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PATOLOGIAS E REFORÇO DE FUNDAÇÕES COM ESTUDO DE

CASO UTILIZANDO O MÉTODO DE ESTACAS MEGA

Alex Sales Silva1 – UniToledo

Wesley Henrique da Silva2 – UniToledo

Aline Botini Tavares Bertequini3 – UniToledo

RESUMO

Este trabalho apresenta alguns aspectos da interação solo-estrutura que influenciam

nos movimentos diferenciais de fundações, responsáveis por notáveis danos às construções.

Foi realizada uma revisão bibliográfica sobre o aparecimento de fissuras em edificações,

métodos para reforço de fundações e um estudo de caso. O presente artigo tem como objetivo

mostrar a importância da identificação e conhecimento das causas de patologias provocadas

por recalque diferencial na fundação, bem como também problemas oriundos de projeto,

execução ou da utilização de qualquer edificação existente. As manifestações oriundas dessas

patologias se tornam visíveis ao longo do tempo, portanto, é necessária a identificação de suas

origens e causas, a fim de se obter a melhor solução para o problema. Analisando a revisão

bibliográfica e o estudo de caso, foram estabelecidas conclusões sobre os eventos ocorridos e

suas causas.

Palavras-chave: Fundação; Solo; Patologia; Reforço.

ABSTRACT

This work presents some aspects of soil-structure interaction that influence the

differential movement of foundations responsible for remarkable damages to the buildings. It

was performed a bibliographical review about edification cracks, methods to reinforce the

foundations and a case study. This paper aims to show the importance in the knowledge and

identification of pathologies provoked by differential repression in the foundation, as well as

project, problems execution or any other existing construction uses. The manifestations from

these issues become visible over time; therefore, it is necessary to identify their causes and

sources in order to obtain the best solution for the problem. The data were analysed and the

conclusion about the events and associated causes was stated.

Key-words: Foundation; Soil; Pathology; Reinforcement.

1 Graduando em Engenharia Civil pelo Centro Universitário Toledo (2018). alexsalles19@gmail.com 2 Graduando em Engenharia Civil pelo Centro Universitário Toledo (2018). wesleyhenrique_ata@hotmail.com 3 Mestre em Engenharia Civil Universidade Estadual de São Paulo (2008), e docente no Centro Universitário

Toledo Araçatuba. abotinitavares@gmail.com

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1. INTRODUÇÃO

A palavra fundação, de acordo com o dicionário, significa ato ou efeito de fundar, de

instituir, de se construir uma base sobre a qual se constrói um edifício; também chamado de

alicerce (MICHAELIS, 2018). Na Engenharia Civil, fundações são os elementos estruturais

com função de transmitir as cargas da estrutura ao solo onde ela se apoia (AZEREDO, 1997).

Há diversos tipos de fundações, porém o que determina a escolha do tipo a ser adotado

são as análises do solo em questão, carregamento da estrutura, influências externas e fatores

econômicos, sendo assim fatores primordiais. Cada região tem um tipo de solo diferente,

podendo variar devido a diversos fatores, sendo então necessária uma análise específica.

O engenheiro responsável pela fundação possui grande responsabilidade, pois deverá

analisar atentamente o solo do terreno e ter a noção das variantes, a dimensão da construção e

todas as informações necessárias para uma boa execução da mesma, porém também deve

estar atento quanto à viabilidade econômica, tendo como um dos objetivos o menor custo

possível, sem comprometer a segurança da sua obra e das edificações ao entorno. A escolha

inadequada do tipo de fundação de acordo com as características do local, bem como também

uma fundação mal projetada, resultarão em incidência de patologias ou até mesmo colapso da

construção que está sendo realizada no momento ou de alguma edificação vizinha.

1.1. Fundações

As fundações são basicamente separadas em dois grandes grupos: fundações

superficiais, também conhecidas por fundações diretas ou rasas e fundações profundas.

Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010) fundação superficial define-se por elemento de

fundação em que a carga é transmitida ao terreno, predominantemente pelas pressões

distribuídas sob a base da fundação, e em que a profundidade de assentamento em relação ao

terreno adjacente é inferior à duas vezes a menor dimensão da fundação, enquanto a fundação

profunda define-se por elemento de fundação que transmite a carga ao terreno pela base

(resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação

das duas, e que está assentado em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em

planta, e no mínimo 3 metros, salvo justificativa.

