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CA PA M A LU VA LU M HA N I LU5TRAgES FLA VIA ATAIDE PIT I E DIA G RA M A PROJ ETO GRAFI CO Bu s ATO REV l s I :o Jo NATHA N i Da d o s I n t e r n a c i o n a s
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Cat al oga5o n a Li v r o SF Br a s i l)
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Pa t o l o g i a d a s
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4 4 Pr e p a r o d a Ca b e a d a s Es t a c a s d e Co n cr
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4 6 Pr o v a s d e Ca r g a
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Co n t r o l e d e Re c a l q u e s
18 8
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IN DIC E REM ISSIV O
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BIBLIO GRA FIA
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A p r a t i c a do c a m p o de a t iv id a de d e s c r it o f u n d a o e s a b r a n g e i n t ii m e r a s a t i v i d a d e s ,
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da s p o r pr o fis s io n a is e x it o o u f r a c a s s o de
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cessi r i os p a r a e v i t a r p a t o l o g i a s , d ir e t r iz e s a de qu a da s de su a e x e c u
Co m
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pr i t i cos d e p r o j e t o l it e r a t u e 0 a cesso
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pr et ens o d e s t e l i v da da s
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INTRODU~AO
Uma fundac;ao e o resultado da necessidade de transmissao de cargas ao solo pela construc;ao de uma estrutura. Seu comportamento a Iongo prazo pode ser afetado por inumeros fatores, iniciando por aqueles decorrentes do projeto propriamente dito, que envolve o conhecimento do solo, passando pelos procedimentos construtivos e finalizando por efeitos de acontecimentos pos-implantac;ao, incluindo sua possivel degradac;ao. 0 custo usual de uma fundac;ao e variavel, dependendo das cargas e condic;oes do subsolo, que em casos correntes pode se situar na faixa de 3 a 60fo do custo da obra para a qual serve de elemento de base. Em casas especiais, dependendo do tipo de estrutura a ser suportada, das solicitac;oes correspondentes e condic;oes adversas de subsolo, pode-se chegar a percentagens superiores, em alguns casos atingindo 10 a 15% do custo global. Tratando-se de casos usuais, com media de custo de 40/o, pode-se af1rmar que a ocorrencia de patologia e a necessidade de reforc;o da fundac;ao implicam, alem de custos que podem chegar a valores muitas vezes superiores ao custo inicial, em estigma para a obra; abalo da imagem dos prof1ssionais envolvidos na construc;ao; longos, caros e desgastantes litigios para identiftcac;ao das causas e responsabilidades; necessidade de evacuac;ao de predios; interdic;ao de estruturas, entre outras complicac;oes. Sao conhecidos casos em que problemas em fu ndac;oes provocaram a falencia das empresas envolvidas. A ocorrencia de patologias em obras civis tern sido observada e reportada com frequencia tanto na pratica nacional como internacional. Alguns casos classicos, como o da Torre de Pisa e o da Cidade do Mexico, f1zeram a fama de determinados monumentos e locais, tendo sido extensivamente estudados e apresentados em publicac;oes de divulgac;ao e tecnicas. No Brasil, as edif1cac;6es de Santos (Sao Paulo) merecem menc;ao especial pelos desaprumos apresentados, e tern referencias em inumeras publicac;oes espe-
· - de fu nda ~· c)(• s de patologias - de conscqucncia F' ., 2 sao apn:st>nta. cializadas. Ilustrac;oes A IB lC e I D. Na I g. -,. Figs. 1 , ' . d fundac,:ocs. , . de patologiaS e sao apresentadas nas s tipiCOS das ilustrac;oes de caso A
•
Fig. 1 {A) Torre de Pisa, ltcilia; (B e C) Cidade de
Santos, SP; (D) Litoral de Santa Catarina L/)
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Considerando os inconvenientes provocados pelo aparecimen-
0
to de patologias ou mau desempenho das fundac;oes, f1ca clara a importancia de serem evitadas, nas varias etapas da vida de uma
fundac;ao, condic;oes que levem a esta ocorrencia. 0 presente tra-
g
balho mostra, de forma extensiva, os problemas que costumam
o~
ocorrer e suas origens. As patologias sao decorrentes das incertezas e riscos inerentes a construc;ao e vida util das fundac;oes. Na busca
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Silo tombado
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Argila azul
Dire~ao de
mov1mento do subsolo Rocha
Fig. 2 Jlustraqoes de casos tipicos de patologias de fundaqoes: (A} ruptura generaliLada do solo localizado abaixo dafundaqiio dirt•la; (B) ruptura do solo sob apata; (C) recalqu(\ diferenciais pela sobreposir;iio de lensoes no solo abaixo das fundar;oes dos ilo ; (D) estaca escavada com defeito execulivo; (E) estaca rompida por cisalhamento c (F) degradaqiio de estacas
d solu ae , apo a ocor ncia refere-se aidentiftca Ao das causas mau desempenho da estrutura. . d todas as possibilidades d P obi as dtve o conhecimento e ermitir uma a~lo mais qualificada dos d . :ientes na vida das funda~oes, d sde o pro 1 lpa ~ . vestigario projeto, contra~Ao, forne mento de das etapas de ID '" ' ....c. . . "' fiscaliza~io do trabalho, &L.. os envolvidos till matenaiS, execu~ao e . J.. onstrurio utilizando a boa pratu::a, a normaliatividades de pus-c '" ' . . . . esas qualificadas, evttando asstm o surgtmento za~ao vigente, empr de problemas. .. . de patologias deve-se caracterizar suas origens e Na ocorrencia ani'smos deflagradores, que incluem a monitora~ao do , . possiveis mec aparecimento e evolu~io de ftssuras,, t.rincas, desap~o e/ou desaIinhamentos. Na realidade, a boa pratica de engenhana demanda a fiscaliza~ao, registro e certifica~ao de procedimentos, e as normas vigentes especificam ensaios que necessariamente devem ser realizados, de forma a identificar precocemente elementos defeituosos ou situa~oes de risco. Algumas patologias podem ser ident' fi adas ainda na fase construtiva, e as devidas medidas devem ser otadas para garantir seu comportamento adequado e seguran~a. Verificando-se o comportamento inadequado das funda~oes de uma estrutura qualquer, a solu~ao do problema requer, essencialmente, a identifica~ao das causas do insucesso no processo de transferencia de carga da estrutura para o solo, que e o meio responsavel pelo funcionamento adequado da funda~ao. Apos a identifica~ao dessas causas, devem entao ser promovidas as medidas mitigativas necessarias asua recupera~ao. Considerando que a funda~ao e urn elemento de transi~ao entre a estrutura e o solo, seu comportamento esta intimamente ligado ao que acontece com o solo quando submetido a carregamento atraves dos elementos estruturais das funda~oes. Existem. tambem situaro . o solo apresenta deforma~oes '" es nas quais ou vana~aes volumetricas nao provocadas pelo carregamento das funda~oes, podendo resultar em patolog1as. . Os chamados solos pro. blematlcos (expansivos c0 1 • . .. • ' apsiVeis etc.) sao exemplos tipicos dessa ocorrencia. Essas situa~oes sa0 . . na 1d especiais, quer pelo comportamento o usua o solo, quer po . r outros efe1tos, e serao abordadas com
algum detalhe, pois nao sao do n>nhecimento da media dos proftssionais envolvidos na a rea de fu nda\oes. Uma funda\ao adequada e aqm·la que apresenta conveniente fator de seguranc;a a ruptura (da ('St.rutura que a compoe e do solo afetado pela transmissao das cargas) e recalques {deslocamentos verticais do terreno) compativeis com o funcionamento do e]emento suportado. Pode-sc afumar que todas as fundac;oes sob carga apresentam recalques, pois os solos sao materiais dcformaveis que, ao serem carregados, apresentam varia\oes de volume, provocando deslocamentos das fundac;oes. A deftnic;ao de com porta men to inadequado na fase de projeto, quando sao feitas previsoes de deslocamentos sob 0 ponto de vista de recalques de uma fundac;ao, nao e, no entanto, t rivial. Para o acompanhamento adequado da descric;ao dos fenomenos de patologias de fundac;oes, sao apresentados no proximo capitulo os conceitos basicos referentes aos desloca me ntos a serem considerados nas fundac;oes, com suas defmic;oes, bern como a literatura relativa a recalques admissiveis. Cabe aqui o esclarecimento de que nao ha na literatura, nem na caixa de fcrramentas dos engenheiro , mate rial disponivel para f1xar, a priori, para uma determin&da estrutura, qual e o seu recalque admissivel de forma rigorosa. t.xi · 1 , ntretanto, coletaneas de dados (de casos) em qu pod mos m s apoi r para deftnir fa ixas aceitaveis nas quais ocorrem ou nao problem s. Relatos de casos de patologias, causas e olu\oe~ pod m er cncontrados como tema de inumeras public<1\'f>es. conforme apresentado no Quadro 1 . Somam- se a estas publica<;oes n·u ni oes t(·cn icas nacionais ou internacionais, editadas ou promovidas pela ABMS (Associac;ao Brasileira de Mecanica dos Solos), ISSMFE (International Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering), Conferencias lnternacionais de Estudos de Casos e outros eventos (p.e. Seminarios de Engenharia de Fundac;oes Especiais, SEFE, 1985, 1991, 1996, 2000, 2004). A organizac;ao dos assuntos abordados nesta publicac;ao e representada na Fig. 3, cuja sequencia reporta- se aos seguintes topicos: ~
Conceitos basicos da Mecanica dos Solos, abrangendo fundametos relacionados a capacidade de carga de funda~oes superficiais e profundas e a recalques, destacando -se seus efeitos e valores admissiveis.
~ Jnvestiga~iio
de subsolo e seus impactos na ocorrencia de patologias. Ausencia, falha e insu.ficiencia na caracteriza,ao das condi\oes do subsolo siio causas frequentes na ado\iio de solu~oes inadequadas. ~
Analise e projeto de funda~oes, destacando-se os mecanismos de intera~iio solo x estrutura, calculos, detalhamento e cspecifica,ocs construtivas. ~
Procedimentos construtivos dos diferentes tipos de fundar;ocs , tanto super.ficiais como profundas. ~
Eventos p6s-conclusiio, como alterar;oes de uso e carregamentos, movimentos de massa por escava~oes e efeitos de choqucs e vibra-
~oes, bern como a degrada\iiO dos elementos de funda~iio.
Capacidade de carga
4 • - - -;
Conceitos basicos da _____. Reca'ques· efe.to~ e medinica do~ solos .., valores adrr.~_,,vei<;
t
Patologia de funlla'toes Comportamento do solo lnterat;ao solo x estrutura Analise e calculo Especifica~oes construtivas
Ausencia Falha ou insuficiencia lnterpreta~ao inadequada
Execu~ao
Altera~ao
de uso e carregamento Movimentos de massa: fatores externos Vibra~oes e choques
Tipo de funda~ao: superficiais e profundas
Degrada~ao
Fig. 3 Fluxograma das et apas
de proieto e possiveis causas de patologias 'J
CONCEITOS BASICOS RELATIVOS A RECALQUES 1.1 IDENTIFICA~AO
DOS MOVIMENTOS DAS
FUNDA~OES
A descrh;ao dos movimentos das funda\OCS e muito variada, de acordo com cada autor ou pratica, tornando dificil o entendimento do fenomeno efetivamente descrito. Com a fmalidade de melhor dcscrever e uniformizar a defmi\ao dos possiveis movimentos das fundac;oes, a Fig. 1.1 da refercncia classica de Burland r Wroth (1975) identiflca o significado de recalques totais, recalques diferenciais, rota\oes relativas, diston;oes angulares etc.
®
A
() Smax
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----j
~I Fig. 1.1 De.fini~oes {apud Burland e Wroth, 1_975): (A) de.fini~~es de recalques (s}, recalques diferenciais (8s}, rota~ao (9} _e deforma~ao angular (a); (B) de.fini~oes de deflexiio relativa (D.) e defl~xao P_ropor~wnal {D./L) e (C) definir;oes de inclina~iio (ro) e rotar;iio relatwa (d1ston;ao angular} ~
/ OJ
1.2
RECALOUES AoMtssivEtS 0 conhecimento do tema "recalques admissiveis" e importantc em duas situa\6es: a primeira delas ocorre durante a etapa "amilise e projeto de funda\6es", quando e feito 0 calculo/cstimativa do n·calque das funda\Ot'S e e preciso tamar a decisao rei at iva a adcqUa\aO dos resultados obtidos com o comportamcnto
desempenho da estrutura. Os prof1ssionais da area reconhecem que este problema e bastante complexo, par causa dos motivos referentes ao comportamento do solo como das estruturas, nao existindo na verdade solu\ao reconhecida como adequada, nem no plano te6rico nem como regra empirica. Existem, entretanto, recomendac;oes simples reconhecidas pelo meio tecnico, resultantes de experiencia coletada em analise de casas. E importante ressaltar que o conhecimento estabelecido e referente a estruturas correntes e cargas relativamente uniformes, devendo ser utilizado com grande cautela. 0 estabelecimento de recalques admissiveis tern valor para indicar, aos envolvidos com o problema, niveis adequados ou ordens de grandeza de valores nos quais os problemas usualmente ocorrem. Tais valores nao devem ser utilizados de forma rigorosa ou adotados como limites unicos, ate porque a previsao de recalques de uma estrutura apoiada no solo nao e urn exercicio com resultados precisos, mesmo com a adoc;ao de modernas ferramentas numericas. Nos casas complexos e necessaria utilizar analises mais softsticadas, que pcrmitam cstabeleccr considerac;oes quanta a interac;ao solo x estrutura, ao invcs de simplcsmente calcular os recalqucs de forma isolada e compara-los com va !ores admissiveis empiricos.
