INSTITUTO FEDERAL DE MATO GROSSO
DEPARTAMENTO DE ARQUITETURA E CONSTRUÇÃO CIVIL
CAMPUS CUIABÁ – OCTAYDE JORGE DA SILVA
PATOLOGIA DAS FUNDAÇÕES
Jhonatan Amaral
Kempes Bidoia Farias
Luiz Ledur
Thaisa Zattar Bueno
CUIABÁ
2013
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Jhonatan Amaral
Kempes Bidoia Farias
Luiz Ledur
Thaisa Zattar Bueno
PATOLOGIA DAS FUNDAÇÕES
Trabalho apresentado ao curso Técnico em Edificações do Instituto Federal de Mato Grosso, como parte dos requisitos necessários para a obtenção da avaliação da disciplina de Patologia da Construção.
Orientador: Eng.º Prof.º Augusto
CUIABÁ
2013
3
RESUMO
Identificar as patologias das fundações nem sempre é possível no momento do
projeto, devido a falhas diversificadas que vão desde a investigação do subsolo ao
uso de material inadequado àquele tipo de edificação. Porém, a identificação destas
patologias precedente a execução das fundações é fundamental para o seu
desempenho, segurança e durabilidade da edificação que está interagindo com a
fundação. As situações em que aparecem as patologias das fundações evidenciam
a falta de controle, falhas diversificadas e projetos e investigações inadequados.
Com isto, se observou a necessidade de maior atenção nesta fase da construção
devido às situações de risco que podem submeter às edificações e alto custo de
manutenção corretiva. Os trabalhos nessa área ainda são muito restritos e
confidenciais, pois geralmente são ligados a falhas construtivas, portanto tem-se o
receio de divulgá-los. Este trabalho tem por objetivo demonstrar as principais causas
relacionadas às patologias de fundações, assim como demonstrar como podem ser
evitadas, reduzindo o custo final da obra e aumentando sua confiabilidade.
Palavras chave: PATOLOGIA, FUNDAÇÃO, FALHA.
4
SUMÁRIO
5
INTRODUÇÃO ................................................................................................ 07
PATOLOGIA ................................................................................................... 08
Definição ......................................................................................................... 08
Origem ............................................................................................................. 10
Causas ............................................................................................................. 11
Causas relativas ao solo .................................................................................. 11
Causas relativas a mecanismos ...................................................................... 13
Causas relativas ao desconhecimento do comportamento real das fundações 15
Causas relativas à estrutura de fundação ........................................................ 15
Causas relativas à especificação construtiva .................................................. 16
Causas relativas a fundações sobre aterros ................................................... 17
Deformações do corpo do aterro por causa do peso próprio .......................... 17
Deformação do solo natural abaixo do aterro, devido acréscimo de tensões do
peso próprio do aterro e pelas cargas da estrutura ........................................ 17
Assentamento do aterro sobre lixões ou aterros sanitários ........................... 18
Causas relativas à execução das fundações ................................................. 18
Causas relativas à degradação dos materiais ............................................... 24
Efeitos ............................................................................................................. 34
Efeitos relativos ao solo .................................................................................. 36
Efeitos envolvendo mecanismos .................................................................... 39
Efeitos envolvendo o desconhecimento do comportamento real das fundações
Efeitos envolvendo a estrutura de fundação
40
41
INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA .................................................................... 42
Métodos de investigação ................................................................................. 42
Ensaio SPT ...................................................................................................... 42
Geofísica ......................................................................................................... 44
Patologia na investigação do subsolo ............................................................. 44
Ausência de investigação geotécnica ............................................................. 44
Investigação insuficiente ................................................................................. 45
Investigação com falhas ................................................................................. 46
Análise inadequada dos dados da sondagem ................................................ 46
ANÁLISE E PROJETO .................................................................................... 46
Definição ......................................................................................................... 46
6
Análise de cargas na fundação ....................................................................... 47
Análise do solo ................................................................................................ 48
Investigação em Campo ................................................................................. 49
Investigação em Laboratório ........................................................................... 50
Interação solo-estrutura .................................................................................. 50
Variáveis do sistema solo fundação ................................................................ 51
Metodologias de estudo da interação solo-estrutura ...................................... 54
Funcionamento da interação solo estrutura .................................................... 55
Interação solo estrutura nos recalques e nas cargas ...................................... 56
Problemas na interação solo estrutura ........................................................... 56
Efeitos da interação solo estrutura nos danos ................................................. 60
EXECUÇÃO DE FUNDAÇÃO .......................................................................... 62
Definição ......................................................................................................... 62
Tipos de fundação ........................................................................................... 63
Fundação Superficial ...................................................................................... 63
Bloco ............................................................................................................... 63
Sapata ............................................................................................................. 64
Sapata Isolada ................................................................................................ 65
Sapata Corrida ................................................................................................ 65
Sapata Associada ........................................................................................... 66
Sapata Alavancada ......................................................................................... 66
Radier .............................................................................................................. 67
Fundação profunda .......................................................................................... 67
Tubulões .......................................................................................................... 67
Tubulão a céu aberto ...................................................................................... 68
Tubulão a ar comprimido ................................................................................. 69
Caixões .......................................................................................................... 70
Estacas ............................................................................................................ 70
Estacas de deslocamento ................................................................................ 71
Estacas pré-moldadas ...................................................................................... 71
Estacas de madeira .........................................................................................
Estacas Metálicas............................................................................................
