÍVEL (SIM)

POSSÍVEL (NÃO) SIM

CausasCausas dos dos RecalquesRecalquesTipo Discriminação Exemplo

Carregamento EstáticoDinâmico

Própria obra e obras vizinhasMáquinas, veículos, etc.

Variação de umidade

Variação sazonalDrenagemCortes no relevoBarragem

ChuvaSeca prolongadaAbsorção por plantasEvaporaçãoRegularização rios e canaisRebaixamento do NA

Métodos deconstrução

EscavaçãoRebaixamento do NACravação de estacasExecução aterrosRuptura de peças

Cavas superficiais, túneis e galeriasCamada mole, erosão interna e

gradiente crítico

Condiçõesambientais

Fatores geológicosErosãoElementos biológicosDeterioração do elem. estrutural

CargaCarga EstáticaEstática

Peso próprio do solo: argilas parcial-mente adensadas


Pressões transmitidas pelas funda-ções: edifícios

EDIFÍCIO EM JABOATÃO / PE


Pressões transmitidas pelas funda-ções: edifícios vizinhos

EDIFÍCIOS EM SANTOS / SP


Aterros: Shopping Guararapes

SHOPPING GUARARAPES

SHOPPING GUARARAPES

Recalque de 1,5 m

0.00

0.40

0.80

1.20

1.60

2.00

REC

ALQ

UE

(m)

0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00TEMPO (anos)

SITUAÇÃO

SEM RECOMPOSIÇÃO

COM RECOMPOSIÇÃO

LIMITE DE RECALQUE = 0,30 m

ÁREA DAS DOCAS

SHOPPING GUARARAPES

CargaCarga DinâmicaDinâmica

Tráfego: pontes e viadutos

PONTE SOBRE O RIO JITITUBA / AL


Cravação de estacas: vibrações


Sismos: Caruaru

VariaçãoVariação de de UmidadeUmidade

Solo colapsível: região do semi-árido(areias médias e finas)

sv

saturação

HDH

ev =

HD

H

sv

ev

colapso

RESERVATÓRIO EM BOQUIM / SE

RESERVATÓRIO EM BOQUIM / SE

0.00

4.00

8.00

12.00

0.00 10.00 20.00N-SPT

SONDAGEM

ANTES

DEPOIS

AREIA FINA SILTOSA

SILTE ARENOSO

PROF. (m)

Efeito da Perda de Sucção


Solo expansivo: argilas plásticas

sv

saturação

HDH

ev =

HD

H

sv

ev

expansão

PRÉDIO EM OLINDA / PE

PRÉDIO EM OLINDA / PE

VAZAMENTO


Ruptura de tubulação: umedecimentodo solo e carreamento de material

PRÉDIO EM RECIFE / PE

MétodosMétodos de de ConstruçãoConstrução

Escavação a céu aberto: deslocamento lateral e vertical

H

d = 2.H


Escavação subterrânea: metrôs

MOVIMENTOSSUPERFICIAISZONA DE EXTENSÃO

TÚNEL EM SHANGAI


Execução de aterros: ruptura de solos moles

ATERRORECENTE

ATERROANTIGO

ARGILA SILTOSA,MOLE

TURFA,MOLE

ARGILA SILTOSA, MÉDIA

MURO DEGABIÃO

GALPÃO

SUPERFÍCIEDE RUPTURA

0,00

5,006,00

9,00

15,00

GALPÃO EM RECIFE / PE

MURO DEGABIÃO

ABERTURADAS JUNTAS

NO PISO

TRINCAS NOTERRENO

BR-101


BR-101MURO DEGABIÃO


Superfície de ruptura


Levantamento do terreno


Levantamento do muro



Execução de aterros: deslocamentolateral de solos (Efeito Tschebotarioff)