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As regras empiricas relativas a recalques admissiveis conhecidas usualmente foram obtidas em coletas de dados e casas entre 1955 e 1975, devendo portanto ser utilizadas com a devida cautela 1 m d d d ~ 'pea . u anc;a ~ pa roes construtivos ocorridos desde entao. Referenctas extenstvas sabre o t6pico sao: Burland et al. (1977)· p df ld te e Sharrock {1983); Milititsky {1984); ISE (198 9 ) e Frank
( 19'91 ~
A. T~b. 1.1 resume as indicac;oes reconhecidas como referencia or vanos autores, caracterizando as dcformac;oes ad . . . p. dios estruturados e com misstvets para pre. d. paredes portantes armadas (Tab 1 lA) e para pre lOS com paredes portantes nao . . limites sao estabelecido f ~ armadas (Tab. l.lB). Estes s em unc;ao das rota~'~ 1 · razao entre D/L s d '"oes re atlvas (B) e da ' en o as mesmas definidas na Fig. 1.1.
n•calqtlt' ahsoluto. rom a f'tmtlidadc dt> dar uma no';'aO da ordem de
JJ.' :andl'z:t
do~ v;llon·s,
a dcvida cautela no uso, pode-se usar t•ntrc n.·calques maximos e recalques di-
('Om
rq~tns si111pks ou n·la~·th's
l't•n·uda is 111:h i rnos ad m issfvl'is. Funda"·ch·s asst•tltl'S c:m solos granulares (areias), Burland et al. (I')/'/) \'ttl Sl'll relato do Est ado do Conhecimento, indicam os segniutl'S vnlon·s:
~ futuia~·tH'S
isolachts: 20 mm para rccalques diferenciais entre pi-
ta n·s adji.Kl'llll'S, o qut· corresponde a pelo menos, os 25 mm dl' n•(.:alqtH' m{tximo da indica~;"ao de Terzaghi e Peck (1948); ou I..'Oll formt· Skl·mpton c MacDonald (1956), 25 mm para recalque difl't'l'm·i~tlt· 40 mm para recalque total;
~
n.•calqut~s
maximos da ordem de 50 mm de acordo com Tt·rzt-lghi t' Pl•ck (1948) e 40 a 60 mm segundo Skempton e Macradi<:rs:
Donald (1956). Para fund
n..· calqurs totais
r
de 65 mm para funda';'6es isoladas e entre 65 a
100 mm para radicrs. A Fig. 1.2, de Burland et al. (1977), para solos argilosos, utilizando
dados de varios autores indica 0 grau de dano sofrido por predins com fu nda~;"6es isoladas e em radiers, considerando a rela\ao en• .1 0 recalque difcrencial maximo e 0 recalque maximo, em pred'O asscntes em camadas argilosas homogeneas e com carregament( uniformc. Na Fig. 1.2 sao incluidos os valores limites anteriormente rcferidos por Skcmpton e MacDonald (1956). As rda~;"oes das Figs. 1.3 e 1.4, de Justo (1987), sao ilustrativas e podem ser utilizadas, dcsde que acompanhadas de julgamento geott~cnico adcquado para cada caso considerado. Este banco de dados rcsu mt· as observa~;"oes de varios auto res referentes aos recalques maximos, ou deflexoes relativas maximas versus maximas distorc;oes angulares, no caso de funda\oes em solos argilosos (Figs. 1.3A e 1.4A) e para solos arenosos ou aterros (Figs. 1.3B e 1.4B). As linhas continuas representam as correlac;oes propostas por Grant et al (1974}. A dispersao dos resultados
egrandee indica com clareza e de
forma inequivoca a necessidade de cautela no seu uso. Para os casos de fundac;oes de pontes existe uma literatura bern mais limitada, entretanto os trabalhos de Bozozuk (1978); Keene
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Casos com argila na superficie
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Casos c/camada superficial rigida Dano severo
Maximo para estruturas flexiveis (Bjerrum, 1963) C'O
Maximo para estruturas rigidas (Bjerrum, 1963)
- - - Limites de projeto de Skempton e McDonald (1956)
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> +-' C'O Q.) ~
Fig. 1.2 Comportamento de edijica\oes com funda\oes superficiais assentes em solos argilosos (apud Burland et al, 1977): (A) edijica\oes estruturadas emfunda~oes superficiais isoladas; (B) edijica\oes em radier
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(1978); Walkinshaw (1978); Grover (1978); Wahls (1983) e Moulton (1986) servem como referenda, com avalia~ao de urn numero elevado de casos de pontes nos EUA e Canada e indica~oes de limites tanto de deslocamentos verticais como de deslocamentos horizontais.
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ig. 1.4 Correlarao entre distorfao angular md.rima bma.r e deflexiio md.rima relativa Dmax para con rur6es em (A) argilas; (B) areias (ap d Justo, 1987)
orrela t2o entre d" to~tt2o angular md.rima bmar d locamento md.rimo mtu para fu.nda ~ oladas em (A) argil ; (B) areias (apud Justo 1987) 1
um u ·vo I vantamento das condi~oes de p es m funda~O dir tas, Bozozuk (1978) apresenta os dados (Fig. .5) com a indi a~O r ~ r nte as condi~Oes descritas como: toleniv i · o pa ologia , ma ainda toleraveis; intoleraveis. 0 autor prop6 , om ba n t dados, o guintes limites para deslocam no v rti ai (Svl horizontal (Sh): Tol rav I ou a itav 1:
Sv< 50mm sh < 25 mm
Probl matica , ma a itav is: 50 mm ~ 5y ~ 100 mm 25 mm ~ Sh ~ 50 mm v > 100 mm h
>50 mm
IJ:lf tjiitloul'ton et al. (1985) e Moulton (1986), ••'GtltDU'ten~Ao do conforto dos usuarios portamento estrutural, no estudo
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lntolcniveis • Pier • Pontes
Nota: 1 mm • 0,003 ¢5
Fig. 1.5 Comportamento de .fundaroes superjidais de pontes e piers (apud Bozozuk, 1978)
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patrocinado pelo Federal Highway Administration (EUA) em pontes
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dos EUA e Canada, foram:
-~ca plesmente apoiado e 1/250 o limites aceitaveis de dis-
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omo apresentado por Hambly al a aceita~io de limite .-41~_.~ de apoio simples ou . . . . .. . . , .. &_.._ {1991), relatando
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n pt:'llit':t t'rann:sa, rita t•omlh;ol'S ,lt'l'it,1vc..·is de t•stados lirnites. Para todos us tipos dt· t•strutura. o limit<.' de st.·rvh;o indicado t~ de recalque dlft•tc..·ttdal dl' 1/1.000, Sl'rtdo L tnmbt'·m o mcnor vfw considerado. l'ara o t•stado llmill' dt· ruptura, L/2' 0 t.'· o valor limite, podcndo ser mai01 p:ua l'Sirados nwt:'tlkos.
1.3
I lOS DE MOVIMEN TO DAS FUNDA\OES
A mnnit'l'sta\flO n·ronhl·l'ivd dt' ocorrrnria dt.' movimento das funda<,;
,no, ocorn·m ftssuras. Nas Pigs. 1.6 a 1.12 apn·scnta m-sc pad roes tipicos de deslocamentos l' corn·spondt•nt<:s ftssuras. E importante rnencionar que detalhes
Fip;. 1.6 Fissuras tipicas causadas por recalque de fundm;oes de pi/ares internos
(apud Ortiz,
1984)
Fissura
• Deslocamento
das fis s~ras por recalque de funda\tio de prlar de canto (apud Uriel Ortiz
Fig. 1.8 Provtivel fissuramento
1983)
1983}
Fig. 1. 7
Esquematiza~·tio
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em parede portante com recalque na extremidade (apud Uriel Ortiz '
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l&"1f;·1t1tillfi~IQ ccmJ'Ua pa tk ~:·;·;~·~1-Uftt.{tiM.:iM_. foprul Uri l Orttz,
Fig. 1.12 ProrNJ~~eljissuramento de edflic~4D asset* partt em corte e parte em atem (apud Urlel OrlW, 1983)
INVESTIGA\.AO DO SUBSOLO
A investiga<;ao do subsolo e a causa mais frequente de pro blemas de funda<;oes. Na medida em que o solo e o meio que vai suportar as cargas, sua identifica<;ao e a caracteriza<;ao de seu comportamento sao essenciais a solw;ao de qualquer problema. Urn programa adequado dr invest iga<;ao do subsolo tern seu custo e abrangencia proporcional ao valor da obra e complexidade do problema, devcndo iniciar pelo que se denomina de "estudo de escrit6rio" (desk studies). N sta etapa, os dados hidrogeol6gtc os, pedol6gicos, geotecnic ..:, conhecimentos regionais etc. sao coletados e compar dos, buscando-se identiftcar as po siveis condi\oes do local de implanta<;ao da obra. As caracteristicas especiftcas de cada problema devem defmir a abrangencia do programa preliminar, do complementar, e a eventual necessidade de urn programa especial de ensaios geotecnicos. No Brasil, o programa preliminar e normal mente desenvolvido com base em ensaios SPT (ver ABNT NBR 6484/2001). 0 programa complementar depende das condi<;oes geotecnicas e estruturais do projeto, podendo envolver tanto ensaios de campo (cone, piezocone, pressi6metro, palheta, sismica superficial etc.) como de laborat6rio (adensamento, triaxiais, cisalhamento direto, entre outros). Uma revisao destas tecnicas e procedimentos e apresentada por Schnaid (2000) e Souza Pinto (2001). Assim, por exemplo, os solos de comportamento especial (colapsiveis, expansivos, em adensamento) podem ter sua ocorrencia prevista ainda em fase preliminar, defmindo os ensaios especiais necessarios a caracteriza<;ao de seu comportamento e sua influencia nas funda<;oes. Ocorrencias localizadas, como a presen<;a de obras de minera<;ao subter-
rAnea (problema pouco comum no Brasil, mas presente em zonas d minera~lo intensa) ou zonas carsticas, podem provocar subsidlncia ou problemas construtivos sensfveis. 0 planejamento de um programa de investiga~ao deve ser concebido porum engenheiro experiente que possa atribuir os custos a complexidade ou dif1culdades do projeto. Patologias decorrentes de incertezas quanto as condi~oes do subsolo podem ser resultado da simples ausencia de investiga~ao, de uma investiga~ao inef1ciente ou com falhas ou ainda da ma interpreta~ao dos resultados das sondagens (Milititsky, 1989).
2.1
AUSENCIA DE INVESTIGACAO DO SUBSOLO Tipico de obras de pequeno porte, em geral por motivos economicos, mas tambem presente em obras de porte medio, a ausencia de investiga~ao de subsolo e pnitica inaceitavel. A normaliza~ao vigente (ABNT NBR 6122/1996; ABNT NBR 8036/1983) eo bom senso devem nortear o tipo de programa de investiga~ao, o numero minimo de furos de sondagem e a profundidade de explora~ao. Na experiencia pessoal dos autores, tambem referendada pela estatfstica francesa (Logeais, 1982), em mais de 80% dos casos de mau desempenho de funda~oes de obras pequenas e medias, a ausenr completa de investiga~ao e o motivo da ado~ao de solu~ao ina quada. Urn resumo destas ocorrencias e apresentado no Quadro
Quadro 2.1 Problemastipicosdecorrentesdeausenciadeinvestiga~aopa r diferentes tipos de funda~oes PROBLEMAS TfPICOS DECORRENTES
2.2
INVESTIGA\AO INSUFICIENTE Realizado o programa de investigac;ao, o mesmo pode se mostrar inadequado a identiftcac;ao de aspectos que acabam comprometendo o comportamento da funda\·ao projetada. Casas tipicos deste grupo sao os seguintes: ~ Nttmero insuftdentc de sondagens ou ensaios para areas extensas ou de subsolo variado, eventualmente cobrindo diferentes unidades gcotecnicas (causa comum de problemas em obras correntes, pela t;xtrapola~ao indevida de informa~oes) (Fig. 2.1).
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Corte AA
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Area nao investigada
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A Corte BB 1
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.... :·. '·:·:·:· .... ::.\·.·:·::.:·. . ....... . 5 sondagens 10 blocos a construir
Fig. 2.1 Numero insuficiente de sondagens: {A) area ndo itwestigada com subsolo distinto; (B) areas extensas e de subsolo variado
Profundidack
R· ate1tada pelo carregamento
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Fig. 2.2 Profundidade de investigarao insuficiente
Cota: 16,70m
Sondagem 5.4
lmpenctnivel ao trepano
NFE Nlvcl d'agua nAo encontrado
le:WU&e,lo de propriedades
~
Profundidade de investiga,ao insuftciente, nao caracterizando camadas de comportamento distinto, em geral de pior desempenho, tambem solicitadas pelo carregamento (Fig. 2.2).
~
Propriedades de comportamento nao determinadas por necessitar ensaios especiais (expansibilidade, colapsihilidade etc.). Casos especiais serao avaliados no item 2.5.
~ Situas;oes com grande varias;ao de propriedades, ocorrencia loca-
lizada de anomalia ou situas;ao nao identif1cada (Fig. 2.3). 0 uso de normas (ABNT NBR 8036/1983), a visita ao local da obra, inspes;ao as estruturas vizinhas, a experiencia eo born senso devem servir de guia para evitar problemas desta natureza.
Cota: 16,76m
Sondagem 5.9 Penetra~ao: (golpe">/30cm) Profun1• e 2• penetra~oes rela~iio didade ~3~~~!_ras_oe_s ao R.N. Amosda tra Graf1co Nivel ca~da .l'!':_d~£lp s 1• e 2• 2• !.' J• 10 :tf!. n 40 ; d'agua
Cota em
15,31m 15
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Argtla siltosa com areia fi'l a e media, amarelada, consistencla media ~--
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Silte argiloso com areia fina e media, variegado, consistencia med ia e duro (solo residual) ~=.::
48 55/25
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Reve'5timento 076,2mm 0interno: 34,9mm Amostrador 0 externo· 50,8mm Altura de queda· 75t.:m Peso 6Skq Cl'ls<>ihc
~~ ... 1'-"~
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Silte argiloso com areia fin a e media, amarelado, duro (solo residual)
30/8 11.70 lmpenetravel ao trepano
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Profund. do nivel d'agua (m) Final lnicial 1,45 NFE 10/09/03
12/09/03
·a. "' 0
0 E
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l8! (Q) @)
·v; NFO
O/P u amostraaor pene rou Amostra nao recuperada N em sob 11eso das hastes __ Amostra shelby P/N 0 amostrador penetrou N em sol ---- -·· oeso das h(lstes + peso batente Amostra shelby nao recup. NFE Nivel d'agua nao encontrado Nivel d'agua nao observado
Fig. 2.3 (B) Situa~oes com grande varia~iio de propriedades
2 3 INVESTIG~AO COM fALHAS
Durante o proces o d inv lga~lo pod rio o o r r p o compromet m os resul ados obtido utlltzado m proj o
u
Na reallza~Ao de sondagem slo r lativam n comun : os rro na localiza~io do sitio da obra (execu~io ~ ita m local dl~ r n ), localiza~io incompleta, ado~lo de procedimentos indevidos ou n aio nio padronizado, uso de equipamento com de~ ito ou fora da sp dtica~io, falta de nivelamento dos furos m rela~o a r fer~ncia b m identiticada e permanente, ma descrl~io do tipo d solo, ntre outros. Neste titulo tambem se enquadram os procedimentos fraudulentos de gera~Ao de resultados ou multiplica~lo de furos de sondagem (apresenta~Ao de relat6rios de servi~os nio realizados). Esse tipo de falha provoca problemas durante a execu~lo das funda~oes, por causa da diferen~a entre estimativa e realidade observada durante a execu~ao (comprimentos de estacas diferentes do projetado, negas em profundidades diferentes das do projeto, presen~a de rocha em posi~io nio prevista, tipos de solos e espessuras de camadas nio descritos nas sondagens, presen~a ou ausencia d agua no subsolo etc.). Efeitos desastrosos podem ser observados n casos em que dados nio representativos forem adotados no proj de funda~oes. Para evitar esse grupo de problemas, e essenci contrata~ao de servi~os de empresas comprovadamente idone supervisio nos trabalhos de campo por parte do contratante. Indicadores de possiveis problemas de execu~ao: (1) alta produ\ao campo das equipes de sondagem, com perfura\oes profundas executadas em tempos reduzidos, ou elevado mimero de perfura\oes produzidas pela mesma equipe; (2) semelhan\a entre furos de sondagem (mesma espessura das camadas, mesmo valor de Nspr etc.). No caso de execu\Ao de sondagem mista (rotativa em rocha e percussio em solo) e comum o uso de equipamento rotativo a partir da primeira ocorrencia de material mais resistente, mesmo nos casos _...,..,..~.-........ abaixo do material identificado como rochoso encontra-se necessariamente deve ser investigado com equipamento para possibilitar a identifica~ao de sua resistencia e 2.4). er considerado no caso da realiza~ao de ensaios d campo e a representatividade dos mesmos, ou •~~tadc•s devem refletir as verdadeiras condi~oes e pro~"~·.aUJio relevantes ao problema em estudo.