72
73
Estacas Franki ................................................................................................ 73
7
Estacas Escavadas ........................................................................................ 74
Estacas Strauss ............................................................................................. 75
Estacas Hélice Contínua ............................................................................... 75
EFEITOS PÓS CONCLUSÃO ....................................................................... 76
Metodologia .................................................................................................... 76
Levantamento de dados ................................................................................ 77
Diagnóstico da situação ................................................................................ 78
A definição da conduta ................................................................................. 79
A tomada da decisão ..................................................................................... 80
Registro de caso ............................................................................................ 81
Soluções para patologias em fundações ....................................................... 82
Torre de Pisa ................................................................................................ 82
Edifícios da Orla Santista ............................................................................. 83
Decisão por manter ou demolir ...................................................................... 86
CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................... 86
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................. 88
8
INTRODUÇÃO
A patologia das edificações se resume ao estudo da identificação das causas
e dos efeitos dos problemas encontrados nas mesmas, elaborando seu diagnóstico
e correção. Um diagnóstico adequado de uma manifestação patológica deve indicar
em que etapa do processo construtivo teve origem o fenômeno que desencadeou o
problema. Os problemas patológicos podem ter origem em qualquer fase e/ou etapa
envolvida no processo construtivo de um edifício, onde muitas vezes estas podem
ser atribuídas a um conjunto de fatores e não somente a uma falha em etapa
isolada. A origem pode decorrer:
Da falha de projeto,
Da má qualidade dos materiais empregados na construção,
Da falha na etapa de construção,
E da falha na etapa de utilização da edificação por uso inadequado ou falta de
manutenção
As causas das manifestações patológicas estão relacionadas a vários
fenômenos que influenciam no surgimento das anomalias. Merecem destaque:
Cargas excessivas;
Variação de umidades;
Variações térmicas;
Agentes biológicos;
Incompatibilidade de materiais;
Agentes atmosféricos entre outros.
Inúmeras são as manifestações patológicas nas obras civis. Entre elas,
destacam-se as patologias de fundações.
Entre as prováveis causas de patologias em fundações podemos relacionar
como exemplo, ausência, insuficiência ou má qualidade das investigações
geotécnicas; má interpretação dos resultados da investigação geotécnica; avaliação
errada dos valores dos esforços provenientes da estrutura; adoção inadequada da
tensão admissível do solo ou da cota de apoio da fundação; modelos inconvenientes
de cálculo das fundações; má execução por imperícia ou má fé do construtor ou
mão-de-obra, seqüência construtiva inadequada, má qualidade dos materiais
9
empregados; influências externas como, por exemplo, escavações e deslizamentos
imprevisíveis, agressividade ambiental, enchentes ou construções vizinhas;
modificação do carregamento devido a mudanças no tipo de utilização da estrutura
A ocorrência dessa patologia gera danos arquitetônicos, estéticos, funcionais
e estruturais. Causando desconforto, transtornos, prejuízos financeiros e ate mesmo
colocando vidas em risco.
Considerando os inconvenientes gerados pelo aparecimento da patologia,
ficando clara a importância de ser evitado, esse trabalho procura, de forma objetiva,
contribuir com os profissionais da área, agregando conhecimento e informação
sobre o assunto.
Eram rapidamente divulgados, os casos de patologia das construções eram
tratados com muita reserva, pois na maioria das vezes encontravam-se associados
à falhas de projeto, erros de concepção, desconhecimento de propriedades dos
solos e dos materiais de construção, fiscalização deficiente dos serviços etc. Esse
fato, aliado em geral a falta de acompanhamento da obra concluída por parte de
seus projetistas e consultores e a própria ausência de um sistema de catalogação de
problemas patológicos (ocorrência, incidência, gravidade, medidas corretivas
adotadas, etc.) fez com que o avanço da “ciência” patologia das construções
ocorresse de maneira muito lenta, deixando de realimentar o meio técnico com
informações preciosas que poderiam ter evitado a repetição de um grande e
sucessivo número de erros.
PATOLOGIA
Definição
Remonta a antiguidade a historia técnica das fundações, formando conceitos
empíricos para formas construtivas. Nos antigos impérios, os terrenos que recebia
as construções maiores e mais pesadas em geral cediam e as construções maiores
e mais pesadas, em geral cediam e as construções ruim ou eram demolidas
(SOARES, 2003).
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Na sua extraordinária capacidade de adaptação a novas situações, talvez até
a intensificação de falhas, o homem passou a analisa-las com maior cuidado,
valendo-se cada vez mais dos princípios da ciência dos materias, estabilidade das
estruturas, mecânica dos solos, da física e química. Criou-se assim uma nova
ciência designada “Patologia das Construções”, retirando da medicina diversos de
seus termos que são amplamente utilizados na construção civil e citados por
Thomas (1990).
Patologia: falha, disfunção, defeito que prejudica a estética ou desempenho
da edificação ou de qualquer uma de suas partes;
Patologia das Construções: “ciência” que procura estudar os defeitos dos
materias, componentes, elementos ou da edificação como um todo, diagnosticando
suas causas e estabelecendo mecanismo de evolução, forma de manifestação,
medidas de prevenção e recuperação.
Diagnostico: determinação das causas, do mecanismo de formação e
gravidade potencial de um problema patológico, com base na observação dos
sintomas (formas de manifestação) e na eventual realização de estudos específicos;
Prognostico: avaliações ou conjecturas, baseadas no diagnostico,
acerca da duração, evolução ou término do problema;
Terapia: conjunto de medidas (reformas, recuperações, reforços)
destinado a sanar um problema patológico:
Agente: causa imediata que deu origem ao problema patológico
(recalque, movimentação de solo, sobrecarga etc.).
Ao contrario da medicina, entretanto, onde o caso de patologia clinica e os
avanços científicos na área eram rapidamente divulgados, os casos de patologia
eram tratados com muita reserva, pois na maioria das vezes encontravam-se
associados à falhas de projeto, erros de concepção, desconhecimento de
propriedades dos solos e dos materiais de construção, fiscalização deficiente dos
serviços etc. Esse fato, aliado em geral a falta de acompanhamento da obra
concluída por parte de seus projetistas e consultores e a própria ausência de um
sistema de catalogação de problemas patológicos (ocorrência, incidência, gravidade,
medidas corretivas adotadas, etc.) fez com que o avanço da “ciência” patologia das
construções ocorresse de maneira muito lenta, deixando de realimentar o meio
técnico com informações preciosas que poderiam ter evitado a repetição de um
grande e sucessivo número de erros.
11
Origem
Considerando que a fundação é um elemento de transição entre a estrutura e
o solo, seu comportamento está intimamente ligado ao que acontece com o solo,
quando submetido a carregamento através dos elementos estruturais das fundações
(Milititsky, 2008).