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1.1.1. Fundação superficial ou rasa ou direta

Incluem-se neste tipo de fundação: as sapatas, os blocos, os radiers, as sapatas

associadas, as vigas de fundação e as sapatas corridas conforme a NBR 6122 (ABNT, 2010).

Sapata: Elemento de fundação superficial de concreto armado, dimensionado de

modo que as tensões de tração nele produzidas não sejam resistidas pelo concreto, mas sim

pelo emprego da armadura. Pode possuir espessura constante ou variável, sendo sua base em

planta normalmente quadrada, retangular ou trapezoidal. A Figura 1 ilustra uma sapata

quadrada.

Figura 1: Sapata

Fonte: (ALEM DA INERCIA, 2018)

Bloco: Elemento de fundação superficial de concreto, dimensionado de modo que as

tensões de tração nele produzidas possam ser resistidas pelo concreto, sem necessidade de

armadura. Pode ter suas faces verticais, inclinadas ou escalonadas e apresentar normalmente

em planta seção quadrada ou retangular. A Figura 2 ilustra um bloco de fundação.

Figura 2: Bloco de fundação

Fonte: (GUIA DA ENGENHARIA, 2018)

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Radier: Elemento de fundação superficial que abrange todos os pilares da obra ou

carregamentos distribuídos (por exemplo: tanques, depósitos, silos, etc.). A Figura 3 ilustra

uma fundação tipo radier.

Figura 3: Radier

Fonte: (ESCOLA ENGENHARIA, 2018)

Sapata associada: Sapata comum a vários pilares, cujos centros, em planta, não

estejam situados em um mesmo alinhamento. A Figura 4 ilustra uma sapata associada.

Figura 4: Sapata associada

Fonte: (TWGRAM, 2018)

Viga de Fundação: Elemento de fundação superficial comum a vários pilares, cujos

centros, em planta, estejam situados no mesmo alinhamento. A Figura 5 ilustra uma viga de

fundação.

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Figura 5: Viga de fundação

Fonte: (GUIA DA ENGENHARIA, 2018)

Sapata Corrida: Sapata sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente. A

Figura 6 ilustra uma sapata corrida.

Figura 6: Sapata corrida

Fonte: (SITES GOOGLE, 2018)

1.1.2. Fundação profunda

Pela NBR 6122 (ABNT, 2010), neste tipo de fundação incluem-se: as estacas, os

tubulões e os caixões.

Estaca: Elemento de fundação profunda executado inteiramente por equipamentos

ou ferramentas, sem que, em qualquer fase de sua execução, haja descida de operário. Os

materiais empregados podem ser: madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in

situ ou mistos. A Figura 7 ilustra uma estaca pré-moldada.

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Figura 7: Estaca pré-moldada

Fonte: (HOTFROG, 2018)

Tubulão: Elemento de fundação profunda, cilíndrico, em que, pelo menos na sua

etapa final, há descida de operário. Pode ser feito a céu aberto ou sob ar comprimido

(pneumático), que conforme a NR 15, norma de segurança do trabalho, deve seguir as

recomendações de um órgão competente de segurança e medicina do trabalho. Pode ser

executado com ou sem revestimento, podendo este ser de aço ou de concreto. No caso de

revestimento de aço (camisa metálica), este poderá ser perdido ou recuperado. A Figura 8

ilustra um tubulão a céu aberto.

Figura 8: Tubulão a céu aberto

Fonte: (ENGENHARIA CONCRETA, 2018)

Caixão: Elemento de fundação profunda de forma prismática, concretado na

superfície e instalado por escavação interna. Na sua instalação pode-se usar ou não ar

comprimido e sua base pode ser alargada ou não. A Figura 9 ilustra um caixão.