2.4 INTERPRETA~AO INADEOUADA DOS DADOS DO PROGRAMA DE I NVESTIGA~Ao
Os probkmas deste grupo pod em ser en quad rados no Cap. 4: Ana Iise e Projeto, no qual o projdista neccssariamentc adota urn modelo para descn.·vt·r o subsolo, com propriedadcs de comportamento representativo das diversas camadas. A adO\aO de valorcs nao represcntativos ou ausencia de idcntiftCa\aO de problemas podem provocar dcsempcnho inadequado das funda\oes. Por excmplo, solos porosos tropkais com Nspr abaixo de 4 indicam a possibilidade de instabilidade quando saturados (Milititsky e Dias, 1986); a presen\a de pedregulhos aumenta os valores de penetra\ao NsPT sem que o comportamento (resistencia ou rigidez) do solo seja equivalentemente aumentado; valores muito baixos em argilas saturadas indicam a po
2.5 CASOS ESPECIAIS As diftculdades normalmente assodadas ao planejamento de urn programa racional de investiga,
2.5.1 lnfluencia da Vegeta\ao
E importante salientar que o efeito
da vegetac;ao pode ocorrer por interferencia fisica das raizes ou modiftcac;ao no teor de umidade do solo. Este efeito e pouco conhecido no Brasil e, por este motivo,
Sondagem Classlfica~o do
material
0/Xl Ateno composto de argila e pedras, de cor preta 1,20
2JXJ
2,55
Basalto extremamente alterado, bem decomposto, de cor variegada
7,40
7/JO 9,45 10~ ~~~===---~~~~-
11,25
Basalto extremamente alterado, bern dec com passagens de muito alterado, de c
Basalto sio, de cor cinza, muito frat
14,15
1 - - - - - - - - -14,15m- Umite de sondagem Obs.: NA- Sm em 10/05/96
Fig. 2.4 Caso de investigar4o com falhas: (A) sondagem mista executada de forma
equivocada
discutido em maiores detalhes nesta publica~ao. ~-f~:.1~tr·aeltn agua do solo para manter seu crescimento e vi-
Ol'llttO o teor de umidade do solo se comparado com ~lltOO~s nAo estAo presentes. Em solos argilosos as
umidade provocam mudan~as volumetricas; :·, euaia·uer funda~ao localizada na area afetada e provavelmente patologia da edifica~ao "'i't" ...........a... ~\.&'.1" (Fig. 2.5A). Este movimento das :,~t':'o...'U' em base sazonal, recalque progressi-
Cota:0,07m
Ar~ia
1,60
9
10
tina, siltosa, marrom, compactada
m~diam~nt~
Matacao de rocha basciltica, sa, cinza
15/10 11
19
18
2
29 8,00
2
47/25
-15
...
...
20
23
18
20
17
22
20
25
30/10 14,80
Rocha basaltica, alterada ~ quase sa, fragmentada, fraturas suborizontais ~ verticais, oxidadas, denotando passagem d'agua, marrom e cinza com pigmentos amarelos LIMITE DA SONDAGEM
Profund. do nlvel d'tlgua (m)
5,80
Final 6,05
29/02/02
04/11/02
lnicial
NFO Ntvel d'agua nlo fot ob~ado
NFE Ntvel d'agua nlo foi encontrado
um d ftcit permanente d umidade iva quando a vegeta~ao e poste1976} (Fig. 2.5C}.
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e oc:-orrem com gi tro i tematico de acidentes, pela r dora , omo os EUA, segundo Wakeling m razio de efeitos da vegeta~ao sao por enchentes, furacoes e terremotos, oltz (1983) cita valores anuais de
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d dolares nos EUA, pag08 Pelas
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Arvores de grande porte cortadas
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Argila ressecada pela extra~o da umidade do solo por raizes
For~a devido
aexpansao da
argila ao serem cortadas as arvores
blO
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t:-20
!t 0
6-30 E
17kN/m2)
2
Pad 2 (17kN/m2)
-~40
-50
•
Pad 3 (34kN/m2)
- - Pad 4 (63kN/m2)
Fig. 2.5 (A) Raizes motltfic:am o teor de umadatle do solo, se comparado com o local made as mizes n4o e t4o pre ente , podendo causar recalques localizados e
provavelmente patologias na edifica~4o; (B) Movimentos sazonais de .fundaroes quadradas de 1,00 z l,OOm, assente 2,00 m prdrima a droores na argila de Londres, segundo Freeman et al. (1991); (C) Trincas resultantes da e.rpansibilidade de argilas ressecadas, com o umedecimento do solo ao serem cortadas drvores prd.riiiUI$
iRCe!lellttes de danos as funda~oes no peU: ido foi estimado em 250 milhoes de ~tilr.tle:nte atribuidos a movimentos do solo ti!IM~l. 1983}. Este autor ainda comenta os olu~io deftnitiva dos problemas, pela -~~~~ -P.e<:ia1jst:as e ado~io de solu~oes ina~r.c•v·~.~~~ como a necessidade de ado~ao de ~(llC.l~te aceitas.
A rapaddadt· dn
l'gl't:u,::IO ern c tusar :nrmenlo ou n·dtt\'•'o volurru'• ..
trira no ~olo t', const'qlll'lllt'IIH'ttk, da11oS 1'rs e~trulur:ts dt·pt·ttclt• dP Ullla Sl'l'i<' dl' fa!Ot't'S, 'Jill' i lll'ltll'lll o I ipo ch- Vq t•l at;: to (sish'ttlll de raizt•s muito variado, dl'sdt• l'lt•ttll'ttlo l't'llt r:tl pml'tltulo :1 v:'trios l'll'mcntos p rat ka llll'tl t \' hori7.on Iu is
l' stt hhot
izout a i1-; ~HJ>Prln·ia is), ~olo,
l'Olldic,:
n dist,1ncia minima
t'lllt'l'
t'llltl' t'Sks
faton·s
t'· t
Slt:l
dist:'hrda
ompkxa.
ohst•rv:u;iH's sirnpl<'~. f'ui suger ido qul' a~ J'untht~'
t'llt
dcvcria St'r da onkm dl' I a 1, 1> vt·zes a altura da ftrvon· con ... ickrada (Canovas, J<>BB). Essa t.'stimativa (· inacl.'it:\vt·lellt grandt> mcro dl'
l':ISOS
Ill OliVOS {'COlc'>t~i<.'Os l:
por
pn\t icoo.;, l' dl' fa to i ttU lrtl'·
ros casos t'm que.: a::; :'trvon·s sc situavam mais limitcs mostravam
au~enda
nu-
proxima~
quP cste5
d{' datlO, t·ara trri1.anc.lo o exav;cro da
recomcnda<;fio. Existem vc.irias referenda
na lit{·ratur
quais difc.:rcntes tipos de v g t. \" u
t '1 •
n
l,ul·fn
I 1
mostram uma diferen<;a rn.lH.'arttC' p·ut ucd ..,
.,. v·gl"tal, <.om
aquclas cspcries qut: po su m maior demanda de itgua afetando o solo a gran des dista ncin ~ c profundidadc.:. Est udos sistematicos feitos na Inglatcrra mostram a inf1u0nda dos difcrentes tipos de arvores, alturas tipicas, maxima dist:.lttda em que o efeito das raizes foi verif1cado, maxima distancia para 90 e 750/o de casos {Tab. 2.1). Na Tab. 2.2 apresentam-se dados rclat ivos a est udos na Africa do Sul. Somam-se aos cfcitos dcscritos C1nteriormenk C1qudes decorrcntes do efeito fisico das ra izes de arvon.·s t'm coni a to corn t•st rut uras lcves, con forme ilustrado na Fig. 2.6. }; co mum a ocorrencia de levantamento de casas, pisos e outras instalac;oes quando ha presen<;a de Tab. 2.1 Especies das arvores e efeitos observados de danos em funda~oes (adaptado de Cutler e Richardson, 1981) ESPECIE
Carvalho Chorao
ALTURA MAXIMA DA ARVORE (m)
MAX. DIST.
MAX. DIST.
MAX. DIST.
(m)
75% CASOS (m)
900/o CASOS (m)
16-23
30
13
18
15
40
11
18
Olmo
20-25
25
12
19
Bordo I Acer
17-24
20
9
12
8
11
6
7,5
Ameixeira
-
Betula
12- 14
10
7
8
Pau-ferro
8- 12
11
9,5
11
-
VJ. 0Jrab.2.2 TIPO DE PLANTA
TRO(A DE UMJDADF. ~M
500 litros/d1a litr~/dia
Eucalipto (Eucaliptus Macarthurj
250
Acacia (Acacia Mollissima)
1 litro/m /dia
Grama vorddThtm
.
. e a, falsa scringuc1ra,. com a fJgueJra . arvores de grande porte como ressivas. Ap6s a ocorn.·ncla b gendo areas cxp raizes superflciais a ran sivcis podcndo rcqucrcr
Fig. 2.6 Efeito ftsico das raizes de arvo-
res em contato com cstruturas /eves
2.5.2 Colapsibilidade Outro problema de conhecimento restrito dos engenheiros e ronstrutores ea ocorrencia de solos com comportamento especial, sensi-
vels a varla~lles no grau de satura~iio do terreno. Nesta dassiftca~iio estao os solos colapsiveis, deftnidos como "materials que apresentam uma estrutura metaest;\vel, stUeita a rearranjo radical de par-
ticulas e grande varia~ao {reduc;ao) volumetrica devido com ou sem carregamento externo adicional".
a saturac;ao,
Referencias abrangentes sobre solos colapsiveis sao: Northey (1969); Sultain (1969}; Dudley (1970); Barden et al. (1973); Jennings e Knight (1975); Clemence e Finban (1981); Lutenegger e Saber (1988), entre outros. Modernamente e possivel modelar o comportamento de solos colapsiveis por conceitos da teoria de estado critico extcnsiva a solos nao saturados (ver Alonso et al., 1990; Wheeler e Sivakumar, 1995).
0 colapso ocorre por causa de um rearranjo das particulas, com varia~ao de volume, causado pelo aumento do grau de saturac;ao do solo, sendo dependente das seguintes condic;oes {Barden et a l., 197'3): ~
estrutura do solo parcialmentc c;aturada;
~
tensoes exist nte p r·
~
rom pi mt.·nto d(l ·
r · v
r l
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u,
Dentre os solo picais, especialm rochas acidas. 0. - u ~ r p tl u rmente colapsiveis, pois tc rn alta pN rc b1lidade r a agua d chuva percorre seus vazios sem satur: -los · com o aumento do teor de umidade ate urn valor critico, estes solos podem perder sua estrut ur
ra de macrovazios por colapso estrutural. Os trabalhos classicos sobre este tema sao baseados em observac;oes de comportamento em laborat6rio, a partir dos quais e passive] caracterizar e descrever qualitativamente o fenomeno lnundar;ao de colapso, conforme ilustrado na Fig. 2.7. Vargas (1973, 1974) ensaiou amostras inicialmente t Colapso adensadas na umidade natural l I sob varios niveis de carregamento. Quando os recalques cessaram, as amostras foram inundadas. Apareceram recalques adicionais causados por saturac;ao das amostras, cuja magnitude reduziu com o aumento das 2.7 Resultado tipico de ensaio de pressoes externas aplicadas. A I I
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Fig. colapso (apud Jennings e Knight, I 975)
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ociado ao grau d patologia (apud PC EM o.b 0- 1 1- 5 5 - 10 10 - 20
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3 Marias Uberlandia Rio C:,apucai R o C'laro
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Tr6pico de Capric6rmo . - - - - - Canoa"> Santo Angelo Carazinho Vacaria
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Ferreira et al (1981)
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W.oqi G
d 1.1
5n Jvc-P I • Carr p J
r.f' J ' ) .ur r aulinf
A levantamento de dados (~ihtitc;ky f:t D as, 1986)
Fig. 2.8 Localizaqao de olos colap iveis 110 Brasil (Ferreira et al, 1989) com inclusoes de dados de Milititsky Et Dias ( 1986)
produzindo-se a inunda~ao do terreno antes ou durante o ensa io. IdentifiCado o problema, o projeto pode demandar o uso de estacas para transferir cargas a horizontes mais estaveis. Geralmente e indicada a solu~ao em sapatas continuas (tipo grelha} para minimizar os efeitos de colapso (Zevaert, 1972}, ao inves de funda~oes isoladas ou estaqueadas com cuidados especiais (Grigorian, 1997). A ocorrencia de acidentes de maiores proporc;oes por colapso da estrutura do solo esta normalmente associada a vazamentos de canaliza~oes pluviais ou cloacais, reservat6rios, piscinas, ou coberturas de grandes areas sem a devida conduc;ao, situa~oes nas quais a agua e liberada ao terreno em grande quantidade, ocasionando variac;oes na umidade e provocando o colapso.
2.5.3 Expansibilidade
A presen~a de argilo-minerais expansivos em solos argilosos e responsavel por grandes varia~oes de volume destes materiais, decorrentes de mudan~as do teor de umidade. Este tipo de comportamento provoca problemas especialmente em fundac;oes superf1ciais.
0 coni roll· de variat;oes d<..· urn idade nao e simples. urn a vcz qu<.· a ;igua pock s<.· ckslo<..·ar vertical e horizontalmente abaixo das f'u nda~·o<.·s provocando mudan,as nos niveis de suc,ao, c conseCJU('flt(•rnente d<.· volume, por movimentos alternados de expansao (' comr>r<.·ssao. Sao inumeros os fatores que produzem varia\ol's de u m idade, podendo ser necessaria intervir ou controlar os efl'itos prodtuidos. Varia\·oe~ sazonais no nivel do len\ol freatico, regime ck chuva~ <.' pr<..·scnt;a de vegeta\ao podem determinar a ocorrencia
silt.·ira <.'m solos expansivos refere-se a solos residuais ou coluviais f'ormado~ por intemperismo de rochas sedimentares. Segundo o nw'>mo autor, <.'xistcm quatro principais areas de solos expansivos no Brasil, af~rma\aO que tern sido conflrmada por estudos recentes: ~ Litoral do Nordeste -
nesta area, os solos expansivos sao nl residuais de argilitos, siltitos e arenitos, incluindo os de rna do Reconcavo Baiano, nos arrectores de Salvador (BA) e a Fo Maria Farinha, nos arrectores da cidade de Recife (PE). 0 clin n:giao e quentc e umido. ~
SerUio nordestino - nas proximidades da barragem de Ita no rio Sao Francisco. 0 cl i rna da regHio e quente e seco. ~
Estados de Sao Paulo e Parana - os solos expansivos nestes Estados sao solos residuais ou coluviais, formados pelo intemperismo de argilitos e siltitos da forma\ao carbonifera Tubarao. Ao norte da cidade de Campinas (SP) tambem sao encontrados solos expansivos. 0 clima da regii:io e subtropical, caracterizado por veroes quentes e umidos e invcrnos frios e secos. ~ Estado do Rio Grande do Sul - na Forma\aO Rosario do Sul os
solos expansivos sao oriundos de arenitos e siltitos. Segundo Vargas et a I. ( 1989), ha ocorrencia de solos expansivos ao norte da cidade de Porto Alegre, na regiao industrializada. Foram en-contrados solos expansivos tambcm nos municipios de Encantado, Sao Jeronimo, Santa Maria, Rosario do Sul, Santa Cruz do Sui e Cachoeirinha. Existem tres procedimentos basicos para reduzir ou evitar os efeitos de solos expansivos sobrc funda\oes e estruturas (Peck et al., 1974): isolar a estrutura dos materiais expansivos, refon;ar a estrutura para resistir aos esfor\OS provocados pelas fon;as de expansao e eliminar os efeitos de expansibilidade. Embora os tres procedimentos
possam ser ut ilizados, individu ahnente ou em combi nac;ao, o isolamento da estrutura tem sido adotado com maior frcqucncia. lsolar a estrut ura dos solos cx pansivos podc rcqucrer o uso de materiais deformave is, como compen sados ou isopor, entre o solo e o concreto. As for\as de expansao comprimcm estes materiais, nao sendo transferidas diretamente cl estrutura. Estes procedimentos podem minimizar os cfeitos da cxpansao, sem, no entanto, elimimi-los, devendo por estc motivo st: r acompanhados de outras soluc;oes de engenharia. Recomenda-se o uso d staca::, armadas ao Jongo do fuste, t rabalhando a tra-;ao, e a avalim;ao da rigidez e rcsistencia da superestrutura para absorv{r o t ·fo ·o R tc c ·id~dos impot>m custos expressivos ~!S cor obras correntes de p q r p As for\ as de expa n::,ao p da estrutura; deve-st, no e1 tamo, 1l ~ rvar que c qut ' t0 normalmente obtido ao f1nal do processo construtivo, podendo -se ter situa\6es desfavoraveis e criticas durante a constrw;ao da obra. Uma alternativa interessante consiste na substitui\aO da camada superficial de solo expansivo porum aterro de material inerte, cujo peso equilibra as fon;as de expansao.