O conhecimento de todas as possibilidades de patologias deve permitir uma
ação mais qualificada dos diferentes atuantes na vida das fundações, desde os
profissionais participantes das etapas de investigação, projeto, contratação,
fornecimento de materiais, execução e fiscalização do trabalho, até os envolvidos
com atividades pós-construção, utilizando a boa prática, normalização vigente,
empresas qualificadas, evitando assim o surgimento de problemas.
A análise de um problema de fundações ocorre a partir da determinação das
solicitações ou cargas de projeto e da adoção de um modelo de subsolo, obtido
através de investigação geotécnica. Essas informações são interpretadas pelo
conhecimento estabelecido sobre o comportamento do solo sob carga, ou
transmissão de esforços à massa solo. Erros na determinação das cargas (como a
desconsideração de momentos fletores e/ou cargas horizontais) podem acarretar a
ruptura de fundações (Velloso et al. 1998).
Na definição da solução aos problemas de fundação, são considerados vários
fatores, como adoção de valores típicos para projeto, normas vigentes, uso da
experiência usa de mesma solução em situações consideradas idênticas e uso de
correlações empíricas. Ultrapassada esta etapa, o elemento de fundações é
dimensionado estruturalmente, sendo então elaborada planta executiva.
Dentre os problemas que poderão ocorrer nesta fase, poderão ser
classificados como: relativos ao solo, relativos a mecanismos, relativos ao
desconhecimento do comportamento real das fundações, relativos à estrutura de
fundação, relativos às especificações construtivas ou sua ausência, intrínsecos ao
projeto de fundação em aterros, relativas à execução das fundações, relativa a
degradação dos materiais.
12
Causas
Como orientação dos tópicos de causas, referente às etapas do projeto que
serão descritas, segue figura 1 abaixo:
Figura 1 – Fluxograma das etapas do projeto e possíveis causas de patologias.
(Milititsky, 2008)
Causas relativas ao solo
Como causas de patologias relativas ao solo, podemos citar:
- Identificação incorreta ou não identificação dos movimentos do solo, tais
quais recalques totais, recalques diferenciais, rotações relativas, distorções
angulares, etc.
- Ausência de investigação do subsolo, comum em obras de pequeno e médio
porte;
- Investigações insuficientes, sendo casos típicos deste grupo:
a) Número insuficiente de sondagens ou ensaios para áreas extensas ou de
subsolo variado;
13
b) Profundidade de investigação insuficiente, não caracterizando camadas de
comportamento distinto;
c) Propriedades de comportamento não determinadas por necessitar ensaios
especiais;
d) Situações com grande variação de propriedades, ocorrência localizada e
anomalia ou situação não identificada;
e) Investigação com falhas (erro na localização do sítio da obra; localização
incompleta; adoção de procedimentos indevidos ou ensaio não padronizado; uso de
equipamento com defeito ou fora de especificação; falta de nivelamento dos furos
em relação à referência bem identificada e permanente, etc.);
f) Interpretação inadequada dos dados do programa de investigação;
- casos especiais:
• Influência da vegetação existente, por interferência física das raízes e/ou
modificação no teor de umidade do solo;
• Colapsibilidade do solo. O colapso ocorre por um rearranjo nas partículas do
solo, causado pelo aumento do grau de saturação do solo, sendo dependente das
seguintes condições (Bardn et al., 1973), a estrutura do solo parcialmente saturado;
tensões existentes para desenvolver o colapso; rompimento dos agentes
cimentantes.
O potencial de colapso pode ser calculado a partir de resultados de
adensamento pela relação:
PC = e / 1 + e
Onde PC é o potencial de colapso, e é a variação de índice de vazios com a
inundação e é o índice de vazios anterior à inundação.
Segundo Jennings e Knight (1975) o potencial de
colapso, associado ao grau de patologia pode ser
classificado em:
PC em % Severidade do problema
0 – 1 Nenhum problema
1 – 5 Problema moderado
5 – 10 Problemático
10 – 20 Muito problemático
que Excepcionalmente
14
20 problemático
Tabela 1 – Potencial de colapso do solo
c) Expansibilidade do solo;
d) Zonas de mineração, criando zonas de instabilidade;
e) Zonas cársticas (compostas por rochas calcáreas ou dolomíticas, estas se
distinguem das demais pela solubilidade em água produzindo porosidade);
f) Ocorrência de matacões, dando ao analista falsa impressão de ocorrência
de perfil de rocha contínua;
g) Adoção do perfil de projeto otimista (superestimativa do comportamento
do solo);
h) Representação inadequada do comportamento do solo por relações
empíricas ou semi-empíricas;
i) Erros na estimativa das propriedades de comportamento do solo pela
extrapolação indevida. Dois exemplos característicos são:
- estimativa incorreta de resistência ao cisalhamento. Os valores medidos de
penetração não devem ser diretamente utilizados na resistência ao
cisalhamento não drenada;
- extrapolação da penetração dos ensaios SPT em rocha alteradas para
estimativa de tensões.
j) Usos indevidos de resultados para estimativa de propriedades dos solos
não correlacionavam com a solicitação;
l) Adoção de fundações inadequadas face ao comportamento específico do
solo;
m) Remoção de crosta pré-adensada existente.
Causas relativas a mecanismos
Classificam-se como causas relativas a mecanismos (Milititsky, 2008):
Esforços sobrepostos originados na obra sendo projetada ou pela
implantação posterior de edificação junto à estrutura já existente. Na figura 2
as construções realizadas não possuíam distanciamento suficiente para que o
15
bulbo de tensões gerado pelas fundações não se afetassem, causando
esforços não previstos para os mesmos;
Figura 2 - Sobreposição de tensões – fundações superficiais (Milititsky, 2008)
Grupos de estacas apoiadas sobre camadas pouco espessas;
Estimativa de tensões admissíveis com base em resultados de placa, sendo
estas extrapoladas para grandes áreas carregadas, como a base de silos ou
tanques;
Fundação direta adjacente à escavação reaterrada (Socotec, 1999);
Estacas para pilares adjacentes muito próximas, sem consideração de
sobreposição de efeitos ou redução de eficiência;
Desconsideração da ocorrência do atrito negativo em estacas;
Situação de atrito negativo ou solos em adensamento, sobre estacas
inclinadas provocando flexões não dimensionadas nos elementos de
fundação;
Existência de aterro, provocando o aparecimento de esforços horizontais
atuantes nas estacas em profundidade;
Uso de modelos simplificados indevidos (ex.: cálculo do cone de
arrancamento para fundações profundas);
Cálculo de tração do grupo de estacas a partir da soma das cargas de ruptura
de cada estaca considerada individualmente, resultando valores superiores
ao real;
Falta de travamento nas duas direções no topo de estacas isoladas esbeltas
na presença de solos das camadas superficiais de baixa resistência;
16
Utilização de cargas nominais de trabalho sem verificação de flambagem de
estacas muito esbeltas em solos moles (trilhos e perfis).