ATERRO

AREIA FOFA

ARGILA MOLE

AREIA COMPACTA

Ph

ESCOLA NO IBURA – RECIFE / PE

LIMPEZA DO CANAL

FLUXO DO SOLOMOLE

CARREGAMENTOLATERAL DAS

ESTACAS



Execução de aterros: atrito negativoem estacas Vrup

ARGILAMOLE

ATERRO

AREIA

ATR

ITO

NEG

ATIV

OAT

RIT

OPO

SITI

VO

RL,n

RL,p

RP

SEDE DA CHESF – RECIFE / PE

RECALQUE DO ATERRO


RECALQUE DO ATERRO


Rebaixamento do freático: carrea-mento de solo fino


Rebaixamento do freático: aumento do peso aparente do solo

CondiçõesCondições AmbientaisAmbientais

Formação de cavernas por animais: formigueiros


Erosão química: cavernas em calcáreo


Movimentação de taludes: áreasurbanas

superfície de ruptura

RESIDÊNCIA EM ALDEIA / PE


Deterioração dos materiais: RAA

EDIFÍCIO EM BOA VIAGEM – RECIFE / PE

EDIFÍCIO EM BOA VIAGEM – RECIFE / PE

Tipos de DanosTipos de Danos

ConceitosConceitos

Patologia: estudo das doenças e suas consequências no corpo humano.Patologia das Fundações: estudodos danos provocados pelosmovimentos da fundação.

TODA FUNDAÇÃO APRESENTA MOVIMENTOS

AnalogiaAnalogia

Etapa Medicina Fundações

Anamnese - Idade, sexo, etc- Alergias- Histórico de doenças- Remédios, vacinas

- Tipo de estrutura e fundação- Materiais usados e suavida útil- Carregamento- Tempo de construção

Diagnóstico - Sintomas fisiológicos e psíquicos- Ocorrência- Definição das causas

- Levantamento de danos e sua tipologia- Ocorrência / histórico- Causas dos danos

Tratamento - Nenhum (defesa natural)- Tópico (remédios, tratamentos, etc)- Generalizado (operação, transplante, etc)

- Convivência com os danos(estabilização natural)- Reforço localizado- Reforço generalizado

Tipos de DanosTipos de Danos

Danos Características Inconvenientes

Estéticos - São subjetivos e de efeito psicológico

- Do simples mau estarao alarme com pânico

Funcionais - Comprometem o uso e destinação da obra

- Mau funcionamentode equipamentos

Estruturais - Afetam os elementosestruturais

- Podem comprometer a estabilidade da obra- Podem exigir reforços

DanosDanos EstéticosEstéticos

Fissuras em painéis de alvenaria de estruturas aporticadas.Desaprumos não acentuados.

DanosDanos FuncionaisFuncionais

Janelas emperradasInversão de drenagemProblemas com elevadores

DanosDanos EstruturaisEstruturais

Fissuras em painéis de alvenariaautoportante (estrutural).Fissuras em lajes, vigas e pilares.

SintomasSintomas TípicosTípicos -- AlvenariaAlvenaria

recalquediferencial


recalquediferencial

recalquediferencial

t

t

tt

s

s

45 graus


recalquediferencial

CASA EM CAMARAGIBE / PE

PRÉDIO EM JABOATÃO / PE

HOLANDA Jr. (2002)

SintomasSintomas TípicosTípicos -- AberturasAberturas

SintomasSintomas TípicosTípicos -- VigasVigas

vigareal

modelo decálculo

Diagramade fletor

modelo decálculo

SintomasSintomas TípicosTípicos -- VigasVigas

vigareal

modelo decálculo

Diagramade fletor

Fissuras

diferencial

diferencial


RECALQUE

SintomasSintomas TípicosTípicos –– PilaresPilares

vigareal

modelo decálculo

Fissuras

diferencial

ALÍVIOAUMENTO AUMENTO

ESMAGAMENTODO PILAR

SintomasSintomas TípicosTípicos –– DesaprumoDesaprumoα

α

SintomasSintomas TípicosTípicos –– DesaprumoDesaprumo

TORRE PERIFERIA

LESTEOESTE


SintomasSintomas TípicosTípicos –– DesaprumoDesaprumo


53/1580

1223=

−=

Δ=

Lsw

23cm 12cm

580cm

SintomasSintomas TípicosTípicos –– PisoPiso

SUPERMERCADO EM RECIFE / PE



CINTA

ZonaZona de de OcorrênciaOcorrência de de DanosDanos

Os danos são maisintensos nospavimentosinferiores.Normalmente nãoatingem mais que5 pavimentos.