Evitar a percolac;ao de agua junto aos elementos de fundac;ao, de forma a minimizar os efeitos de expansao, e u ma exigencia. Recomenda-se o envelopamento das canalizac;oes abaixo ou proximas as estruturas e o uso de pavimento asfaltico nas areas de acesso. 0 asfalto apresenta boa trabalhabilidade e pode absorver possiveis fissuras provocadas por variac;oes de umidade no subsolo. A manutenc;ao constante dos pavimentos tambem e recomendada. Tecnicas de estabilizac;ao de solos atraves da adic;ao de agentes cimentantes alcalinos, tais como a cal (Innovations and uses for lime, 1992; Rogers et al., 1996; Consoli et al., 1997, 2001), devem ser mencionadas como tendo grande potencialidade para a neutralizac;ao da expansibilidade de solos. Contudo, a existencia de sulfetos em alguns solos nos quais a cal e adicionada pode gerar efeitos expansivos adversos (Mitchell, 1986). Alem disso, deve-se atentar para as diftculdades executivas de misturar os estabilizantes quimicos ao solo expansivo, principalmente a profundidade. Finalmente, deve-se reconhecer a falta de padronizac;ao de projetos em solos expansivos, da caracterizac;ao do local a soluc;ao do problema. Nao raro os engenheiros lanc;am mao de soluc;oes baseadas
cza empirica (ver J(•nem expenencia e em abordagens d c na tur . . h . 1978) em dctnmcnto nmgs e Knight, 1975; Johnson e Snet en, ' . . . . b d nos concritos da teona de pri nctpios rigorosos de projcto asea os . t rados (ver Alonso et al., · do estado critico aphcada a solos nao sa u r _ d' . . sobre os cfeitos dccorrcntes dt· solos 1990}. I n1orma\oes a tcwnats expansivos em funda\oes nos EUA, pais no qual ha levantamcnt.o "' · em out ros }Jatextensivo de dados e casos, bern como expenenctas · ses, podem ser obtidas em Wray (1975), Meehan e Karp (1994} e Nusier e Alawneh (2002}.
2.5.4 Zonas de Minera\ao 0 problema das constru\ocs em regHio com atividadcs de minera\ao tern abrangencia limitada no Brasil, pelo pequeno numero de situa\6es onde esta condi\ao ocorn~. Na Europa, nos EUA e no Canada ha uma abrangencia maior, pela existcncia de inumeras sit uac;oes onde a extra\ao de minerios ocorre em pequena profundidade, com tuneis, galerias e "saloes" escavados e abandonados (Yokel et al., 1982; Healy e Head, 1984). No Brasil, as regioes com ocorrfn ia de minera\ao subterranea sao localizadas especialmente em Minas Gerais e Santa Catarina. Usualmente, nas regioes com extra\ao de carvao ou minerios ·t ) quena profundidade acaba acontecendo o fenomeno de subsidf n · a em areas mais ou menos limitadas, caracterizando a instabilid· de das escava\6es subterraneas. A Fig. 2.9 ilustra este tipo de ocorrencia. Tomlinson (1996) apresenta situa\6es tipicas desse problema, com a possibilidade de implanta\ao das fundac;oes apoiadas sobre o topo das galerias, quando a condi\ao de estabilidade pode ser garantida, ou abaixo da cota inferior, quando tal situa\aO nao pode ser assegurada. Exemplo da ultima situa\ao foi encontrado em projeto
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lnstabilidade das galerias de minerar;ao
Extrar;ao de minerios em galerias
Fig. 2.9 Fenomeno de subsidencia em .
. areas d e mmerar;ao
Subsidencia devido ao colapso do topo da mina
f'ttrtcl·d~ot ... •·s, f'onuu coll•:t•d t·ra d as, al<·m • d
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rdr·ntado idenl j rrca\:to pr. isa das a scr
ocorrcndas ntcrradas, nao st', uo que sc referc :·, posi<;ao
a
Vazio
como tamhcm profundidade. (Jua ndo ex istentes, as plantas
Rejeito de
das m incradoras sao imprt.:ci-
m inera~ao
s as c servcm gcralme ntc como
Fig. 2.10 Fundarao do tipo tubultlo assenle
indica,,;ao preliminar para dircdonar as invcstiga,oes, nao dcvendo ser considcradas
Rocha brand a
no nivel da base de galeria na regiiio de minerarao em Santa Catarina
con ftavcis para tom ada de decisoes i mportantes referentes
as possibilidades de ocorrencia do problema. A topografta util izada na loca\ao das galerias, com di ficuldades cvidentes de transferencia de coordenadas da profu ndidadc para a superficic, o fa to de que na epoca da implanta<;ao das minas nao existe a malha urbana no local e as alterm;ocs nao rcgistradas nos processos de extra,ao e sua geometria fazcm com que os rcgistros nao informem com seguran\a a verdadeira posic;ao c cond i\ocs das escava,oes rcalizadas. Assim, importantc, na ctapa de projeto, realizar uma investiga\aO
e
detalhada das possiveis ocorrencias na area por meio de sondagens geofisicas, para dirccionar a a most ragcm ate a profundidade adequada de investigac;ao.
2.5.5 Zonas Carsticas Rocha compostas de c:arbonatos de c
Fig. 2.11 Solubiliza~iio de carbonatos em aguas lev"'m"'nt"' , ·das prod uz '" '" .. ac1 .
gran des porostdades e cavidades ..·:
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·:·.·· ·.·: ·. ·.·.:
. ·. ::
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. . ..
••
~. . . 0
. :0 ·• ·:·.· .: : =.·
• :
•
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·..··
Fig. 2.12 Cavidade produzida pelo col
calcaria
d apso e urn a fin a cam ada de rocha
Fig. 2.13 Ilustra\ao de cauidacle ocon ida em zmw carstica
Embora a ocorrencia d zonas carstica(j st:i~ tenh tum ret tiva f,equencia, sao poucos os casos des ritos na li rratura Um xemplo pico de ruptura em rochas carbo ~accas c · '1 ado or S "er (197'>) na constrw;ao de um predio na Florida (EUA}, cuja trans[! rencia de carga ao substrata foi executada por meio de sapatas apoiadas diretamente sobre rocha cakaria, na qual fora m ohservados recalques da ordem de 100 mm. Na avalia\ao detalhada do substrata, subjacente a uma crosta calcaria intacta (rompida por puncionamento), foi verif1cada a ocorrencia de urn material muito poroso com pouca cimenta~ao.
0 mecanismo de ruptura por puncionamento da camada rochosa superficial e descrito por Sowers (1975, 1976), Thome et al. (2003) verif1caram urn mecanismo semelhante no carregamento de uma funda~ao superficial assente em camada de solo artif1cialmente cimentado sobre camada de solo residual compressive!, conforme ilustra~ao
~
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na Fig. 2.14.
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Fig. 2.14 Mecanismo de ruptura de funda~ao superficial assente em camada de solo cimentado sobre camada de solo residual compressive[ (apud Thome et al., 2003)
local. Pesquisas recentes sobre problemas envolvendo rochas carsticas sao apresentadas por Beck (2003). 0 caso ocorrido no Parana, em local caracterizado pelo perftl de sondagem apresentado na Fig. 2.16, uma fabrica de fertilizantes com funda~oes proj etadas e executadas parcialmente em estacas metcHicas apresentou os seguintes problemas: (a) alta variabilidade Cota: 99,410m Revestimento 0 NX, BX 0 interno: 34,9mm Amostrador 0 externo: 50,8mm Peso 65 kg Altura de queda: 75cm
TProfun r- -Per<;u?sao~ rota~ao V'-mostr~ didade ~r~~-)J~es/JOcm) 1• e 2• penetra~oes d do R.N· __ ; a ca2• e 3• penetr~~ Nivel 0 da mada N" de _g_o_!Qes Grafico d'agua coroa (m) ~2· 2• e 3' 10 20 30
Cota
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2 ~
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7:
-~
-~ 6
Argila siltosa com pedregulho, amarela, muito mole
1
3
2/32
Mole
2
Argila arenosa com pedregulho, marrom, muito mole
____________________________
Espac;o vazio
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Argila siltosa, marrom, mole
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11.00
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()rn.a.nica preta_~--
3/60
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2/69
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CLASSIFICAQO DO ~ATERIAL _ -·
___A..!:9l.la
H-Hf-H-t++-1-+-l1 - - - - - - - - - - - - - -
6,30
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I.
0,55
l~:SB
, 16 80
INJH~~I=:/ 1 1
r\\
n\
16 9
6
80
Argila media com pedregulho, va riegada, compacta Matacao Argila siltosa, variegada
1\
---L--..L..--L-__J.--~;t:;-'-;;;;-'--;;~~
Profundidade do nivel d'agua lnicial: 1,30 = 28/08/87 Final: 1,30 = 30/08/87
Argila arenosa com pedregulho,
5/0 1-\1-+-1-++++++-rvariegada, mole j'lf\ ~-"'---'----------
9
18,80
Areia grossa com pedregulho, marrom escura, fofa
8 0 60 40 20
Rec~eras_ao (%)
FraqmentQiliL Recupera~ao nu~ ROTATIVA
Dolomito branco, alterado, muito fraturado
Dolomito, branco, mediamente fraturado, com fraturas sub- horizontais e horizontais
LIMITE DA SONDAGEM
----------------------~~~~~~ - ---------------------------
Fig. 2.16 Perfil de sondagem apresentado onde houve funda~oes projetadas e executadas parcialmente em estacas metdlicas, no Parana
d comprimentos dos trilhos situados numa mesma regiio; rante a crava~Ao de um elemento metaUico ocorreu s to subito e 24 horas ap6s o aparecimento de subsid! de cerca de 15 m de diAmetro, com aproximadam nt profundidade, como indicado na Fig. 2.17. Um programa mentar d investiga~Ao foi r alizado, incluindo sondag n ilustradas na Fig. 2.18, identiftcando a localiza~Ao do topo da
..
... 10m
•
Posi~Ao
da estaca v:-- no final da crava
0
Deslocamento do solo e estaca ap6s 24 horas
"'1m
Fig. 2.17 A crava,ao
estaca metdlica caus deslocamento sub horas ap6s o de subsidencia, n caracterizada no
Estaca me~lica
Fig. 2.16
35
40
45
50
55
60
T
T
T
T
T
T
SE 16 (P)
14,5
14,1
SEV 113 (P)
14,5 14,5
20,1
1
Estaca c::ravada , 10 5 profundidade atingida (m)
SE 16 (P) Sondagem .............. e seu numero rnms.fal
-v--v Situ4'4o de regiiJo cdrstica do R l-;'>\;'.mt'f4lt'c4s
Topo da rocha de funda~o
in.v tiga~iJes, incluindo sond nrand mostrando programa t:u-,rnne-..~ ezecutadas agens, prospec~ao sismica e as
da competente e a condir;ao de ocorrencia dos vazios, com os perfts de cravar;ao das estacas executadas. Pode-se observar que a identiftcar;ao dos vazios na sondagem mista em solo e rocha, realizada antes da execur;ao das fundac;oes, nao foi suftciente para alertar, ao executante da solur;ao inici almente projetada, das rea is condil;oes do subsolo e dos cuidados necesscirios a implantar;ao da obra. Como, alem dos problemas das fu ndac;oes das estrut uras, o projcto envoivia a construr;ao de depositos de graneis em grandes area externa a fabrica, a solur;ao adotada para 0 problema foi a de mudanr;a de local de implantac;t'\o da obra. pelos elevado cu tos envolvidos n solur;ao segura do projeto.
2.5.6 Ocorrencia de Mata Matacoc sao blocos de c solo residua l, originadl 2.19), ou mesmo rm ol tr
0
0
chas que desl izam de encosta e se alojam no solo A presenr;a de matacoes no subsolo tanto gera problemas de interpretar;ao dos resultados de sondagens como interfere nos processos construtivos de fundar;oes superftciais e profundas, diftcu ltando a solur;ao de fundac;oes em obras de qualquer porte.
Horizonte ·s·
Horizonte
·c-
Fig. 2.19 Fotografza com os
horizontes de solo intemperizado e a presem;a de matacoes, em Porto Alegre
Quando 0 numero de sondagens ex cutadas na fase de inves.. tiga~ao e insuftciente, os matacOes po~em s~r c~nfundidos com a ocorrencia de perfil de rocha continua, tnduztndo solu.. ~oes nao compativeis com o comportamento da massa de solo (Fig. 2.20).
@ Perfil adotado (interpreta~o equivocada)
Fig. 2.20 Numero insufic:iente de investiga~oes: os matacoes podem ser confun-
didos com a ocorrencia de perfil de rocha continua, (A) perfil real; {B) perfil adotado (interpreta~ilo equivocada)
Durante a execu~ao de funda~oes diretas (sapatas ou u es}, a ocorrencia dos matacoes dificulta a implanta~ao destes 1tos, ora impedindo que o horizonte resistente previsto em o seja atingido, ora oferecendo indevida base em funda~o revistas para apoiar na rocha (Fig. 2.21). Matacoes sempre tern que ser ultrapassados para que as premissas de projeto sejam atingidas (Fig. 2.22).