Causas relativas ao desconhecimento do comportamento real das fundações
Em relação a problemas referentes ao desconhecimento do comportamento
real das fundações, podemos citar:
Adoção de sistemas de fundações diferentes na mesma estrutura, em
razão de variação de cargas, de profundidade das camadas resistentes
do subsolo ou condições locais estritas de acesso;
Obtenção por correlações com ensaios de penetração, de valores de
capacidade de carga de fundações profundas sem observar limites de
atrito lateral e resistência de ponta, pela extrapolação de valores
elevados ou profundidades impossíveis de serem atingidos;
Adoções de fundações profundas para as cargas da estrutura de
pavilhões com presença de aterros compactada assentam sobre
camadas de solos compressíveis;
Desconhecimento do mecanismo de mobilização da resistência de
ponta;
Níveis muito desiguais de carregamento numa mesma estrutura;
Uso de elemento de fundação como reforço, sem avaliação do possível
efeito no conjunto do novo elemento executado;
Uso de fundações de comportamento diferenciado e má avaliação dos
efeitos de carregamento especial.
Causas relativas à estrutura de fundação
Sobre as principais causas de patologias na estrutura de fundação, podemos
citar:
o Erro na determinação do cálculo das cargas atuantes nas fundações;
o Fundação projetada apenas para a carga final atuante, desconsiderando
etapas construtivas e outras condições intermediárias que são mais
críticas para fundações (ex.: estruturas pré-moldadas);
17
o Erros decorrentes de indicação apenas de cargas máximas em casos de
fundações em estacas com solicitações de compressão e momentos
atuantes;
o Erro no dimensionamento de elementos estruturais de fundação (ex.:
vigas de equilíbrio);
o Armaduras de estacas de concreto armado tracionadas, calculadas sem
previsão da fissuração do concreto;
o Uso de emendas padrão para estacas metálicas, sem a verificação do
carregamento de tração;
o Adoção de solução estrutural na qual os esforços horizontais não são
equilibrados pelas fundações;
o Carência de detalhes estruturais adequados;
o Uso de armaduras muito densas no projeto, dificultando a execução;
o Ausência do exame da situação “como construído” ou as build das
fundações;
o Uso das solicitações obtidas ao nível do terreno para o dimensionamento
de fundações enterradas;
o Erro na determinação das cargas atuantes em situações especiais
(estruturas pré-moldadas, obras de arte, indústrias, silos, submissão a
efeitos dinâmicos ou choques).
Causas relativas a especificações construtivas
As especificações construtivas devem atender a critérios de projetos de
fundações diretas e profundas. Considerando as principais causas relativas a
especificações construtivas, para:
a) Fundações diretas:
- ausência de indicações precisas com relação à cota de arrasamento; tipo e
características do solo a ser encontrado e onde as fundações deverão ser
assentadas; ordem de execução no caso de elementos adjacentes em cotas
diferentes; tensão admissível do solo adotada sem identificação do solo que deve
estar abaixo do elemento de fundação; características do concreto.
18
b) Fundações profundas:
- ausência de indicações referentes a profundidades mínimas de projeto;
peso mínimo ou características do martelo de cravação e nega nas estacas
cravadas; características mínimas do equipamento de execução; tensões e
características dos materiais das estacas; detalhamento de emendas
(principalmente para elementos submetidos à tração; exigência de controle no
comportamento de estacas; proteção contra erosão em locais específicos).
c) Geral:
- falta de indicação das cargas consideradas em projeto e suas origens;
- ausência de indicação da referência e localização das sondagens ou
ensaios nos quais o projeto se baseou.
Causas relativas a fundações sobre aterros
A fundação sobre aterros ou solos criados é fonte significativa de problemas,
estes não considerados no projeto por desconhecimento dos mecanismos
envolvidos. Fundações apoiadas sobre aterros têm aspectos muito particulares,
além dos demais aspectos verificados nas demais fundações. Os recalques destas
fundações apoiadas sobre aterros são classificadas em três tipos:
Deformações do corpo do aterro por causa do peso próprio
Ocorrem normalmente nos seguintes casos:
- material disposto sem compactação ou vibração; disposição de solo por
aterros hidráulicos; execução de aterros com compactação deficiente; execução de
aterros com materiais inadequados (deve-se evitar uso de solos com materiais
orgânicos – raízes, turfas, argilas - em sua composição); execução de aterros com
materiais heterogêneos.
Deformação do solo natural abaixo do aterro, devido acréscimo de tensões do
peso próprio do aterro e pelas cargas da estrutura
19
Aterros construídos sobre solos moles podem ter seus desempenhos
comprometidos, apresentando desempenho inadequado na forma de ruptura ou
magnitude dos recalques. As patologias decorrentes de recalques, neste caso, são
geradas por adensamento, gerando um acréscimo de tensão resultante (poro-
pressão), excesso este que vai se dissipando ocasionando um acréscimo de tensão
efetiva e o seu tempo de duração é medido em anos. Este efeito tem ações
contínuas e prolongadas, gerando a necessidade de controle periódico.