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Figura 9: Caixão

Fonte: (BLOG ME PASSA AÍ, 2018)

1.2. Patologias

Na construção civil tem-se notado com certa frequência a ocorrência de patologias e

necessidade de reforço nas fundações, implicando em um aumento significativo no custo

inicial, também causando má reputação dos profissionais envolvidos, além de lentos,

burocráticos e maçantes processos para identificação das causas e responsáveis, entre outras

complicações (MILITITSKY; CONSOLI; SCHNAID, 2005).

O presente artigo mostra as principais ocorrências de patologias e suas origens, tendo

ciência de que as mesmas são decorrentes das incertezas e negligências no processo

construtivo e resultam em riscos inevitáveis à construção, reduzindo a vida útil das fundações.

O procedimento para solucionar o problema é a identificação das causas e a análise crítica do

mau desempenho da estrutura, como será apresentado no estudo de caso adiante.

2. DESENVOLVIMENTO

2.1. Definições de solo

O procedimento adequado para um bom projeto de fundação leva em consideração o

conhecimento do tipo de solo onde será construída a edificação. É recomendável realizar

investigações geotécnicas, tais como: sondagem de simples reconhecimento a percussão

(SPT) sempre seguindo as recomendações da NBR 6484 (ABNT, 2001), medição de torque

em sondagens de simples reconhecimento (SPT-T), índice de torque (TR) e conceito de N

equivalentes (NEP) (HACHICH, 1996).

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O autor afirma que os solos são, de modo geral, partículas sólidas com os espaços

vazios contendo água (ou outro líquido) e ar, podendo se deslocar livremente entre si. O

comportamento do solo pode ser entendido pelo reconhecimento das cargas transmitidas

diretamente, fazendo com que as partículas interajam. Neste pensamento, podem ocorrer que

as partículas de solo se rompam quando há solicitação, alterando o próprio solo e

consequentemente a influência no seu desempenho.

Todos os solos que sofrem ação de carregamento externo, sendo ele de maior ou

menor proporção, se deformam. Se ao longo da vida útil da construção essas deformações

forem diferenciadas, haverá um aumento de tensão de grande intensidade na estrutura da

mesma, podendo gerar o aparecimento de fissuras ou até mesmo de trincas (THOMAS, 1989).

Thomas (1989) afirma também que no caso de solos firmes, como a argila dura ou a

areia compacta, os recalques constituem essencialmente de deformações por função da carga

atuante e deformação do solo. Já em solos fofos e moles os recalques ocorrem devido à sua

redução de volume, pois na região onde se situa o bulbo de tensões das fundações a água

tende a percorrer locais com pressões menores.

2.2. Patologias em fundações

Segundo Milititsky (2005) os problemas como patologias em fundações ocorrem, na

maioria das vezes, devido à ausência ou ineficiência da investigação do subsolo. O mau

desempenho de fundações em obras pequenas e médias é representado em mais de 80% dos

casos. Os principais problemas decorrentes da ausência de investigação para fundações rasas,

de acordo com Calisto; Koswoski (2015) são:

- Fundações apoiadas em materiais de comportamento muito diferente, sem junta,

ocasionando o aparecimento de recalques diferenciais.

- Fundações apoiadas em crosta dura sobre solos moles, sem análise de recalques,

ocasionando a ruptura ou grandes deslocamentos da fundação.

- Tensões de contato excessivas, incompatíveis com as reais características do solo,

resultando em recalques inadmissíveis ou ruptura.

- Fundações sobre solos compressíveis sem estudos de recalques, resultando grandes

deformações.

- Fundações em solos/aterros heterogêneos, provocando recalques, resultando grandes

deformações.

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Os autores também apresentam os problemas típicos decorrentes da falta de

investigação para fundações profundas:

- Ocorrência de atrito negativo não previsto, reduzindo a carga admissível nominal

adotada para a estaca.

- Geometria inadequada, comprimento ou diâmetro inferiores aos necessários.

- Estacas de tipo inadequada ao subsolo resultando mau comportamento.

- Estacas apoiadas em camadas resistentes sobres solos moles, com recalques

incompatíveis com a obra.

2.3. Recalque de fundações

De acordo com Rebello (2008), o solo quando submetido a cargas sofre deformação, a

qual se pode chamar de recalque. As consequências desse fenômeno resultam na

movimentação da interação solo-estrutura, podendo gerar sérios danos.