Fig. 2.21 Ocorrencia dos matacoes Camada resistente (rocha)
impedindo que o horizonte resistente previsto em projeto para o apoio das funda~oes seja atingido
Durante a execurao d f d ~ e un a-;oes profundas a presen~a de matacoes pode tanto ' resu1tar em elementos apoiados de forma nao segura, como mostra a Fig. 2.23, como pode diftcultar ou mesmo impedir a Fig. 2.24. execu-;ao de estacas, como ilustrado na
Fig. 2.22 Na e.recw;iio de .fu ndQl;oes diretas (sapatas ou tubu/Oes}, a ocorrencia dos matacoes exige que os mesmos sejam ultrapassados para que as premissas de projeto sejam atingidas, quando projetadas para apoio na rocha
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C/')
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lC\S
Fig. 2.23 A execu~iio de funda~oes
Camada resistente
profundas na presen~a de matacoes pode resultar em elementos apoiados de forma niio segura
olos, sendo produto da naturez , apJres•~t~am···· Je!nlJl~. ~te grande variabihdad ant d ])Wpriedades. Obras atuais t m sua souu:~tu partir da ad~io de valores de propn dades rep~resent d.Os materiais envol-vidos no problema. Um trataDH!~l PI babilistico, em muitos casos, traz vantagens significativas. quanto aavalia~io de seguran~a, porem ~ necessariamente acompanhado de analise mais complexa. Assim, as solicita~6es em obras correntes podem ter tratamento stmplif.tcado (predios residenciais e comerciais), com abordagri.l deterministica das cargas permanentes acidentais. Em obras especiais (torres de linhas de transmi lo de energia eletrica, predios industriais complexos etc.}, que seriam Q:UclUil.mtt::nu: em tratamento probabilisti.L... .. .. -
ed!:•~~Ol~tat1D6deprojdoda
~rmina~lo
das letores e/ou ltt.~flll»!Wfil de funda-
-._..mtc.s.
fM{,rfti''tidnl~i'tstl'1utura,
as quais u 0 e da vida util da
po
d ft ·~o d for a d an a n ia do carrega o que da guran a qu to l r d fo lo do solo. apa, re olvida om a ~uda d Ale 1o analf · o, lui a iden ifi a~ d m anis o de rup ura ou d orm~lo da a a d olo afetado ou nvolvido no comporta o das f da~6a proj adas, padendo incluir o uso de metodos numerico a dcfini~Ao da solu~ao do problema de funda~o s, con ideram- v4rios fa ores, como a ado~ao de valores t picos para os parAm ro d projeto, normas ou codigos, uso de experiencia, uso de mesma solu~lo que em situa~Oes consideradas identicas e uso de corrcla~Oes empfricas. Ultrapassada essa etapa, o elemento de funda~lo e dimensionado estruturalmente, sendo entio elaborada a planta executiva (contendo todas as caracteristicas da solu~lo adotada e os detalhes executiv ) que efetivamente e o que vai para o cantciro, para constru~ao. jeto de funda~Oes inclui espccifica~oes construtivas, deta I indica~oes do projetista para a constru~lo, hem como cons1 e indica~oes de norma espedftca. Os problemas que ocorrem nessa ctapa da vida de um serao apresentados de acordo com a seguinte classifica~ao ~
Relativos ao solo - descri~Ao das patologias envolvendo como causador do problema;
Io
~
Relativos a mecanismos - problema cau ados pela ausencia de identifica~ao de mecanismo cau ador d mau comportamento ou colapso; ~
R lacionado ao d onh i nto do omportamento real das fund~~o - ada tipo d fu d o mobiliza cargas e deforma de maneua esp cifi a, o qu afi a o d mp nho da estrutura apoiada sobre a mesma ; . Relativo a trutura d funda~ao - probl rna causados pelo proo ou d talham nto trutural do el m nto d funda~ao; Ia ionado
a
e pecifica~oe construtiva ' ou sua ausencia.
a b m, rio avaliados os possivets · · problemas intrinsecos ao proj o f unda o s em aterro .
31 PRO.BL.EMAS ENVOLVENDO 0 COMPORTAMENTO DO SOLO Slo 1numeros o problemas ori i d g na os na etapa de analise e projeto nvolv ndo comport 0 amento do solo A a 1· x d · va Ia~ao e desempenho a timativa d para t me ros de projeto deve ser feita por profis-
ional sp cializado e experiente. Exemplos tipicos desse tipo de problemas: 1 Ado~io de perfil de projeto otimista (superestimativa do comportam nto), sem a caracteriza~io adequada de todas as situa~oes representativas do subsolo, como a a localiza~ao de camadas menos resistentes ou compressiveis (Fig. J.lA e B) e a presen~a de len~ol de agua. Em alguns casos caracteristicos de obras corren-
tes, nos quais o subsolo e caracterizado por tres perfis de sondagem, pode-se ter a especifica~ao de profundidade projetada de estacas que satisfa~a apenas dois perf1s, nao atendendo a cond ~io observada no terceiro del s. Essa situa\ao serve de exemplo de perfil otimista, que resulta em problema no dese pen o das funda~oes construida .
"'
Fig. 3.1 Perfis (A) otimista; (B) real do solo
Representa~ao
inadequada do comportamento do solo pelo uso de correla~oes empiricas ou semi-empiricas nao aplicaveis a situa~io em questio. Isso pode ocorrer pela escala do problema (estimativa de tensoes admissiveis com base em resultados de ensaios NSPT para grandes areas carregadas) ou pela extrapolaeorrela~lo para material de comportamento distinto. ~iPilQ r fi r@ncia a experiencia adquirida com determi~~~~~~il'~Jiu com valores de NSPT na faixa de cinco golpes, !'la'l'lrn de solos de baixa resistencia. Nessas condi~oes, o dllllltQ satisfat6rio em projeto de silos com funda~oes ~:ltili'-'nttd~· ser extrapolado para solos de outra regUio, es1no valor de NSPT implica em comportamento dislillil~·~ o qual a mesma solu~io revela-se desastrosa. Tam::.UJ:ntiUI d sse grupo sao correla~oes utilizadas entre NSPT '!J.f.~~-~,.~toauto d d formabilidade do solo, obtidas a partir de ensaios xtrapolados para outros terrenos em que o mesmo NSPT nao corresponde ao mesmo modulo, em razao de omo hist6ria de tensoes. 2
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omoort.amen~
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1 •o tnd v da da falxa d o orr n ia orr Ia lo, p Ia extrapo~.a~ca · 1 ·vam nt alto Oll bat o , ma n o ad l C re ultando va1o . J. • on iderada Dol exem lo aract ri t1co quado ca 1 ua 1o · d a pratica slo: a) estimativa da resi tencia ao ci alham nto nl.o dr nada de depositos de argila mole atraves de medidas de ~SPT, cujos valores de penetra~l.o podem ser iguais ou pr6x1mos a zero. A resist@ncla medida atraves do ensaio que apresenta valores da ordem de 1 ou 2 ou mesmo 1/60 nl.o tem signif1cancia; ou seja, os valores medidos de penetra~lo nlo podem e .nao devern ser diretamente utilizados na previsao da magn1tude da resistencia ao cisalhamento nao drenada;
b) extrapola~A.o da penetra~ao dos ensaios SPT em alteradas (NSPT > 100) para posterior estimativa d admissivel ou de resistencia de ponta no caso de fu profundas.
s
4 Uso indevido de resultados de ensaios para estimativa de
dades do solo nao correlaciomiveis com o tipo de soh como a correla~io entre ensaios de penetra~io (SPT ou cujos resultados sao representativos da resistencia do solo, com propriedades de compressibilidade desses materials. Essa pnitica acaba resultando na ado~io de valores de propriedades nio representativas e em projetos inadequados ou problematicos. 5 Ado~io de funda~oes inadequadas face ao comportamento es-
pecifico do solo: estacas escavadas sem qualquer tipo de cuidado especial em solos in tav is ou em presen~a de agua, resultando elementos com defeito; funda~oes profundas ou diretas em solos colapsiveis ou expansivos sem cuidados especiais referenegrldad presen~a de ambientes agressivos. ~Mao. da cro ta pr~-adensada existente no topo de depositos o , para implanta~io de funda~oes superficiais, ·.cto~IIS4~Qlllen·te perda do suporte ja limitado da crosta, e o ••~DILCn1to de grandes recalques pela compressibilidade da ca-
ENVOLVENDO OS MECANISMOS DE INTERA~AO
STRUTURA
·"'~~Jo uma funda~A.o transfere carga ao solo e essa transferen0 ada de forma isolada, a existencia de outra solicita-
\ao altera as tensoes na massa de solo. Nas situa\6es em que ocorre sobreposi\ao de esfor\OS de funda\oes superf1ciais no solo, sem avalia\aO adequada de seu efeito, os resultados obtidos na analise nao sao representatives. Os esfor\OS sobrepostos podem ser originados na obra sendo projetada ou, eventualmente, produzidos pela implanta\aO posterior de edifiCa\aO junto a estrutura ja existente (Fig. 3.2}. 2 Grupos de estacas apoiadas sobre camadas pouco espessas, sobrepostas a camadas argilosas moles, podem romper nos casos em que a analise de capacidade de suporte desconsidera a camada de solo mole abaixo da ponta das estacas (Fig. 3.3A}. Por outro lado, casos onde somente verifica-se a capacidade de carga, sem a analise de recalques da camada compressive! inferior, podem conduzir a rcr.alques incompativeis com a estrutura, devido ao acrescimo de tensoes provocado pelo conjunto dr est1cas (Fig. 3.3B}. 3 Estimativa de tensoes admi'i~IVd'\ c nr bal;)e etTI re uitd.. placa, sendo essas extrapoladas para grandes area_ carr~gadas, como a base de silos ou tanques (Figs. 3.4A e 3.48). As previsoes tern urn resultado inadequado pelo comportamento distinto do caso real.
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lnclina~ao
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Bulbo de pressao individual
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- - {A} fiundar;oes superficiais Fig. 3.2 Superposir;iio de tensoes.
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Tensoes verticais (kPa) -35 -30-25-20-15 - 10-5
Fig. 3.2 Superposi~iio de tensoes: (B) .funda~oes pr~ fundas (simula~iio com 0 metodo dos elementos finztos)
Fig. 3.3 Grupo de estacas apoiado em camada competente sobre solo mole: (A) ruptura; (B) problemas de recalque 4 Funda~ao
direta adjacente a escava~ao reaterrada, submetida a esfor~os horizontais, conforme ilustrado na Fig. 3.5.
5
Projeto de estacas para pilares adjacentes resultando em estacas muito pr6ximas, sem considera~ao da sobreposi~ao de efeitos ou redu~ao de eftciencia nessa situa~ao (Fig. 3.6). A eficiencia do estaqueamento pode ficar comprometida, alem dos possiveis problemas construtivos de elementos pr6ximos, provocando o comprometimento dos elementos construidos.
6 Desconsidera~ao da ocorrencia do efeito de atrito negativo em
estacas. Essa situa~ao e tipica de horizontes com aterros recentes sobre solos moles, rebaixamento de nivel freatico ou estaqueamento executado em solos moles sensiveis a crava~ao. 0 deslocamento relativo das camadas de solo em rela~ao ao corpo das estacas provoca uma condi~ao de carregamento nas funda~oes, e nao de resistencia as cargas externas. As referencias dassicas
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®100r---------------------.---, - -~"]Bjerrum e Eggestad (1963)
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Burland e Burbidge (1984)
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Argila mole
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Razao de larguras (B/Bo) So e Bo sao. respectiv mente, os vdlores de recalq e e da dlmensao da placa i~stada
Fig. 3.4 Estimativa de tensoes admi~sweis com ba-se em resultado~ de placa, e.ttrapoladas para grandes areas carregadas, nos quai~ o bulbo de ten~oes {A) atinge camadas de comportamento distinto {solo heterogeneo) em profurulidade; {B) atinge camadas mais pro..fundas e maiores tensoes de con.finamento {apud Bjerrum e Eggestad, 1963; Burland e Burbidge, 1984}
0
CXI
Esfor~o
6T
horizontal
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Detalhe
Esfor~o
horizontal
-Reaterro nao compacta do
0
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0
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a... Presen~a
ClJ ClJ
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canaliza~ao
Projeto original
enterrada
Projeto modificado
- d lre · t a su bmetl'da a esu•Forros . 3.5 p undarao Ftg. )" horizontais, adjacente a escavarao (apud Socotec, 1999)
Fig. 3.6 Fundações em estacas próximas (de diferentes pilares) sem co
efeitos de sobreposição
do tema são: Fellenius (1972), Tomlinson (1975) e Po ~9). O caso de grupo de estacas é tratado na referência d u abara e Poulos (1989). A adoção de valores obtidos por m io do simples cálculo de capacidade de carga da estaca, com toda a parcela de atrito considerada como contribuinte, conduz a valores superdimensionados e inseguros dessa capacidade (ver Fig. 3.7). LlH solo Lld estaca
(a) perfil estratigráfico e esta . (b) d (d) mento da camada de . ca, eslocamentos de solo pelo adensa1 da estaca sob carga· (:lg~i:t~ol~ sob efeito do aterro; (c) deslocamento com identificação d~ pa nburçã~ geral do atrito ao longo da estaca, rce1a negatrva e positiva.
Pig. 3.7 Atrito negativo
7 Situação de atrito negativo, ou solos em adensamento, sobre estacas inclinadas, provocando solicitações de flexão nos elementos de fundação para as quais elas não foram dimensionadas (Broms et al., 1976; Narashima ct ai., 1994; Lopes e Mota, 1999}. 8 Existência de aterro assimétrico sobre camadas subsuperfH.: iais de solos moles, provocando o aparecimento de solicitações horizontais atuantes nas estacas em profundidade (Efeito Tschebotarioff- Tschebota rioff, 1962, 1967; Velloso c Lopes, 2002), como mostrado na Fig. 3.8. Se o aterro não for levado em consideração no cálculo cau sará o comprometim nto da fundação.
(
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Solo resistente
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Fig. 3.8 Condição geoméAterro q
trica caracterizando aterro assimétrico sobre camadas subsuperjiciais de solos moles, provocando o aparecimento de solicitações horizontais atuantes nas estacas em profundidade {efeito Tschebotarioff}
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\ Camada ',, '; compressível
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lificados indevidos, como no caso de veri9 Uso de modelo,s sim~ '1 lo do cone de arrancamento, utilizaficação pelo metodo e cfa .c~ de fundações profundas tracionaf f d ações super lCialS, d o em un . t é diferente no caso das uninemática de rup ura . das. Como a c ltando valores superiores aos reais, dações profundas acab~m resu e condição insegura (Fig. 3·9 ). u o de estacas, a partir da soma das carIO Cálculo de traçao de gr p considerada individualmente, regas de ruptura de cada urna N
o
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~~ Cinemática de •
Fig. 3.9 U o do
ruptura real
modelo do cone de arrancamento em fundaçaes profundas tracionadas
Cone idealizado para cálculo de peso do material envolvido
sultando valores em supen·ores ao real (Fig. 3.10). A cinemática casos• resultando em de ruptura do grupo é d1'ferente' em muitos • • • valor inferior ao somatório das cargas Individuais.
TraçAo em grupo de estacas
t
. .. .
. . ... ... .
...
N estacas
Rupturas individuais
.;·c;:;:;);:-;:<; ;:;<:>>;-J·;;<;-:;:-;(;:;.;·: Fig. 3.10 Tração em grupo de estacas
11 Falta de travamento em duas direções no topo de estacas isola
das estacas esbeltas, na presença de solos das camadas superficiais e sub-superôciais de baixa resistência, resultando comprimentos de flambagem maiores que os considerados para os pilares (Fig. 3.11), e induzindo instabilidade estrutural. 12 UtUizaçlo de cargas de trabalho nominais sem verificação de tlambagem de estacas muito esbeltas em solos moles, caso dos trilhos e perfis simples, estacas constituídas de tubos ou estacas raiz (Fig. 3.12). Nessas condições, pode ocorrer o fenômeno de instabilidade por flambagem, usualmente não considerado em peça totalmente enterradas (Daviston e Robinson, 1965; Azevedo Júnior et al., 1990).