Assentamento do aterro sobre lixões ou aterros sanitários
Projetos geotécnicos nesses materiais requerem o estudo do comportamento
reológico de rejeitos, considerando os recalques em razão da degradação do
material existente no aterro. Segundo Tomlinson (1996), a degradação destes
materiais pode gerar gás metano, que pode ser potencialmente explosivo. Projeto
sobre aterros sanitários requer:
- análise do atrito negativo em razão do recalque causado pela decomposição
dos resíduos;
- garantia da integridade da estaca, realizando-se pré-furos para estacas
cravadas;
- verificação da continuidade de estacas escavadas, por meio da exposição
do fuste;
- avaliação do impacto de substâncias líquidas formadas pela decomposição
dos materiais existentes no aterro sanitário / lixão (cloretos, ácidos e sulfatos);
- garantia da estanqueidade de selante de fundo de aterros na instalação de
estacas com uso de revestimentos que penetrem no selante.
Causas relativas execução das fundações
As falhas de execução correspondem ao segundo maior fator de patologias
em fundações. Para que a fundação seja realizada de forma adequada, deverão ser
especificados de forma precisa e detalhada, também os materiais e procedimentos
20
em conformidade com a boa prática, uso de processos construtivos apropriados,
equipamentos adequados, supervisão e controle construtivo rigoroso.
Em casos especiais, existe a necessidade de ensaios complementares para
comprovação da adequação e segurança.
As principais patologias encontradas são:
Fundações superficiais:
Problemas envolvendo o solo: construção de elementos sobre solos
de diferentes comportamentos; amolgamento de solo no fundo da
vala provocando recalques incompatíveis com o projeto; sobre-
escavação preliminar e aterros mal executados; substituição de
solo por material não apropriado; sapatas executadas em cotas
diferentes com desmoronamento ou alívio da fundação.
Envolvendo elementos estruturais da fundação: qualidade
inadequada do concreto; ausência de concreto magro no fundo da
cava; execução de elementos com geometria e dimensões
incorretas; presença de água na cava; adensamento deficiente e
vibração inadequada; falta de recobrimento de armadura;
diminuição de seção de pilares em razão de armadura densa,
estribos mal posicionados, concretos de trabalhabilidade
inadequada ou falta de limpeza interna da forma e desforma para
inspeção; armaduras mal posicionadas ou insuficientes; junta de
dilatação mal executada.
Fundações profundas em geral:
Erros de locação; erros ou desvios de execução na presença de
obstruções; erros de diâmetro ou lado do elemento; substituição no
canteiro de obras da estaca por elementos não-equivalentes,
quando ausência de material ou ferramenta; inclinação final
executada em desacordo com o projeto; falta de limpeza adequada
da cabeça da estaca para vinculação com o bloco; ausência ou
posição incorreta da armadura de fretagem; cota de arrasamento
incorreta; características do concreto inadequadas; falta de energia
de cravação, peso insuficiente do martelo, baixa energia do
sistema; excesso de energia de cravação, uso de martelos muito
mais pesados, altura de queda excessiva; compactação do solo;
21
levantamento de elementos já cravados pela execução de novos
elementos; falsa nega; flexão dos elementos cravados; elevação da
pressão neutra e amolgamento de solos argilosos saturados;
influência do uso do jato de água ou da pré-perfuração na
capacidade de carga em função da resistência lateral.
Estacas de madeiras:
Uso de material inadequado; falta de proteção na cabeça da
estaca; danos na ponta da estaca provenientes de obstruções e
cravação enérgica; emendas inadequadas.
Estacas metálicas (trilhos, perfis e tubos):
Problemas de solda dos elementos; emenda de estacas com
problemas de dimensionamento; elementos muito esbeltos que
desviam durante a cravação; elementos e-sbeltos em solos moles
causando flambagem e instabilidade; presença de obstruções,
excesso de energia de cravação, excentricidade do choque do
martelo na estaca.
Estacas pré-fabricadas:
Estacas com concreto de baixa resistência; danos no manuseio da
estaca, carga e descarga; falta de proteção na cabeça da estaca
durante a cravação, causando um efeito de falsa nega; choques
excêntricos do martelo, danificando a cabeça da estaca; estacas
com armaduras inadequadas ao longo do fuste; estacas muito
esbeltas e longas, flambando ou fissurando no momento em que
atinge a camada inicial do subsolo; uso de emendas inadequadas,
não resistindo à cravação.
Na figura 3 são apresentados exemplos típicos de excesso de energia no
momento de cravação e, mesmo com o estudo correto do solo e resistência correta
da estaca, a execução incorreta da cravação da estaca causou sua ruptura.
22
Figura 3 – Estacas danificadas no momento da cravação (Milititsky, 2008).
Estacas moldadas in situ – Franki:
Estrangulamento do fuste na concretagem; injeção de volume
menor que o projetado de material na base alargada da estaca;
problema de integridade causado por incorreto levantamento do
tubo; danos causados na estaca recém executada pelo efeito de
cravação de elemento próximo; baixa resistência estrutura causada
pelo uso de materiais inertes contaminados, cimento em processo
de hidratação, mistura inadequada dos agregados e cimento; falta
de ancoragem na armadura de base.
Estacas Ômega:
Equipamento sem capacidade para atingir a profundidade de
projeto; concreto inadequado; descontinuidade causada por
execução sem controle; impossibilidade de colocação da armadura.
Estacas Mega (utilizadas em processo de reforço de fundações):
Falta de resistência do elemento estrutural no qual a estaca está
sendo apoiada; má vinculação entre elementos macaqueados,
resultando em elementos não contínuos.
Estacas Escavadas (com retirada do solo para execução):
Problemas de integridade ou continuidade; dosagem do concreto
pobre em cimento; demora na concretagem; presença de armadura
pesada ou mal posicionada; limpeza da base inadequada; presença
de água na perfuração, por concretagem sem emprego de lama
betonítica; desmoronamento das paredes de escavação não
protegidas; execução de estaca próxima a elemento recém
concretado em solos instáveis ou pouco resistentes; variação do
23
diâmetro da estaca em função de solos moles; presença de
artesianismo; redução de resistência lateral causada pelo
amolgamento na colocação do revestimento; amolgamento ou
recobrimento de parte do fuste da estaca por solo transportado de
camada muito mole pela ferramenta de escavação ou problemas de
execução da estaca.