A intensidade dos recalques para fundações diretas ou rasas, enfatiza Thomas (1989),

dependerá não só das características do solo, mas também das dimensões da estrutura de

fundação. Na areia, solo altamente permeável, os recalques acontecem em períodos curtos

após haver a solicitação de carga; já na argila, solo menos permeável, o recalque acontece de

maneira bastante lenta, sendo possível durar vários anos. Mesmo camadas de argila entre

maciços rochosos sofrerão o mesmo fenômeno.

A construção civil vem demonstrando que existem situações desfavoráveis para as

fundações profundas no que se refere a recalques diferenciados. De acordo com Mello (1975),

os exemplos dessas situações são: as estacas flutuantes, o efeito de agrupamento de estacas e

estacas muito profundas. Ressalta ainda que o máximo atrito lateral mobilizado ocorre em

pequenos recalques, independentemente do diâmetro do componente de fundação (estacas),

ou seja, haverá uma grande possibilidade de ocorrer recalques intensos se ultrapassados esses

pequenos limites.

Serão apresentados a seguir os tipos mais comuns de recalque de fundação, suas

causas e seus principais sintomas, bem como também a mitigação desse recalque por meio de

reforços.

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2.3.1 Tipos de recalques

Alonso (1991) afirma que quando ocorrido deslocamento de um elemento de fundação

na vertical é caracterizado como recalque absoluto. Havendo dois elementos de fundação com

diferença entre os recalques absolutos é denominado recalque diferencial, o qual causa

distorções na estrutura podendo provocar fissuras.

Há três tipos de recalques frequentes devido a cargas estáticas: recalque por

adensamento, recalque elástico e recalque por escoamento lateral.

2.3.1.1 Recalque por adensamento

A deformação do solo por adensamento acontece devido ao fechamento dos vazios

pela expulsão da água em função da pressão da fundação aplicada no mesmo, causando a

diminuição do maciço de solo. E se tratando de argilas, o processo de adensamento é muito

lento mediante ao baixo coeficiente de permeabilidade das mesmas (CAPUTO, 2012).

Rebello (2008) afirma que quando toda água é expulsa dos vazios, o recalque por

adensamento é estabilizado, não havendo mais a diminuição do volume do solo.

2.3.1.2 Recalque elástico

Também chamado de recalque imediato, essa patologia acontece frequentemente em

solos não coesivos, ou seja, em solos não argilosos, que após a aplicação dos elementos da

fundação sofrem deformação (REBELLO, 2008). Fatores importantes a se considerar são: a

rigidez da fundação, profundidade, sua forma e a espessura da camada deformável, afirmam

Teixeira e Godoy (1998).

2.3.1.3 Recalque por escoamento lateral

A definição desta patologia trata-se da movimentação do solo localizado em uma

região de grandes tensões para regiões de baixas tensões, ou seja, o deslocamento se dá do

centro para a lateral (REBELLO, 2008). Segundo Caputo (2012), a deformação por

escoamento lateral acontece de maneira mais acentuada nos solos não coesivos sob fundações

superficiais ou rasas.

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2.3.2 Causas de recalques

A seguir serão apresentadas algumas das principais situações de ocorrência de

recalque de fundações.

Superposição de pressões

Essa ocorrência é definida pela instalação de outra solicitação de carga, que altera as

tensões no maciço de solo com uma carga de solo já existente anteriormente, provocando

recalques (MILITITSKY; CONSOLI; SCHNAID, 2005). Conforme figura 10 abaixo.

Figura 10: Superposição de pressão

Fonte: (BRASIL ESCOLA, 2018)

Deficiência na investigação geotécnica

Muito frequente em obras de pequeno e médio porte, por motivos econômicos, mais

de 80% dos casos de recalque de fundações referem-se à ausência completa de investigações,

fazendo com que o projetista adote soluções inadequadas no projeto, porém se difundida a

importância do emprego da geotecnia, a utilização do método aumenta e consequentemente o

custo orçamentário do projeto tende a reduzir. A insuficiência de sondagens pode ocasionar

problemas futuros, pois o solo pouco investigado pode variar na sua composição, sendo

possível ter mais de um tipo de solo no local (MILITITSKY; CONSOLI; SCHNAID, 2005).