1 Comprimento de flambagem de cálculo
J
1
Comprimento de flambagem real
Argila mLttO rr o
---~~~
Ar a
Solo 'l ole
Fig. 3.11 Comprimento de J ambagc.>m reül do
pilar sobre estaca isolada S<'m rravamento nas duas direções, diferente do cálculo
fig. U 2 Fia mhagem de esta <.as esbeltas em solos moles
3.3 PROBLEMAS ENVOLVENDO O DESCONHECIMENTO DO COMPORTAMENTO REAL DAS FUNDAÇÕES 1 Adoção de sistemas de fundações diferentes na mesma estrutura, em razão das características de variação de cargas, variação de profundidade das camadas resistentes do subsolo ou condições locais restritas de acesso, sem separação por junta de comportamento ou avaliação adequada de rompatibilidade de recalques das diferentes fundações. Esse tipo de procedimento acaba resultanrlo cm recalques difefl'tKiais c danos na estrutura Fig. 3.13).
Fig. 3.13 Sistema de jimdações diferentes
originados por cargas diferentes. mio separados por junta, provoca11do recalques d{{erem:iais
2 Obtenção por correlações com t:nsaios de penetração, de valores de capacidade de carga de fundações profundas sem observar números limites para atrito lateral e resistência de ponta, pela extrapolação para valores elevados ou profundidades dos elementos de fundação impossíveis de serem atingidos. Os resultados obtidos são incompatíveis com os reais
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0.. <1J <1J VI
·ro c <(
e provocam 0 mau comportamento das fundações submetidas a cargas mais elevadas, superiores àquelas que podem ser transferidas ao solo. 3 Adoção de fundações profundas para as cargas da estrut ura de pavilhões, com presença de aterros compactados assentes sobre camadas compressíveis, e elementos leves internos assentes sobre o piso, apoiado diretamente no aterro. O aterro provoca adensamento das camadas compressíveis e, consequentemente, recalques cm todas as instalações executadas no aterro, deformando o piso, as paredes e outras estruturas aí apoiadas, com ocorrência de trincamento ou deformações indesejáveis, como exemplificado na Fig. 3.14. Caso típico foi a construção dos pavilhões da Ceasa (Fig. 3.15), em Porto Alegre, na década de 1970, com estacas tipo Franki suportando a estrutura da cobertura e paredes externas, construída em local com presen, ·spessa camada de argila mole, sobre a qual foi colocado ~t{ - < rle grande espessura executado com material selecionado sitos de compactação rigorosos. As divisórias internas fora n apoiadas no piso, em concreto armado, e apresentaram recalques maiores que 30 cm em menos de 10 anos, provocando complicações nas fundações e também nas instalações enterradas no aterro, que apresentaram problemas de desempenho. Exemplos Fig. 3.14 Fundações profundas para as
cargas da estrutura de pavilhões (pequenos recalques}, com presença de aterros compactados assentes sobre camadas compressíveis (grandes recalques} Vl
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Fig. 3.15 Ceasa, Porto Alegre
de ocorrência de aterros de argilas moles são frequentes na costa brasileira, nas Baixadas Santista e Fluminense, na cidade de Recife, entre outros. 4 Desconhecimento do mecanismo de mobilização da resistência
de ponta que necessita de deslocamentos proporciona is ao diâmetro das estacas escavadas de grande seção, resu ltando na adoção de valores seguros do ponto de vista da ruptura (resistência da estaca), mas causadores de recalques incompat íveis com o bom desempenho da superestrutura. No caso de estaca c; de diâmetro muito diferenciado sob a mesma estrutura, essa Cún dição de desigualdade de recalque nece~sária à mobilização d · resistência pode provocar recalques dlferP[l .. ai~ iMpott~ 1te(" c danos à est rutura (Fir,. ~.16). E
-Mu
o
-
150cmCarga
R• RP2
RP1 Deslocamento (cm)
-~-----
3cm 15cm
R
R
.-
3cm
Deslocamento
~ 100/o
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.... Deslocamento
0 = 15cm
o
4--1
·~
· tA ·a de ponta em estacas de grande diâmetro Fig. 3.16 Mobilização da res1s enc1
o o...
lo-
V')
. . de carregamento numa mesma estrutura, 5 Níveis muito destguats ·. rgas elevadas e regtao cucundante de típico de torres com ca . d . . ferior ambas com mesmo ttpo de fun acarregamento mutto m ' . . · tamento ou com ptlares da JUnta apmação, sem junta de compor
·rn
c
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re ultando dos na me ma funda~'lo " ' trincament o da e trutura (Fig. 3.17)
Detalhe da junta
Fig. 3.17 Níveis diferentes de carregamento sem junta
6 Uso de elementos de fundação como reforço, no caso de fundações profundas com problema construtivo, sem avaliação do possível efeito no conjunto do novo elemento executado, dos deslocamentos necessários à mobilização de resistência, ou da rigidez no caso de esforços horizontais (Fig. 3.18). Estaca com roblema executivo Projeto original
_______
.__
___., _________ __ .
Projeto considerando reforço
~-....:~:....P_ _ _ _ _~t t p o:~: P/2
Fig. 3.18 Reforço com problemas
Uso de fundações de comportamento diferenciado e má avaliação dos efeitos de carregamento especial. Por exemplo, silo com 72 m de diâmetro e 39 m de altura com paredes externas apoiadas em estacas e elemento central sobre sapatas. A análise mostrou recalques excessivos no apoio central com carga de 16 mil toneladas e esforços causados pela sobrecarga não considerados adequadamente no cálculo (Fig. 3.19A). As fundações foram reprojetadas (Fig. 3.19B) (Socotec, 1999).
(B)
nm
Silo +
Silo
0 9m
,., 09m
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Fig. 3.19 !\!fá a!'aliação dos efeito"> de carregamento especial: {A) recalque~ n cessiiiOS no apoio ceutral c esforços causados pela sobrecarga pnwoamdo atrito negativo e esforços horizoutais uas estacas da parede externa do '>ilo, mio considerados adequadame11te no cálculo; (B} corrrção do projeto original (apud Socotcc, 1999}
3.4 PROBLEMAS ENVOLVENDO A ESTRUTURA DE FUNDAÇÃO 1 Erro na determinação das cargas atuantes nas fundações, típico de obras de pequeno porte sem projeto adequado, ou projetistas sem experiência (não qualiflcados) em situações especiais, tais como estruturas pré-moldadas, obras de arte, indústrias, silos, torres altas, estruturas submetidas a efeitos dinâmicos ou choques. 2 Fundação projetada apenas para a carga fmal atuante, especial-
mente crítica em casos de estruturas pré-moldadas, estruturas com etapas construtivas e outras nas quais condições intermediárias são mais críticas para as fundações. Exemplo típico no caso de estruturas pré-moldadas é a a fundação de um pilar com 18 m de comprimento no qual se apioam vigas a serem montadas e sobre as quais se apioam lajes. O início de montagem do pilar, sem a carga total da estrutura e sobrecarga, poderá ser mais crítico para as fundações do que a condição de carregamento fmal, pelos momentos atuantes e reduzida carga vertical. A Tab. 3.1 mostra a complexidade de carregamento de uma obra de grande altura na qual atuam cargas permanentes, cargas acidentais de vento e subpressão. É necessário verificar as fundações não somente para as cargas máximas atuantes, mas para as várias possibilidades de ocorrência.
Complexidade de carregamento de uma obra Orab.3.1 permanentes, cargas acidentais de vento e PESO PRÓPRIO
P1 P2 PJ P4 PS P6 P7 PS P9 P10
Fz
fx
fy
(ton) 632,5 403,6 578,4 322,0 616,4 615,7 640,5 248,0 613,1 616,2
(ton) 18,5 -8,8 14,9 - 11,3 12,5 -3,6 -26,4 -5,9 -3,3 2,2
(ton) -2,0 -10,6 3,5 -14 -6,9 1,7 -4,6 19,7 1,9 -1,5
Mx
My
(ton.m) (ton.m) 0,0 - 1,2 -1,2 6,6 -2,9 -1,4 -1,3 0,6 0,1 1,4 -2,5 40,5 -2,1 -40,6 -25,3
VENTO NA DIREÇÃO DO EIXO -
0,2 -31,2 -2,9 -15,7 -13,0
YGLOBAL
(face frontal)
Fz
Fx
Pl P2 P3 P4 PS
(ton) -20,8 -56,5 -22,0 -29,8 -1,2
(ton) 1,3 -0,1 6,0 -1,1 1,8 -4,7
P8 P9 P10
157,2 43,7
10,2 -7,2
Fy (ton)
9,9 -14,9 -0,5 -3,7 -7,2 -5,9 -32,8 -15,8 -34,3 -29,2
Mx
My
Fz (ton) 20,7 56,5 22,0 29,8 1,2 12,3 113,5 38,3 -157,2 -43,7
1,1 -1,8 4,7 4,2
32,8
1,7 -10,3 7,2
15,8 34,3 29,2
VENTO NA DIREÇÃO DO E
(face lateral) Fz (ton)
(ton.m) (ton.m) 3,3 9,1 0,6 26,7 8,9 6,4 0,2 12,4 27,5
-15,0 -26,4 5,5 -77,4 72,9
196,9
507,3
-67,5
-16,1
Fx (ton) 9,1 -3,8 32,7 -14,1 -0,7 5,6 78,3 36,3 91,8 64,7
fy (ton) -28,8 -11,0 6,9 -6,8 -3,9 -4,0 64,3
<'\'
CARGA TOTAL COM SOBRECARGA R~ DU/IDA
Fz
Fx
fy
Mx
My
(ton)
(ton) 54,2 - 10,1
(ton) 7,0 36/>
-5,9 - 18,5
(ton.m) 2,3 -1,5
lG,l - 6,3
(ton.m) - 3,2 16,6 - 1,5
14,8
· 16.4
3,8
- 15,0 -35,1
2.li - 4,6
-8.4
28,1
-33,3 -14,6
1011,0 679,1 940,2
P1 P2 P3 P4 PS
-
-
595,6 1214,4 976,5
P6 P7 PS P9 P10
1237,6 563,0 1259,9 1381,0
2.2
- 8,1
4.~
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-6.4 -2,2 -1,0 - 0,9 - 49,9 -5,0
indi ação apenas d
carr;as máxima'. em
casos dl' fund açõc~ t.: m stat·as com oh cita ·f t
de \:Ompt <;são e
momentos atuantes. Muita ve l~, o p jcti'it ( 'i tu v· t recebe as carga~ de outro prohs')JOnal r~~ lv ·o pr hl md pr " a condição conh('Cida e informada. Não consid r;Jr a condição de carregamento vertical mínimo pod · levar à solução inadequada (Fig. 3.20). Exemplo dessa situação é a de reservatórios metálicos elevados sob a\·5o do vento, com fundações calculadas e verificadas apenas para reservatório cheio. A situação do reservatório vazio implica cm a Iteração das cargas limites, em geral, caracterizada como critica para os elementos de fundação em tração.
P = 400 kN M =SOO kN.m
P 1000 kN M = 500 kN.m
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equililmu.los
ou mesmo ausencia de detalhamen o, re ultando ção da armadura e dano ao desempenho de longo prazo. De a lhes adequados do bloco de coroamento e da ancoragem de estacas metálicas são apresentados na Fig. 3.23C.
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Bloco
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Fig. 3.23 Falha de detalhamen-
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Fig. 3.23 (C) detalhamento adequado: i/u:,traçlJc'l
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30cm
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9 Uso de armadras muito ckn c:;<1<; (1 lro jeto, causando diftculdack"> c on~f ivas como falta de integridade ou ausl'·r a d<: recobrimento, especialmente ·m f d ações profundas (Fig. 3.24), que rc~ultam em falhas nos elementos ou s uscetibilidade em ambiente agressivo.
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10 Ausência de exame da situação "como '
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TR 25 TR 37 (simples)
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construído" ou as built das fundações em estacas, com relação ao dimensionamento dos blocos e vigas de equilíbrio projetadas. É comum a execução resultar em excentricidades significativas, provocando alteração nas solicitações, que podem tornar o projeto original inseguro;
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11 Uso das solicitações obtidas ao nível
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do terreno para o dimensionamento de fundações enterradas, sem a consideração das alterações por exemplo, o possível aumento dos momentos atuantes (Fig. 3.25).
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Fig. 3.24 Armaduras muito densas causando falta de integridade ou ausência de recobrimento (caso típico da estaca raiz)
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Fig. 3.25 Uso de momentos do nÍ lJe/ de
solo em fundações enterradas
Situação real
3.5 PROBLEMAS ENVOLVENDO AS ESPECIFICAÇÕES CONSTRUTIVAS As especificações construt ivas devem atender a critérios de projetas tanto de fundações diretas como profundas. 1 Fundações diretas - problemas podem ser causados pela ausência
de indicações precisas com relação a: ~
cota de assentamento das fundações, resultando na implantação das sapatas na profundidade equivalente à sua altura ou definida no canteiro, e inadequada às condições de ocorrência do solo (Fig. 3.26);
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d ·d ti fi ação da cota de assentamento de fundações . Ftg. 3.26 Efeito da falta e 1 en lpC di retas
. t 'sticas do so1o a S er encontrado c onde as fun. . do na defmição dessas - d assentadas, Imp1Ican daçoes everao ser s em geral não qualificados teccaracterísticas pelos executante ' nicamente para a tarefa;
~ tipo e carac en
_ no caso de elementos adjacentes ordem de execuçao · em cotas diferentes quando o element destinado à cota infenor deve ser ' . . ·tar 0 descalçamento do elemento . ("t 64 5d implantado pnmeiro, para evi da cota supenor 1 cm . . a ABNT NBR 6122/1996, ilustrado na Fig. 3.27); ~
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Poço de elevador
~
tensão admissível do solo, adotada em projeto sem a devida identificação das condições a serem satisfeitas pelo material na base das fund ações; ~
características do concPl o (resistência e trabalhabilidade), indispensáveis para a obtenção de elemento estrutural íntegro e de resistência adequada ao problema;
Fig. 3.27 Falta de indicação de ordem de
execução de sapatas adjacentes em níveis de implantação diferentes
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recobrimento das armaduras, dando origem a elementos expostos ou não protegidos e degradáveis a médio e longo prazos (Fig. 3.28).
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2 Fundações profundas - nos projetas correntes são comuns problemas causados pela ausência de indicações referentes a: ~
profundidades mínimas de projeto, deixando a definição ao executante, normalmente não Fig. 3.28 Recobrimento de armadura não especificado habilitado para a decisão, e permitindo que ocorram situações em que as cargas não são transmitidas adequadamente ao solo; ~ peso mínimo ou características do martelo de cravação e nega (penetração da estaca para dez golpes do martelo, usado como critério de controle executivo) nas estacas cravadas, resultando em elementos com insuficiência de embutimento no solo competente;
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dos m.ateria ~
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mentol quando da r mn blo com vanas, mui o Importante na estac s de d lo m nto, ou seja, em cuja execuçao e d slocada massa significativa de solo, resultando em danos às e tacas ou r dução acentuada de sua re sistência de ponta· ~
proteção contra a erosão em locais sujeitos à ela, tendo como consequência a médio e longo prazos o alívio significativo de tensão e, às vezes, redução da resistência lateral, possibilidade de flambagem em elementos esbeltos ou mesmo a instabilidade geral e colapso da fundação. 3 Geral ~ falta de indicação das cargas consideradas no projeto, bem
identificação da planta de carga nas funo o profissional); em algumas circunsMtas 8e projeto, e consequentemente das ao projetista das fundações, ocasionando lfálttea ou inadequação da solução projetada; ;!JicliC•at~lO da referência e localização das sonda-
quais o projeto se baseou, podendo ocorrer do terreno (aterros ou cortes) modifie projeto, como comprimentos mínimos ou
SOBRE ATERROS
•elllj~· de fundações em solo criado ou aterro constitui uma &igniflcativa de problemas, provocados pelos aspectos espe-
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<:iais do tema. Esses aspectos não são geralmente considerados no projeto por não <.·specialistas em geotecnia, por desconhecimento dos mt·ranismos envolvidos. Fundações apoiadas sobre aterro têm, além dos aspectos usuais inerentes a qualquer fundação, características únicas no que se refere aos recalques a que estarão submetidas. Os recalques de fundações assentes sobre aterros podem ter três causas distintas: ~ Deformações do corpo do aterro por causa do seu peso próprio,
bem como por carregamento provocado pela fundação ao tra nsferir a carga da superestrutura. ~ Deformações do solo natural localizado abaixo do aterro, em ra-
zão do acréscimo de tensões ocasionado pelo peso próprio do aterro e pelas cargas da superestrutura (expectativa da ocorrênci a dt recalques significativos quando da execução de aterros sobre ~.:a m a das de solos moles). ~ Nos casos de execução de aterros e/ou carregamenl o
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sobre lixões ou aterros sanitários desativados, os mesmos starão sujeitos a ações bio-químicas decorrentes da degradação da matéria orgânica de seus componentes.