1 Brocas (executadas com trado manual ou mecânico):
Má qualidade do sistema; mão-de-obra não especializada; uso
indevido do sistema em terrenos instáveis ou com a presença do nível
d’água; prática de execução de várias perfurações para posterior
concretagem, ocasionando desmoronamentos; mistura inadequada do
concreto, que, devido ao pequeno volume envolvido é geralmente
misturado a mão.
2 Estacas Strauss:
Concreto inadequado ao sistema (slump inferior a 10 cm ou material
seco); concreto não homogêneo; instabilidade das paredes, sem uso
de revestimento; uso de revestimento de comprimento pequeno e o
restante com a ferramenta de corte (sonda). Na figura 4 a utilização de
concreto com abatimento (slump) abaixo das especificações de
projeto, ou seja, concreto mais “seco”, causou descontinuidade da
seção devido o não preenchimento de toda seção a ser concretada.
Esta situação pode ser detectada pelo ensaio PIT (Pile Integrity
Testing).
24
Figura 4 – O concreto com baixa trabalhabilidade causou a descontinuidade da
seção em estaca Strauss (Milititsky, 2008)
Escavadas Mecanicamente:
Uso de equipamento sem a capacidade de escavação necessária;
concreto com trabalhabilidade inadequada; contaminação do concreto
na cabeça da estaca e execução do bloco sem a correção necessária;
revestimento para escavação colocado tardiamente; instabilidade do
solo após a retirada do revestimento, causando redução de seção ou
seccionamento da estaca; interrupção da concretagem por falta de
concreto, reiniciando posteriormente; demora na concretagem de
elementos escavados, reduzindo a resistência lateral.
Escavadas com auxílio de lama:
Início do uso da lama somente após a ocorrência de instabilidade;
falta de controle na posição do tubo tremie (tremonha); parada e
reinício da concretagem; falta de verificação na densidade da lama;
uso de concreto sem o consumo mínimo de cimento indicado (400
kg/m³) e fluidez (slump 22 ± 2).
Estacas injetadas de pequeno diâmetro (Raiz):
Problema de emenda da armadura nas estacas tracionadas;
estrangulamento do fuste devido à armadura, injeção ou balhabilidade
inadequada da argamassa; descontinuidade do fuste causada pela
retirada incorreta do revestimento; efeito de artesianismo; uso de
material inadequado; ausência de pressurização em elemento
projetado para tal situação.
25
Hélice contínua:
Remoção do solo aliviando tensões horizontais, reduzindo a resistência
lateral; equipamento sem capacidade de atingir a profundidade
necessária (torque baixo ou haste curta); concreto inadequado, com
agregado graúdo inadequado ao bombeamento, sem o consumo
mínimo de cimento indicado (400 kg/m³) e fluidez (slump 22 ± 2);
descontinuidade causada pela velocidade de subida do trado sem
controle; dificuldade ou impossibilidade de colocação da armadura;
colocação de armadura de forma inadequada; execução de
concretagem não pressurizada.
Tubulões:
Material da base do tubulão não compatível com a tensão de projeto
adotada; dimensões e geometria incorretas; instabilidade do solo
durante a execução; presença de água durante a concretagem; mau
adensamento do concreto; armaduras mal posicionadas ou
insuficientes; qualidade inadequada do concreto; colocação de
“pedras-de mão” no fuste para reduzir custos; ausência ou colocação
de armadura de fretagem no topo dos tubulões, causando problemas
estruturais.
Existem algumas formas de detecção de anomalias, uma delas é o controle
do volume empregado na peça, comparando o volume teórico ao volume real
empregado. Outra opção é a realização de ensaios de integridade da peça e provas
de carga.
Os ensaios de integridade tipo PIT (Pile Integrity Testing) são de baixo custo
e permitem verificar descontinuidades, anomalias ou conformidades nas fundações
profundas. As provas de carga podem ser dinâmicas ou estáticas, sendo as provas
de carga dinâmicas de menor custo e reduzido prazo de duração, podendo ser
determinado o comportamento real das fundações empregadas.
Causas relativas à degradação dos materiais
A ação de elementos da natureza sobre os materiais constituintes das
fundações indica a necessidade de verificação da existência ou não de materiais
26
agressivos e seus possíveis efeitos, cuja avaliação deve ser prevista nas etapas de
investigação do solo. Um ambiente agressivo pode ser identificado pela
resistividade do solo, pH, teor de sulfatos e cloretos. Quando ocorre a presença de
rejeitos industriais, locais de depósitos de componentes potencialmente agressivos,
ou de natureza desconhecida, se torna necessária uma avaliação abrangente de
substâncias agressivas. A seguir, identificam-se casos típicos de deterioração em
cada material.
A durabilidade do concreto é definida pela sua capacidade de resistir à ação
de intempéries, ataques químicos, ou outros processos potencialmente agressivos.
Sendo um veículo utilizado par o transporte de íons agressivos, a água pode
ser fonte de processos químicos de degradação. Fenômenos físico-químicos podem
ocorrer pela capilaridade do sólido por onde a água infiltra, podendo ser combatida
pela redução da permeabilidade do concreto, como descrito na figura 5. Com esta
medida, pode-se defender o concreto contra qualquer processo físico-químico de
deterioração. Menores índices de permeabilidade e porosidade diminuem a
probabilidade de deterioração, tendo-se neste caso, satisfazer a no mínimo duas
condições: reduzida relação água/cimento e maior tempo possível de cura.