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Localidades com presença de cavernas (muito comum em regiões onde há rochas

calcárias) e solos compressíveis ocasionam a movimentação das fundações e geram o

aparecimento de fissuras, como mostra a Figura 11.

Figura 11: Deficiência na investigação geotécnica

Fonte: (ALONSO,1991)

Influência da vegetação

A interferência física das raízes das vegetações próxima à construção modifica

diretamente o teor de umidade do solo, sabendo que para manter o seu crescimento, as raízes

extraem água do solo, com isso, o teor de umidade será menor se comparado com a região

onde não há raízes (MILITITSKY; CONSOLI; SCHNAID, 2005).

Uma construção fundada em solo argiloso apresentará movimentação e um possível

recalque devido às variações de umidade provocada por mudanças volumétricas.

Segundo os autores, há uma série de fatores que contribuem na influência da

vegetação, como: o tipo de vegetação presente, o tipo de solo do local, a distância da

vegetação, o clima e o nível do lençol freático.

A presença de vegetação próxima à construção por contribuir significativamente na

alteração da umidade do solo, consumindo a água presente no mesmo, provoca recalque por

adensamento, como mostra a Figura 12.

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Figura 12: Influência da vegetação na ocorrência de fissuras

Fonte: (MILITITSKY; CONSOLI; SCHNAID, 2005)

Se o solo no entorno da construção obtiver características expansivas, o corte da

vegetação localizada próxima à construção poderá contribuir para a expansão do mesmo,

resultando na movimentação vertical no sentido de levantar a fundação.

2.3.3 Sistemas de reforço de fundações

Existem diversos fatores que atuam negativamente na fundação fazendo com que seja

necessária uma intervenção solo-fundação-estrutura com o intuito de modificar o desempenho

do mesmo.

A escolha do tipo de reforço a ser utilizado como mitigação varia de acordo com o tipo

de solo, nível de carregamento, custo, urgência, influências externas, etc.

Os tipos mais comuns de reforço de fundações são:

Estacas raiz

O processo executivo dessa estaca é feito in loco utilizando equipamentos mecânicos

(perfuratrizes hidráulicas, mecânicas ou pneumáticas) por rotação ou roto-percussão, revestida

em solo por meio de tubo metálico garantindo a estabilidade da perfuração e também não

causando vibrações, conforme o método de execução exemplificado na Figura 13.

Havendo a necessidade de atravessar matacões, blocos de concretos ou embuti-las em

rocha, completa-se a perfuração com o uso de martelo hidráulico até atingir a profundidade

desejada (GEOFIX FUNDAÇÕES, 2018).

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Figura 13: Método executivo da estaca raiz

Fonte: (GEOFIX FUNDAÇÕES, 2018.)

Injeções de cimento

As injeções de cimento proporcionam melhoria nas características dos maciços

terrosos e rochosos, aumentando sua resistência e impermeabilização.

A execução do método consiste em injetar uma camada de cimento através de tubos

galvanizados de 2” a 3” de diâmetro no terreno abaixo até a cota desejada (CAPUTO,2012).

Figura 14: Método executivo da injeção de cimento

Fonte: (SITES GOOGLE, 2018.)

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Estacas mega

Esse sistema é conhecido também como estaca de reação, consistindo na introdução de

cilindros metálicos ou de concreto sobre a fundação existente. O reforço é realizado por meio

de acessos escavados até cerca de 1,5 metros de profundidade abaixo da fundação.

O macaco hidráulico tem como apoio a própria base da fundação e, com o peso

próprio da construção, a carga é transferida do equipamento para o cilindro metálico ou de

concreto fazendo assim com que ele seja empurrado para o solo.

A vantagem desse sistema está no fato de não causar vibrações no solo ou na estrutura

da edificação. Porém, quando se trata de realizar o reforço fora da projeção da estrutura é

necessário criar uma extensão na mesma para servir de ponto de apoio para o macaco

hidráulico e às cargas do edifício (CALISTO; KOSWOSKI, 2015).