GUSMÃO E GUSMÃO FILHO (1997)

ExemploExemplo

0

10

20

30

40

10 300 20

N-SPT

SONDAGEM

SP-01

AREIA ARGILOSA

ARGILASILTOSA

PROF.(m)

ESTACAS PRÉ-MOLDADASDE CONCRETO COM

COMPRIMENTO VARIÁVEL

ARGILA SILTOSA

AREIA FINA SILTOSA

AREIA MÉDIA E FINA


17 PAVTOS

ExemploExemploP1 P2

P3 P4 P5 P6P7 P8

P9P10 P11 P12 P13

P14 P15

P16 P17P18 P19 P20 P21

P22

P23 P24P25 P26 P27 P28

P29 P30

0 2 4 6 8


ExemploExemplo

0 2 4 6 8 10

VÃO ENTRE PILARES (m)

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

REC

ALQ

UE

DIF

EREN

CIA

L (m

m)

1 / 150

1 / 300

1 / 500

1 / 1000

ROTAÇÃO

MEDIDA


0 20 40 60

NÚMERO DE FISSURAS

0

10

20

30

40

50

ALTU

RA

DO

PR

ÉDIO

(m)

5o. PAVTO

PRÉDIO

BLOCO F

ESTR. FUNDAÇÃO

PRÉDIO EM RECIFE / PE GUSMÃO (2006)

Levantamento de DanosLevantamento de Danos

LevantamentoLevantamento de de DanosDanos

As deformações e os movimentos dafundação provocam os danos.Os danos se manifestam de váriasmaneiras:– Materiais– Peças isoladas– Conjunto da obra

ClassificaçãoClassificação dasdas FraturasFraturas

Intensidade doDano

Abertura da Fratura(mm)

Muito leve 1

Leve 5

Moderado 5 a 15

Severo 15 a 25

Muito severo > 25

FraturaFratura x x TipoTipo de de EsforçoEsforço

(a) Flexão – deformada côncava

(b) Flexão – deformada convexa

(c) Cisalhamento – recalque LD

(d) Tração horizontal

(e) Tração vertical

FraturaFratura x x TipoTipo de de EsforçoEsforço

(a) Recalque no centro

(b) Recalque no bordo LE

(c) Tração no terreno LD

(d) Tração no terreno LD e recalque no bordo LD

MapeamentoMapeamento de de DanosDanos

Tipo de representação:– Estereográfica (geologia

estrutural)– Cartesiana (coquis, desenhos em

escala, etc)

RepresentaçãoRepresentação EsterográficaEsterográficaN

S

EW

N (0º)

S (180º)

E (90º)(270º) W

2 3 4 2 3

23

2141

92

2

13% 32%

9%

28%17%

2321 1

4

1

1

10

23

1

1223

4

1 11

21

22

3

1

RepresentaçãoRepresentação CartesianaCartesiana

HOLANDA Jr. (2002)

DiagnósticoDiagnóstico

CaracterísticasCaracterísticas

Método basicamente indutivo: causas x efeitosDeve ser baseado nos dados reais, e não nos indicados no projetoPodem ser necessários dados adicionais: sondagens, ensaios, provas de carga, etc

FluxogramaFluxograma

Visita deInspeção

Ensaiosdos

Materiais

SondagensProjetos

RelatóriosLivro de Obra

Estudos dosdocumentosdisponíveis

Estimativa dassolicitações

de carga

Estimativa dosefeitos

ambientais

Retro-análise

Diagnóstico

Odiagnóstico éconfirmado?