3.6.1 Recalque do Corpo do Aterro Recalques totais e diferenciais do corpo do aterro, causados pelo seu peso próprio e/ou pelo carregamento provocado pela fundação, ocorrem normalmente nos seguintes casos: ~
Quando da execução de aterros cujo material é disposto sem compactação (no caso de solos argilosos) ou sem vibração (no caso de solos arenosos). Tomlinson (1996) observou em tais casos a ocorrência de recalques lentos, porém contínuos, contabilizando a diminuição de I a 20/o da espessura da camada de aterro no período de 10 anos. ~ Quando da disposição de solo por aterros hidráulicos . Ainda
segundo Tomlinson (1996), areias depositadas por meio de aterros hidráulicos apresentam pequenos recalques na camada depositada acima do nível de água, devido à consolidação causada por fluxo descendente. Contudo, quando a areia é depositada na água, pode permanecer em estado fofo, tornando-se suscetível a recalques quando da aplicação de carga externa. Segundo Consoli e Sills (2000), quando da disposição submersa de material da dimensão
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Souza Pinto (1992), I 6es i~lltaflel Dl:oxil. . . A
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remoção da camada de argila; {b) construir o aterro em etapas para possibilitar o adensamento gradativo da argila durante o período de construção, {c) usar mantas geotêxteis na interface aterro-fundação, a ftm de melhorar as condições de estabilidade; e {d) instalar drenos geotêxteis para aceleração do processo de adensamento. Qualquer uma das soluções envolve custos consideráveis e tempo de execução e, por esse motivo, é frequente a adoção de alternativas de projeto que impliquem na redução dos custos de implantação, combinada a custos de manutenção elevados pela correção das patologias observadas durante a vida útil da obra. Incertezas quanto às premissas de projeto e riscos associados à construção sobre materiais altamente compressiveis podem exigir a avaliação de desempenho da obra através de instrumentação. São frequentes as referências ao emprego de medidores de recalques e monitoramento dos excessos de poro-pressões. Exemplo recente foi relatado por Schnaid et al. (2001) na construção do Aeroporto Internacional Salgado Filho, em Porto Alegre (RS), cujos resultados da instrumentação (leituras de recalques realizadas desde o início da construção da obra, juntamente com as cotas de elevação do terreno) são apresentados na Fig. 3.29. Um aterro de 4 m de altura para regularização do pátio de estacionamento de aeronaves foi construíMai/97 Ago/97
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do sobre uma camada de argila mole de aproximadamente 8 m de espessura. O aterro foi executado em um período de mais ou menos três meses, os recalques praticamente estabilizaram em dezoito meses para uma área tratada com drenos geotêxteis, porém permaneceram ativos por mais de três anos para a área não tratada. Portanto, aterros sobre solos moles podem exibir recalques consideráveis durante vários anos após a conclusão da obra, resultando em patologias ativas com manifestações contínuas e prolongadas. Existem muitos exemplos em várias regiões metropolitanas brasileiras de execução de aterros sobre solos moles, por causa do baixo custo da terra, com a construção de loteamentos e cas as para a população de baixa renda nesses locais, e o aparecimento dos probkmas anteriormente indicados. Além da execução de aterros compactados diretamente sobre a camada mole, outro exemplo frequente nas costas brasileiras é a ocorrência de camadas arenosas sobre depósitos argi losos. A camada arenosa absorve as cargas de pequenas construções. Grandes obras, com carregamento elevado transmitido ao solo de fundaç ão, exigem a adoção de soluções por grupos de estacas, ou melhoramento da camada de argila com estacas de brita e areia . Passos et al. (2002) relatam um exemplo de melhoramento com estacas de compactação na cidade de Recife (PE). Nesses casos, a distribuição das cargas na área de projeção da base das estacas é significativa e o bulbo de tensões gerado pelo carregamento pode atingir a camada argilosa subjacente. O carregamento na argila gera excessos de poro-pressões, cuja dissipação produz recalques que afetam a superestrutura. O impacto desses recalques, e suas possíveis consequências, devem ser analisados caso a caso, para que efeitos indesejáveis, tais como recalques muito elevados, sejam controlados e se mantenham dentro de limites admissíveis. O mecanismo de interação solo-estrutura é complexo, tanto para grupo de estacas como para melhoramento de solos, sendo seus efeitos normalmente estabelecidos a partir de regras empíricas e na própria experiência acumulada pelos projetistas.
3.6.3 Aterros Sanitários e Lixões Historicamente, o uso de terrenos onde hou ve a d'Isposiçao · - de resíduos sólidos urbanos de forma controlada (at erros sanitanos · · · ) ou sem controle (lixões) tem se limitado a oc upaçoes - urb anas vota 1 d as
a áreas de lazer. Nos últimos anos, por causa do crescimento acentuado do tecido urbano, locais de deposição de resíduos passaram a ter também valor imobiliário para a construção de prédios comerciais e residenciais, bem como de toda a infraestrutura circundante (rede de água e esgoto, pavimentação etc.). Projetos geotécnicos nesses materiais requerem o estudo do comportamento reológico de rejeitos, considerando os recalques em razão da degradação do material existente no aterro em função do tempo. Além disso, segundo Tornlinson (1996), a degradação dos resíduos orgânicos em tais locais pode gerar gás metano. que pod, ser pokncialmente explosivo em altas concentraçõe ·. Na Inglaterra, são exigidos testes para a detecção/quantificação desse g~ís antes do início da construção de edi f1ca\'Ôl' · sobre tais aterros. Inúmeros artigo foram publicados sobr a previ~ão de de~< mpenho de aterros sanitários com o tempo, e:spectalmt>nte nas ultima~ dé adas (ver Sowers, 197 3; Vlarques et ai, 2003). Jucá {2001) apresenta um relato da geração e destinação dos resíduos sólidos no Brasil. No entanto, existem poucos relatos sobre projeto, acompanhamento e manutenção de edificações e de infraestrutura, de forma a compatibilizar as deformações do aterro sanitário às obras civis circundantes. Corno exemplo da magnitude de recalques em aterros sanitários, na Fig. 3.30 são apresentadas as curvas de nível dos recalques previstos (superando dois metros) em um aterro sanitário na Califórnia (Keech, 1995).
Limite de disposição de resíduos
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m aterro sanitário na Califórnia
Fig. 3.30 Curvas de nível de recalque e
. d'f cações assentes em aterros sanitários, o uso de No tocante as e 1 1 . • . ftci·a 1·s é limitado a estruturas prov1sonas que po.. f un daçoes super sendo desejavel que o aterro suiferenciais, dem to1erar rec alques d perior de solo (selamento) seja o mais espesso possível, para conferir 'd d d porte ao sistema (Dunn, 1995). Estruturas perma. capaci a e e su ·g uso de fundações profundas. O proJeto de estacas nent es ex1 em 0 em aterros sanitários e Iixões requer:
~ A análise de atrito negativo em razão do recalque causado pela decomposição dos resíduos (muitas vezes exigindo o emprego de metodologias construtivas que reduzam o efeito do atrito negativo, tais como 0 uso de camada betuminosa na face lateral da estaca, conforme ilustrado na Fig. 3.31).
Material de fundação do aterro
Fig. 3.31 Emprego de metodologias construtivas para redução do efeito do atrito negativo de estacas em aterros sanitários/lixões, como o uso de camada betuminosa na face lateral da estaca
~
A garantia da integridade da estaca na sua execução em tal ambiente, por meio do pré-furo para a instalação de estacas cravadas (reduzindo o potencial de quebra pelas obstruções devidas à heterogeneidade do material). (./)
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A verificação da continuidade no uso de estacas escavadas (Fig. 3.32), pela escavação do solo circundante para exposição do fuste.
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A avaliação do impacto de substâncias líquidas deletéreas, que se formam pela decomposição dos materiais existentes no aterro sanitário/lixão, tais como cloretos (causam corrosão no aço), ácidos e sulfatos (atacam o concreto). Recomendações específicas sobre a redução do potencial de corrosão de estacas de concreto armado e de aço nesses ambientes, tais como 0 aumento do recobrimento de
Fig. 3.32 Escauação para l'erificaçlio da con.
tinuidade quando do uso de estacas escauadas atrauessando aterros sanitários/lixõe.~
concreto nas armadura<:>. redução do fator água/cimento - com o consequente aumento dt? resistência e diminuição da permeabilida de do concreto ~, o aumento da seção transversal de aço e o encapsulamento por concreto da estaca de aço no ambiente corrosivo são apresentadas em detalhe por Rinne et al. (1994). ~ Garantia da esta nqueidade do selante de fundo de aterros san i-tários na instalação das estacas, com o uso de revestimentos permanentes (preenchidos por bentonita) que penetrem no selante.
Considerações especiais (Keech, 1995) precisam ser feitas para pro jeto das conexões da rede de infraestrutura circundante às edificações apoiadas em antigos sítios de disposição de resíduos. Nas vias de acesso ao prédio é necessário o uso de lajes somente apoiadas no prédio (Fig. 3.33), permitindo rotações angulares para acomo-
Perfil de construção
Rotação com recalque
Edificação suportada por estacas
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.. . . ões (água, esgoto etc.) vinda r deslocamentos verncats. Canallzaç · fl. 'h' I' i· d . . das com uma (XI 1 H a e culadas ao prédio precisam ser projeta c • i , t·'l d b istos para a VH a u 1 a o ra que permita acomodar recalques prev · (Fig. 3.34).
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Canalização sob pressão
Canalização por gravidade
Fig. 3.34 Vinculações e conexões da rede de infraestrutura circundante às
edificações apoiadas em estacas sobre antigos sítios de disposição de resíduos: (A) canalizações vinculadas à laje; (B) conexões flexíveis (apud Keeclz, 1995)
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EXECUÇÃO
As falha s de c..'xecu\·fío con st ituem o sl'guudo maior respon sável pelos probkmas de comportamertto das f'unda çües. O sucesso na concl'pçfio e C OII ~ ll ução de um a funda ção depende não som<:'nte de uma C e c; oa I r x per i( nte e equipa mcnto adequado, acompanhado-; de ~upervi~ão e controle construtivo rigoroso. Mesmo no caso de contrataçiio de empresas especializadas para a execução d(' fundações, é sempre necessário fiscalizar a execução, com registro de todos os dados relevantes, para informar ao projet ista das rea is cond ições executivas, verificar a conformidade com as especi ficações de normas vigentes (ABNT NBR 61 22/1996 - Projeto e Execução de Fundações) e da boa prática, além de preservar as inform ações das fundações efetivamcnte construídas para eventuais necessidades futuras. Referências relativas à prática brasileira e internacional de execução de fundações podem ser encontradas nas publicações a seguir listadas: Institution of CilJi/ Engineers (1996); Teixeira e Godoy (1998); Décourt et al. (1998); Maia et al. (1998); Wolle e Hachich (1998); Manual ABEF (1999); Federation of Piling Specialists (1999) O'Neill e Reesr (1999). Em casos especiais existe a necessidade de realização de ensaios complementares nas fundações para comprovar sua adequação e segurança, como apresentado de forma suscinta nos itens 4.5 e 4.6. Ver estacas - prova de carga estática (ABNT NBR 12131/1991), estacas - ensaio de carregamento dinâmico (ABNT NBR 13208/1994) ou verif1cação dr intr-
. . •ti I'J'>t· Kyl'or \'1 ai., 1<)')2; Niya• • gridadt' (WeH m;t n. 1'f/7: B:t k~·r t 1 • •• ma l't a 1., I <)<)0). . .: 1· .. 1 rortTlltt· l' n·gular a ccrtifkação Oevcrh collstitutr-:-;l' cm tl. · ' · •1 t'l' ' tlt'z·tc·ao dt· t'IISíliOS de at·om. J • ••s COIII • ' ·• ' dos ser v i<.; os de I.u tHt:t\ l'l'tll ill'lll ~' i III!/ . . . · · t .· •111 1 t"t rg·ts mo h i Iizadas ck forma rap1da rle integridade l' rarar t'tiZ· • ' · . . • . .. ·tituir l'tll t·kml'lltos tmporlallll's no 1 e econom tra, pm1t'tH 1o Sl to r s . . t'ta cI'
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4.1 FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS Os problemas de execuc,;ão de funda\·õcs diretas serão aptt. ntados segundo a sua origem, agrupando- se aquclrs envol vl'ndo aspectos relacionados com o solo sob o qual a fundação se apioa c os relacionados com a estrutura dos elementos de funda,·ão. Pela facilidade construtiva e larga utilização em construções de pequeno porte, as fundações superficiais são, muitas vezes, executadas sem projeto realizado por pessoa 1 qualificado e sem supervisão e acompanhamento por profissional experiente, resultando em problemas variados e frequentes. São comuns os projetas baseados em soluções de obras vizinhas, ou em abordagens empíricas provenientes de publicações onde são indicados valores típicos de tensão admissível não adequados ao problema. l/)
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A execução de ensaios em placa no terreno (ABNT NBR 6489/1984), forma segura de defmir o comportamento do solo sob carregamento, é extremamente rara e utilizada apenas em casos especiais, como comprovação de comportamento em solos desconhecidos, ou por procedimentos padronizados de controle de qualidade do contratante.
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4.1.1 Problemas Envolvendo 0 Solo Dentre os problemas de fu d ~ · · n açoes superftctats causados pelo processo construtivo envolvendo o solo, pode-se referir os seguintes:
~ Construção de element
- assentes em solos de di. os de f undaçao ferente comportamento ' t'lpico · de s1tuaçoes · - onde ocorrem cortes e aterros mas as fundações sao - construidas , · na mesma cota ou existe uma variação de profu n d"d d da camada resistente . ' que as I a e sem fundações fiquem assente s no matenal · para o qual foram proJe· tadas ' resultando recalq ues d·c · · ou mesmo o colapso das 11erencia1s fundações (Fig. 4.1).
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Fig. 4.1 (A) Situação de corte e aterro com as fundações assentes na mesma cota; (B) Fundações diretas apoiadas em solos com características diferentes
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Amolgamento de solo (destruição da estrutura do solo com a consequente redução de resistência) no fundo da vala, causado pela falta de cuidado na escavação e limpeza, ou à falta de limpeza de material caído das paredes ou remanescente de escavação, provocando recalques incompatíveis com o projeto (Fig. 4.2).