Figura 15: Estacas mega

Fonte: (PERFURAC ENGENHARIA, 2018.)

2.4. Estudo de caso

O objeto de estudo é uma residência unifamiliar de 98,75 m² de área construída,

situado em uma fazenda na Rodovia Marechal Rondon – Km 529, Araçatuba-SP.

Relatos anteriores da residência apontam que o local era um canil com muretas de

alvenaria de até 1,5 metros para abrigo dos cães. Com o passar dos anos a fazenda foi vendida

e os novos proprietários tiveram a necessidade de construir uma residência para o zelador,

optando assim em ampliar e utilizar a área do canil, elevando a altura das muretas de alvenaria

para que se pudesse fazer a cobertura e utilizá-las como cômodos.

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Após um período, a residência começou a apresentar fissuras em pontos específicos

devido ao recalque diferencial sofrido na estrutura, como nos cômodos que eram o antigo

canil, observando assim que a fundação no local não suportou ao aumento do peso próprio da

residência gerando a necessidade de se fazer o reforço. A Figura 16 mostra as fissuras

ocorridas nas paredes dos cômodos onde se localizava o canil.

Figura 16: Trincas verticais causadas pelo recalque da fundação

Fonte: (AUTORIA PRÓPRIA)

A opção tomada como solução foi o uso de estacas mega devido ao rápido processo de

reforço. Analisando-se a localização e a característica de cada fissura, foram delimitados os

pontos necessários de reforço. Foram escavadas aberturas de no máximo 1,5 metros de

profundidade para possibilitar o acesso de um operário. Essa abertura permitiu a escavação

exata do local abaixo da estrutura onde teria que ser feita a colocação das estacas e também o

encaixe do macaco hidráulico, conforme mostrado na Figura 17.

Figura 17: Abertura para operário e macaco hidráulico

Fonte: (AUTORIA PRÓPRIA)

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Após a colocação do macaco hidráulico deu-se início à execução propriamente dita do

método. Foi posicionada a estaca de concreto no solo exatamente abaixo da estrutura, onde o

equipamento empurrou as estacas uma de cada vez contra o solo usando o próprio peso da

residência como base de apoio juntamente com a viga de concreto pré-moldada e sempre

verificando a pressão exercida do macaco hidráulico na estaca, para que assim fosse possível

saber se o número de estacas colocado era suficiente para o reforço. Em seguida, foi

finalizada a estrutura da estaca mega colocando-se os devidos componentes necessários,

sendo eles, cabeçote de concreto, estacas de reação e cunhas de concreto. Por fim, com o

macaco hidráulico ainda posicionado e atuante colocaram-se as cunhas para manter a pressão

exercida e retirou-se o equipamento. A Figura 18 mostra a estrutura da estaca mega

finalizada.

Figura 18: Estaca mega finalizada

Fonte: (AUTORIA PRÓPRIA)

Concluído o processo de reforço a abertura foi aterrada com solo e apiloada para o

máximo preenchimento dos vazios, evitando-se a possibilidade de recalque diferencial nessa

região.

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3. CONCLUSÃO

O presente artigo apresentou as principais causas de recalques em fundações e as

patologias decorrentes da movimentação do solo. O objetivo foi identificar o movimento de

fundações com o intuito de mostrar a importância da estabilização e controle dos recalques

diferenciais, como também o comportamento de fundações apoiadas nos mais variados tipos

de solo.

Apresentou-se, através do estudo de caso, experiência profissional como forma de

aprimorar os conhecimentos sobre o tema e contribuir com o meio técnico.

No geral, como forma de prevenção ao recalque de fundações conclui-se que seja

fundamental a realização de investigações geotécnicas e análises do solo, acompanhado por

profissional capacitado, o qual, analisando as condições do local, pode sugerir investigações

complementares ou número de sondagens superior ao mínimo determinado em projeto.

A realização do processo executivo deve seguir às orientações técnicas, garantindo que

os esforços da estrutura atuem no solo na intensidade e na forma prevista.

A partir deste trabalho é possível concluir que após a identificação das patologias que

comprovam os recalques de fundações é essencial que seja feito o controle dos mesmos com

reforços ou recuperações adequadas a cada caso.

4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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