Avaliação docomportamento

da estrutura

Estimativade usofuturo

Provasde cargas

Não

Sim

Decisão sobreo que fazerGUSMÃO FILHO (2006)

CartaCarta de de DiagnósticoDiagnóstico

Causa do Dano DetalheProblemas de

escorregamento- Recalque- Inclinação- Movimento lateral do solo- Movimento vertical do solo- Tirante incapaz de resistir

Problemas de variação de umidade

- Chuva ou seca prolongada, com solo expansivo ou colapsível- Árvores junto da construção- Subsidência geral, quando há rios e canais por perto- Rebaixamento do NA- Corte em talude de fundação- Subida do NA devido ao dreno ou barragem perto

CartaCarta de de DiagnósticoDiagnósticoCausa do Dano Detalhe

Problemas de construção

- Recalque- Escavação do solo, em cavas superficiais ou galerias subterrâneas- Recalque em camada mole por rebaixamento do NA- Forma, concretagem e cura inadequada do concreto- Erro de bitola, posição e quantidade de ferro- Sobrecarga durante a construção- Excesso de compactação- Material pouco compactado- Aterro de solo expansivo- Execução de estacas e aterro em terreno fofo ou mole

CartaCarta de de DiagnósticoDiagnósticoCausa do Dano Detalhe

Efeitosambientais

- Recalque-Erosão geral ou local de pilares de pontes- Erosão interna (“piping”)- Percolação- Mudanças de temperatura- Ataque de ácidos- Fatores geológicos, como cavernas, movimentos de massa, etc- Elementos biológicos, como formigas, cupins, ataque de microorganismos Corrosão


Causa do Dano Detalhe

Erros deprojeto

- Recalque- Carga subestimada- Resistência superestimada- Ficha enterrada subdimensionada- Omissão de juntas- Cálculo errado

Tecnologias deobras

- Deficiência na drenagem- Material estranho no concreto (sal,etc).- Agregados expansivos e RAA- Concreto permeável- Dosagem inadequada do concreto- Blocos de pedra mal rejuntados- Revestimentos inadequados- Vazamentos


Causa do Dano DetalheCargas

Inesperadas

- Recalque- Explosão de gás, bombas, etc.- Colisão- Colapso de edifício adjacente- Abalo sísmico

GUSMÃO FILHO (2006)

Movimentos AdmissíveisMovimentos Admissíveis

CritériosCritérios

Parâmetro DanoAssociado

Referências

RecalqueAbsolutoMáximo

- Estético- Funcional

- Terzaghi e Peck (1987)- Polshin e Tokar (1957)- Sowers (1962)

Distorção Angular Máxima

- Estético- Funcional- Estrutural

- Skempton e MacDonald (1956)- Bjerrum (1963)

Tensão Máxima de Tração

- Estético- Estrutural

- Burland e Wroth (1974)

RecalqueRecalque AbsolutoAbsoluto MáximoMáximo

Recalque Máximo (mm)Tipo de Fundação Terreno Arenoso Terreno Argiloso

Sapatas 25 a 40 65

Radier 40 a 65 65 a 100

Polshin & Tokar (1957)

DistorçãoDistorção Angular Angular MáximaMáxima

Bjerrum (1963)

AlongamentoAlongamento MáximoMáximo de de TraçãoTração

L

H

Δ

a) Edifício existente

b) Idealização do edifício como viga simples e a sua deformada.

c) Deformação por flexão, com fissuras devido ao alongamento de tração

na base.

d) Deformação por corte, com fissuras devido ao alongamento de tração em diagonal.

Material ε crit [ % ]

Material de tijolo e de pedra, com argamassa de cimento

0,05 a 0,10

Concreto armado 0.03 a 0,05

Burland & Wroth (1974)

Monitoramento das ObrasMonitoramento das Obras

InstrumentaçãoInstrumentação

Calibração dos modelos de cálculo: previsto x medidoOtimização de projetos: métodoobservacionalIdentificação de situações de risco: velocidade de recalques

Experiência do RecifeExperiência do Recife

Sensibilização do setor a partir da década de 90.Monitoramento: mais um controle tecnológico da obra.Retroanálise de parâmetros dos solos: otimização dos projetos.Identificação das causas de eventuais patologias.