Figura 5 – Influência da permeabilidade do concreto no fator a/c (Milititsky,
2008)
Causas químicas de deterioração do concreto podem ser reações de origem
expansiva, como: reação álcalis-agregados que resulta na interação entre sílica
reativa de alguns agregados e os íons álcalis (Na+ e K+) presentes nos cimentos e
27
liberados durante a hidratação. Esta reação causa sólidos a mais em meio fechado,
causando fissuras. Embora a reação álcalis-agregados seja importante, o mais
significativo agressor do concreto em fundações é o sulfato, que ocorre naturalmente
em solos e em suas águas. Podem ser citados como fatores que influenciam o
ataque por sulfatos:
a) concentração e origem do sulfato presente;
b) nível da água e sazonalidade;
c) fluxo da água subterrânea e nível de porosidade do solo;
d) forma construtiva;
e) qualidade do concreto (cimento utilizado, reação água/cimento, agregado
utilizado)
IDADE (dias)COEFICIENTE DE
PERMEABILIDADE (cm/s x 10 ֿ¹¹)
Fresca 4.000
5 1.000
6 1.000
8 400
13 50
24 10
Final 6
Tabela 2 – Redução na permeabilidade da pasta de cimento (relação a/c = 0,7) com
evolução da hidratação (Mehta e Monteiro, 1994)
28
Na tabela 2 fica definida que, quanto maior o tempo de cura do concreto,
menor o coeficiente de permeabilidade do mesmo, sendo prudente aguardar a cura
final da peça para expor a mesma aos elementos externos (nível de água, contato
com sulfatos, etc.).
Com base nas informações, elementos de fundação que se encontram abaixo
do nível d’água têm menor probabilidade de ataque por sulfatos. Reações causadas
pela pasta de cimento também podem causar expansão e desintegração do
concreto, em combinação com sulfatos presentes no solo e dissolvidos em água. A
determinação das condições de agressividade do subsolo é importante para todas
as construções subsuperficiais. Abaixo, tabela 3 de determinação de agressividade
segundo a norma DIN 4030 (1998):
ASPECTO AVALIADO GRAU DE SEVERIDADE
LEVE SEVERO
MUITO
SEVERO
pH 6,5 - 5,5 5,5 – 4,5 < 4,5
Dissolução do óxido de cálcio
(CaO) em anídrico carbônico
(CO2), em mg/l 15 – 30 30 - 60 > 60
Amônia (NH4) em mg/l 15 – 30 30 - 60 >60
Magnésio (Mg) em mg/l 100 - 300 300 - 1.500 > 1.500
Sulfato (SO4) em mg/l 200 - 600 600 - 3.000 > 3.000
Tabela 3 – Agressividade natural segundo DIN 4030 (1998)
Em relação à correspondência entre a relação a/c e resistência à compressão
do concreto e sua durabilidade, são permitidos os valores mínimos no
dimensionamento nesta relação, segundo a norma ABNT NBR 6118/2003, tais como
expressos nas tabelas 4 e 5 a seguir:
29
Classe de
agressividad
e
pH
CO2
Agressivo
em mg/l
Amônia
(NH4)
em mg/l
Magnésio
(Mg) em
mg/l
Sulfato
(SO4)
em mg/l
Sólidos
dissolvidos
em mg/l
I >5,9 <20 <10 <150 <400 >150
II 5,9 - 5,0 20 - 30
100 -
150 150 - 250
400 –
700 150 - 50
III 5,0 - 4,5 30 - 100
150 -
250 250 - 500
700 -
1.500 <500
IV <4,5 >100 >250 >500 >1.500 <50
Tabela 4 – Classificação da agressividade do ambiente na durabilidade concreto
(Comitê Euro-Internacional du Beton, 1993).
Na tabela 4 estão expostos os principais agressores do concreto e verificado
que quanto menor o pH apresentado, maior a agressividade, necessitando de
atenções específicas em cada caso.
CONCRETO TIPO
CLASSE DE AGRESSIVIDADE (segundo
a tabela anterior)
I II III IV
Relação a/c
em massa
Concreto
armado ≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,45
Concreto
protendido ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,50 ≤ 0,45
Tabela 5 – Correspondência entre classes de agressividade e qualidade do concreto
(Ibracon, 2003).
Na tabela 5 são apresentados os fatores a/c necessários para classe de
agressividade, verificando-se também o tipo de armadura utilizado em determinada
peça. Observa-se que quanto maior o grau de agressividade torna-se necessária a
diminuição do fator água-cimento.
Classificação da exposição ao sulfato em quatro graus de severidade, de
acordo com o ACI BUILDING CODE 318-83 (1993):
30
o ataque desprezível: conteúdo de sulfato abaixo de 0,1% no solo ou
abaixo de 150 mg/l na água. Sem restrições ao tipo de cimento ou
relação a/c;
o ataque moderado: conteúdo de sulfato entre 0,1 e 0,2% no solo ou de
150 a 1500 mg/l na água. Utilização de cimentos Pozolânico ou
cimento Portland de Alto-forno com relação a/c menor que 0,5;
o ataque severo: conteúdo de sulfato de 0,2 a 2,0% no solo ou de 1500 a
10000 mg/l na água. Utilização de cimento Portland com menos de 5%
de C3A (aluminato tricálcico) com relação a/c menor que 0,45.
o ataque muito severo: conteúdo de sulfato acima de 2,0% no solo ou
acima de 10000 mg/l na água. Utilização de cimento Portland contendo
menos de 5% de C3A (aluminato tricálcico) e adição de pozolana, com
uma relação água cimento menor que 0,45.
Casos onde utilizam-se agregados leves a resistência mínima a compressão
aos 28 dias é de 28 MPa para ataques de sulfatos severo ou muito severo.
Vários ácidos são perigosos para o concreto, sejam inorgânicos (clorídrico,
sulfúrico, sulfídrico, nítrico, carbônico) ou orgânicos (acético, lático). Sendo assim,
fundações de obras industriais com dejetos muito agressivos, devem ter tratamento
especial como acompanhamento técnico dos químicos desde o início, para detecção
de soluções e prevenção de problemas futuros.
A corrosão das armaduras nas estruturas de concreto armado, tem natureza
eletroquímica, podendo ser aumentado por agentes agressivos externos (ineficiente
proteção do concreto, alta permeabilidade e porosidade, recobrimento insuficiente,
má execução) ou internos (incorporados ao concreto).
Cloretos no concreto, adicionados a partir da
utilização de aditivos aceleradores de pega, de agregados
e de águas contaminadas, potencia o processo de
corrosão das armaduras. Estruturas de concreto utilizadas
em ambiente marinho devem ter recobrimentos de
armadura maiores de 50mm e baixa relação a/c,
contribuindo assim com a redução da permeabilidade ao
31
mínimo. Fissuras causadas por variações de temperatura e
redução volumétrica por perda de água são menos
prováveis em fundações profundas, uma vez que a
variação térmica é pequena e umidade é relativamente
constante.