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Solo amolgado
Fig. 4.2 Amolgamento do solo ou falta de limpeza da cava de fundação
~ Sobre-escavação preliminar e reaterros mal executados, apoiando-se as sapatas em condições diferentes das estimadas, pelas características precárias do material simplesmente colocado sem os cuidados necessários de compactação, resultando na ocorrência de recalques. ~ Situações de substituição de solo com uso de material não apro-priado ou executado sem compactação adequada. Essa situação é frequente e ocorreu, por exemplo, em prédio escolar no Rio Grande do Sul, no qual a presença de solos moles superficiais exigiu a substituição de solo para utilização de projeto padrão de sapatas. Os trabalhos de reaterro não foram executados com materiais adequados (pela distância da jazida disponível), nem compactados com controle, resultando instabilização das fundações após a inu ndação pela ação das chuvas, previamente ao carregamento das fund ações, conforme ilustrado na Fig. 4.3. A solução do problema foi a escavação do material colocado impropriamente e a execução de aterro com solo selecionado, como originalmente previsto, e compactação controlada, garantindo a segurança da solução.
Solo mole
Reaterro mal executado
Solo competente
Fig. 4.3 Sapatas apoiadas sobre solo substituído não selecionado, sem compactação adequada
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Sapatas executadas em cotas diferentes com desmoronamento ou alí~io da fund_ação apoiada no nível superior, provocados pela poste~lOr escavaçao para a sapata situada na cota inferior, contrariando o Item 6.4.5 da ABNT NBR 6122/1996 e a boa prática. ~
Sapatas _ em proje. .executadas em cota superior a canal·Izaçoes .. to ou Ja e.xtst~ntes no terreno. A posterior escavação para implantar. canahzaçoes ou sanar vazamentos compromete as fundaçoes _ . (Fig. 4.4}. E bastante comum a implantação d e cana 11zaçoes _ em re. aterros mal executados e sem cuidad os espectais. . . Os reaterros deformam, as canalizações vazam e ocorre o carreamento do solo, algumas vezes em extensões sig .f . - .. . m Icattvas, envolvendo a base das fundaçoes Ja Implantadas.
corte
planta
Fig. 4.4 Fundações clirclas executadas sobre canalizações
4.1.2 Problemas Envolvendo Elementos Estruturais da
Fundação Os problemas originados pelo-; elemento8 estruturais das fundações superficiais são os relacionados a seguir: ~
Qualidade inadequada do concreto, com tensão característica inferior a de projeto, resultando condição insegura, ou abatimento inadequado às necessidades de lançamento e adensamento, repercutindo na integridade dos elementos construídos. ~
Ausência de regula rização com concreto magro do fu ndo da cava de fundação, para posterior construção de sapata, com contaminação do concreto e recobrimento inadequado da armadura, resultando em degradação a médio e longo prazos (Fig. 4.5). É comum a regularização com camada de brita, resultando muit as vezes na ocorrência de problemas de recobrimento da armadura e de perda de água do concreto da sapata, produzindo um material poroso e inadequado do ponto de vista de resistência à agressão do meio. ~
Execução de elementos de fundação com dimensão e geometria incorretas. Essa é uma situação relativamente comum em sapatas com altura variável ou escalonadas, resultando em tensões incompatíveis com a estrutura ou com o solo. A Fig. 4.6A mostra uma situação em que foi necessário o reforço de fundações em prédio com três pavimentos, assente sobre fundações diretas, nas quais o uso de geometria diferente da indicada em projeto induziu ao puncionamento das sapatas e recalque significativo da estrutura. A Fig. 4.6B
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Executada
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apresenta uma situação em que a cspes ·ura da sapat a (5 cm) é menor que a de projeto (60 cm).
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Projeto
Projeto
Projeto
Executada
fig. 4.ú En·cu(lio
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Sem
com g<'omctria i ncorrct a: casos de obras corren-
tes (a pu c/ Socott•c, 1999)
~ Presença de água na cava durante a concretagcm, prejudicando a qualidade e integridade da peça em execução. A concretagt·m deve ser realizada sem nenhuma ocorrência de água, ou deve ser utilizado o processo de concretagem submersa para a obtenção de ckmento íntegro de fundação.
~ Adensamento deficiente e vibração inadequada do concreto, resultando em peças sem a geometria ou integridade projetadas e falta de recobrimento de armadura. Essa situa~·ão dá origem a condição insegura do elemento de fundação e propicia sua degradação ou mesmo colapso sob carga, dependendo da extensão do problema (Fig. 4.7).
Vatios
I_J ~ Estrangula menta cll·
Fig. 4.7 Mau adensa-
menta do concreto
ção de pilare~ enterrados em razão da a rmadura densa , e tribo\ mal posicionudus. concn'to dt· trabalhahi lidadt· inudequ ada ou talta d(' limpe7a inttrna da forma c desforma para inspcção. Na cxp ril·m·ia do-, autor(' , l'Ssa ituação foi verif1 cada em ('Stru tura qu · ltatrou l m colL p o < <'rn mai'\ tr-;, taoo,o~ dt ocorr(·nria de problcm '"· im lu indo um un qur ~ar, 1d') 'Jpoiada em rocha apres ntararn l vid<·nte mau t·omportam<'nto dt.~ .~ funda ções. É típico dl· casos com concrt>tagem dtfícil, por instahtlictad da escavação ou presença de água, na<; quais não é feita a desforma para inspeção da integridade dos elementos, sendo simplesmente reatcrrada a rscavação sem retirada da forma dos pilares enterrados. A Fig. 4.8 ident ifka tal situa\·ão, responscível pelo desabamento de prédio com quatro pavimentos, em Porto Alegre, com sapatas assentes em material de excelente comportamento. A presença de serragem na base dos pilares foi verificada na inspeção após o acidente, em alguns casos abrangendo toda a seção, causando a ruptura da peça sob carregamento. Sl
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Armaduras mal posicionadas ou insuficientes, provocando problemas de recobrimento (integridade a longo prazo) ou, por não atender às necessidades das solicitações, conduzindo à insegurança estrutural (Fig. 4.9). ~
Junta de dilatação mal executada (Fig. 4.1 0).
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concrttagem
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Fig. 4.8 Estrangulamento de seção de
pilares enterrados
Fig. 4.9 Armadura sem recobrimento
~Execução
Junta
Projeto
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Fig. 4.10 Junta de dilatação mal executada (apud Socotec, 1999}
4.2 FUNDAÇÕES PROFUNDAS As fundações profundas apresentam peculiaridades qut .1c tornam diferentes dos demais elementos das edificações. A <1 -vJção do projeto está diretamente relacionada às característ ica( ecução de cada sistema de fundações profundas, não envolv t penas a adoção de perfil típico do solo e a análise através de tC'o ria ou método específico de cálculo. Uma estaca nem sempre é executada conforme os requisitos definidas no projeto, pois depende da variabilidade das condições de campo. Além da possibilidade de variação das características do subsolo identificadas na etapa de investigação, existem limitações de capacidade de equipamento e de geometria (comprimentos e diâmetros, por exemplo), e as condições de campo, muitas vezes, obrigam a mudanças substanciais no projeto original. Fundações por estacas exigem uma comunicação eficiente entre o projetista e o executante, de forma a garantir que as reais condições construtivas sejam observadas e o projeto se adeque à realidade. V) L.J..J
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Detalhes do processo construtivo são essenciais ao bom desempenho das fundações profundas. Segundo Biarrez (1974), estas práticas, considerando os detalhes e cuidados construtivos e sua possível repercussão no sucesso ou fracasso de desempenho do elemento construído, pode ser comparada à culinária, onde um pequeno detalhe esquecido ou mal executado pode resultar em fracasso total. A evolução no desenvolvimento de equipamentos construtivos de fundações e de materiais resultou no aumento da capacidade de carga dos elementos individuais, fazendo com que, em grande número de casos, seja utilizada uma única estaca para cargas elevadas, ao
contrário da solução clássica de bloco sobre várias estacas para essa condição. Ocorreu também um aumento das tensões características de projeto, conduzindo a elementos individuais com cargas mais elevadas que as anteriormente adotadas. A responsabilidade e a repercussão da falha de uma estaca é pois, diferenciada atualmente, se comparada à situação de grupos de estacas em que a falha de um elemento individual não provoca, necessariamente, o colapso do bloco. Deve-se também considerar que a execução de uma fundação profunda afeta o solo c as fundações vizinhas já executadas, provocando alterações nas condições iniciais consideradas no projeto. Cada sistema de fundação afcta de forma dife rente o solo e os elementos já executados, exigindo a anál ise detalhada em cada caso para avaliar a adequação do método de cálculo e examinar a estabilidade e eficiência da solução projetada. Por condicionantes de espa o objetividdd , a'> fundaçõ s profurdas serão classificadas em dois grandes grupos, a saber: ~
Estacas escavadas, definidas como aquelas em que o processo executivo é realizado com a retirada de solo. ~
Estacas cravadas, com execução sem a retirada do solo.
Apresentam-se os principais problemas decorrentes da execução, encontrados na prática de engenharia para o grupo e especificamente para os tipos comuns de estacas. Não serão abordadas as estacas mistas por se constituírem em casos especiais, utilizadas em situações não correntes, usualmente projetadas e executadas por especialistas e com ampla possibilidade de combinações de tipo de procedimento construtivo.
4.2.1 Problemas Genéricos Apresentam-se a seguir os problemas que ocorrem nas fundações profundas e que são comuns a mais de um tipo de procedimento construtivo. ~ Erros de locação, com estacas executadas fora da posição de pro-
jeto, causando solicitações não previstas em vigas de equilíbrio e blocos de coroamento, ou nas próprias estacas. Situação bastante comum quando não há verificação de posicionamento pós-execução e recálculo da estrutura para a condição real de execução, ou quando · t e prox1m1 · ·dade excessiva entre elementos, afetando. o funcionaexls mento e reduzindo sua eftciência, como mostrado na Fig. 4.11.
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Posiçlo de proj to de e tiCI
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Pil=jestaco.-utado h 1/3 h
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-$Fig. 4.11 Erros de locação ou excentrici-
dade não con iderada ~
Diâmetro de projeto • 900mm
Executado com diâmetro • 600mm
Sub titui l o o taca proj ada P " quivalent " na ferram nta, ou erros cone ituai d
Fig. 4.12 Erros de tamanho ou diâmetro
de estacas
dadas de determinada dimensão substituídas por dua menor, sem cálculo, resultando em alteração do ceJCltriQ.. Q~tilll do estaqueamento e distribuição de cargas não colocação de reforços em elementos pré-moldado consideração de proximidade ou alteração d seus efeitos etc. A Fig. 4.13 mostra projeto de bloco suportando ptl dade do prédio, com carga projetada de 300 tonelada 1 estacas tipo Franki de 450 mm de diâmetro, pró imo a transformador. Por problema de acesso do ção das duas estacas próximas ao poste, houv tacas tipo Strauss de soo mm de diâmetro. Essa com equipamento de menor porte não apr s ntava risco pela proximidade com os cabos de alta tetltSI~t). da "solução" adotada na obra, ocorreu carga geral do bloco e, consequent , ae~Sl'lftdl
pavim ntos, qu ofrer reforço d fu d bloco com p rfls m táli o em regim de urg nela. A e taca tipo Strau s x cutadas não só tinham baixa re istên ia como acabaram afetando o compor tamento da e tacas cravada , pela scavação neces ária à ua implantaçao r du mdo on f nam to dos I m ntos J 1 I n d
E3e E4
Planta baixa E3 E4
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ln ina o fi u em desacordo com o projeto por dificuldade construtiva ou erro, resultando em solicitações diferentes das previstas e conduzindo a situação insegura, como mostrado na Fig. 4.14. ~
Falta de limpeza adequada da cabeça da estaca para vinculaE3 e E4 - estacas Strauss 0 SOOmm ção ao bloco, originando deformações durante o carregamento; Fig. 4.13 Execução de estacas diferentes num mesmo bloco resultando rigidez difeou casos de demora na execução rente da projetada da concretagem do bloco, sem nova limpeza da cabeça das estacas, em locais onde pode haver contaminação ou presença de sujeira na int rface, como mostra a Fig. 4.15.
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El e E2 - estacas Franki 0 450mm
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Concreto com
qualidade adequada
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Vista lateral
Vista superior
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~:TJ~Mi~Mii'a.! de fretagem de seçtlo circular
zzusblcia de armadura de fretagem.
~ Ausência ou posição mcorreta . de armadura de fretagem de projeto no bloco ou topo do , . D e1emento de fu d ~ sana. eve ser verificada a . n açao, quando necesnecC'sstdade d pre que houver mudança de ~ e uso da armadura semseçao entre ele mentos estrutura is (Fig. 4.16).
~--+---44
·Cota de projeto
::::.1 Cota de a rrasame nt o d'f cial I ercnte do essenresultando em necessidade de emenda
"'Cota executada
:~ per~a d.e esp:ra de pilar (Fig. 4.17). Em gumas sltuaçoes, é executado elemento
Fig. 4.17 Cota de arrasamento
em con cre t o Simples, · como prolongamento do corpo l 1a estaca, , . sem vmculação de ~ual,quer natureza. Essa situação pode ser mstavel ou produzir solicitações qur as peças t.•nvolvidas não suportam com segu rança.
diferente da do projeto
::::.1 p .. . . ostcwnamento indevido de armadura . efetlva vmculaç:ão nos casos d e est acas não ou falta. de . tracwnadas . transmitindo a solicitação a elas (Fig. 4 . 1a). •
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Bloco tracionado
Estaca
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Fig: ~.18 Falta de
Armaduras
vit~culação nos casos de estacas traciot~adas. não transmitindo a
s~/zcrtação do bloco às estacas: (A} caso de torre de trat~smissão com problemas de VInculação; (B) exemplos de .falta efetilJa de J'inculaçiio
~
Características do concreto inadequadas. Complicação típica das
estacas moldadas in situ, responsável por inúmeros problemas construtivos e também de degradação. Referências abrangentes e atuais sobre o tema são Federation of Piling Specialists (1999) e Henderson et al. (2002).
~ o~ 4.2.2 Estacas Cravadas ~ As estacas executadas por cravação de elementos na m~aüllf)jl podem ter os seguintes problemas:
~ Falta de energia de cravação, problemas genéricos de suficiente do martelo ou baixa energia do sistema de a::•w·..a~~< relação à estaca cravada, ou insuficiência para ultrapassar ais obstruções ou horizontes intermediários resistentes, re~llllltaD elementos cravados aquém das necessidades (ABNT NBRespecífica peso mínimo de martelo relacionado com o peso da taca sendo cravada e energia especificada nas estacas tipo rra11lldlb Martelos leves em relação ao peso da estaca produzem nega ou possibilidade de penetração, sem que o comprimento atingido suficiente para a transmissão de carga ao solo. ~ Excesso de energia de cravação, pelo uso de martelos muito pesados que o adequado em relação ao elemento sendo cravado altura de queda excessiva, provocando danos estruturas aos mentos de fundações (madeira, metálicos, pré-moldados e ) Se detectados, resultam em mau desempenho das fundaçõ
~ Compactação do solo (Me pecialmente os granul yerhof, 1963, Nataraja e Cook, 1983}, ares nas esta de solo, como as pré- ld cas cravadas com de:slo~ca~·mC!II . mo adas de c Induzir a comprim t . oncreto e tipo Franki. en os d1ferenci d mero de estacas (F" a os em blocos com 1g. 4.20) e até •mposstbthtar · . .. execução
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