Custos do MonitoramentoCustos do Monitoramento

Serviço Custo(R$)

-Prova de carga estática em estaca (carga de ensaio de 3 MN)

12.000,00 a15.000,00

-Prova de carga dinâmica(05 ensaios + 02 análises capwap)

5.000,00 a8.000,00

-Medição de recalques (nivelamento + 06 leituras)

4.000,00*

* custo diluído ao longo do tempo de construção

Medição de RecalquesMedição de Recalques

Pinos: aço inoxidável e base esférica.

Recife – UPE Rio de Janeiro - COPPE


Referêncial de nível: ideal é aquele que se apresenta como indeslocável.

ProfundaSuperficial

RN PROFUNDO

Medição de recalquesMedição de recalques

Nível: ótico e dotado de placa planoparalela.


Mira: chapa de invar.

Freqüência das MediçõesFreqüência das MediçõesEtapa No. de Medições

-Até a concretagem da 1ª laje Instalação dos pinos +

Nivelamento-Até a concretagem da coberta +02-Até o final do assentamento da alvenaria +01

-Até o final do revestimento interno e externo: +01

-Até o final do assentamento de piso +01

-Antes da entrega do prédio +01Total 07

0

10

20

30

40

10 300 20 40

N-SPT

SONDAGEM

ANTES

APÓS

AREIA MÉDIA EFINA

ARGILA ORGÂNICASILTOSA

PROF.(m)

SAPATA

ESTACAS DECOMPACTAÇÃO(AREIA + BRITA)

AREIA ARGILOSA COMMATÉRIA ORGÂNICA

AREIA FINA SILTOSA COMPOUCA MAT.ORGÂNICA

AREIA FINA EMÉDIA

0.00

30.00

60.00

90.00

120.00

REC

ALQ

UE

(mm

)0 100 200 300 400

TEMPO (dias)

0.00

50.00

100.00

CAR

REG

AMEN

TO (%

)

RECALQUE

MÁXIMO (P31)

MÉDIO

MÍNIMO (P3)

ExemploExemplo

ExemploExemploP1 P2 P3 P4

P5P6 P7 P8 P9

P10

P11 P14P15 P16

P17 P18 P19 P20

P21 P22P23 P24 P25 P26

P29 P30 P31 P32 P33 P34


P1 P2 P3 P4

P5P6 P7 P8 P9

P10

P11 P14P15 P16

P17 P18 P19 P20

P21 P22P23 P24 P25 P26

P29 P30 P31 P32 P33 P34


ESTIMADO SEM ISE

S = 79,2 mm CV = 0,189

MEDIDO

S = 82,3 mm CV = 0,162

ExemploExemplo

0 40 80 120

RECALQUE ESTIMADO SEM ISE (mm)

0

40

80

120

REC

ALQ

UE

MED

IDO

(mm

)

Sest < Smedido(ACRÉSCIMO)

Sest > Smedido(ALÍVIO)

Sest < MÉDIA

Sest > MÉDIA

Smedio DEFORMADA DE RECALQUES

Smin

Smax

Smedio

0 2 4 6 8 10

VÃO ENTRE PILARES (m)

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

REC

ALQ

UE

DIF

EREN

CIA

L (m

m)

1 / 150

1 / 300

1 / 500

1 / 1000

ROTAÇÃO

MEDIDA

ESTIMADA CONVENCIONALMENTEINÍCIO DE FISSURAMENTOEM PAINÉIS DE ALVENARIA(BJERRUM, 1963)

ExemploExemplo

Medição de Carga nos PilaresMedição de Carga nos Pilares

É feita de maneira indireta: (deformação do pilar modelotensão-deformação carga).Dificuldade de interpretação: fluência+ retração do concreto + efeitostérmicos.

Medição de Carga nos PilaresMedição de Carga nos Pilares

Russo Neto (2005): ótimos resultados.

EXTENSÔMETRO MECÂNICO

EVOLUÇÃO DA CARGA NA CONSTRUÇÃO

Muito obrigado pela atenção ...

[email protected]

Patologia Das Fundações - 30-10-2006

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