Figura 6 – Exemplos de estaca de concreto com degradação relacionada a ataque
de sulfato
As estacas metálicas executadas em solos naturais, em contato com água e
ar estão sujeitas a corrosão e devem ser projetadas adequadamente. Neste caso
enquadram-se o contato com solos contendo materiais agressivos ou aterros, se
localizados em ambiente marinho ou expostos aos efeitos de variação de nível
d’água. A ação da corrosão está de acordo com a temperatura ambiente, pH, acesso
ao oxigênio e da química do ambiente em torno do elemento de fundação.
Corrosão de estacas de aço em solos não perturbados torna-se irrelevante
devido ao baixo nível de oxigênio, devendo-se adotar uma taxa de corrosão de
0,015mm/face/ano. Em aterros contaminados, zonas industriais, com efluentes
agressivos ou ocorrência de corrente elétrica aumentam o risco, cabendo estudo
específico do material por especialista metalúrgico. Adota-se uma taxa de corrosão
de 0,035mm/face/ano em caso de exposição a condições atmosféricas. Taxas de
corrosão utilizadas estão dispostas nas tabelas 6 e 7, onde estão expostas médias
de dados coletados em diversas obras, com valores em mm/face/ano:
32
VIDA ÚTIL5
anos
25
anos
50
anos
75
anos
100
anos
Solos naturais não perturbados zero 0,30 0,60 0,90 1,20
Solos poluídos e com contaminação
industrial0,15 0,75 1,50 2,25 3,00
Solos naturais agressivos (pantanosos,
turfosos)0,20 1,00 1,75 2,50 3,25
Aterros de solos não compactados 0,18 0,70 1,20 1,70 2,20
Aterros de materiais agressivos (cinzas,
resíduos) não compactados.0,50 2,00 3,25 4,50 5,75
Os valores para 5 e 25 anos são baseados em medidas, as demais em
extrapolações.
Tabela 6 - Corrosão (mm) de estacas metálicas em solos, acima e abaixo do lençol
freático (European Standard EM 1993-5,2003)
Estruturas de fundação metálica em casos marinhos (cais, plataformas,
pontes) ou ambientes fluviais devem ter as seguintes regiões consideradas
- zona atmosférica: acima do contato com a água, inclusive respingos;
- zona de variação: exposto a flutuação de contato;
- zona de imersão: abaixo do nível mínimo de variação de água.
33
Figura 7 – Taxas de corrosão de zonas de estacas de aço em ambiente
marinho (Milititsky, 2008)
Na figura 7 nota-se que as zonas de maior corrosão em ambientes marinhos
estão as zonas de respingo, zonas de variação de maré e zonas de maré baixa,
locais onde a oxidação, causada pela variação do nível de água e o contato com o
oxigênio, ocorre com maior intensidade.
VIDA ÚTIL5
anos
25
anos
50
anos
75
anos
100
anos
Água doce (rios, canais) na zona de alto
ataque (linha de água)0,15 0,55 0,90 1,15 1,40
Água doce muito poluída (efluentes
industriais, esgoto) na zona de alto ataque
(linha de água)
0,30 1,30 2,30 3,30 4,30
Água do mar em clima temperado nas
zonas de alto ataque (zonas de maré baixa
e respingo)
0,55 1,90 3,75 5,60 7,50
Água do mar em clima temperado nas
zonas de imersão permanente ou de
variação de maré
0,25 0,90 1,75 2,60 3,50
Tabela 7 - Corrosão (mm) de estacas metálicas em água doce e água do mar. Os
valores para 5 e 25 anos são baseados em medidas, as demais em extrapolações.
34
Segundo a ABNT NBR 6122/1996, quando a estaca estiver inteiramente
enterrada em solo natural, é dispensável o tratamento especial, independente da
posição do lençol freático. No caso de trecho desenterrado ou em aterro com
materiais que ataquem o aço, é obrigatória a proteção por meio de encamisamento
de concreto ou recurso equivalente adequado (pintura, proteção catódica).
Figura 8 – Exemplo de aplicação de estaca metálica parcialmente cravada,
em água doce muito poluída.
Na figura 8 verifica-se que as partes que foram expostas a variação do nível
de água e contato com oxigênio tiveram sua superfície oxidada, podendo acelerar o
processo de degradação da peça.
As estacas de madeira são utilizadas no Brasil como fundações de estruturas
provisórias e em certas regiões e circunstâncias têm uso como elementos de
suporte permanente. Na figura 9.a é possível observar uma demolição na qual
ficaram expostas as estacas de madeira executadas para a construção provisória ali
realizada. Entretanto, na figura 9.b apresenta um tipo comum de construções no
Norte do Brasil, onde em regiões ribeirinhas são melhores aproveitadas como
fundações permanentes.
.
Figura 9: Casa em região ribeirinha.
35
Estacas de madeira totalmente enterradas em solo podem ser afetadas pela
variação do nível de água, que induz ao apodrecimento e degradação do material,
além dos ataques biológicos de insetos ou moluscos (encontrados no solo e na água
respectivamente).
Com a degradação da madeira, ocorrem mudanças físicas e químicas,
podendo apresentar mudança na coloração, amolecimento, variação de densidade,
redução do módulo de elasticidade e resistência, redução significativa de seção ou
perda total de integridade. A inspeção visual externa simples pode não revelar a
presença de ataque biológico, apresentando mesma coloração e serem
aparentemente íntegras, com danos internos extremos. Na figura 10 é visível a
degradação do material: apodrecimento da madeira provavelmente causado pela
variação das marés, provocando a descontinuidade da seção e escurecimento
devido ao ataque biológico de fungos.
Figura 10 – Estacas de uma antiga ponte de madeira, com danos causados
pela degradação.
As estacas que tiveram degradação biológica causada por variação de lençol
freático têm necessidade de execução de reforço para garantir a estabilidade
estrutural.
Em estruturas fluviais e ambientes marinhos, sofrem ataque biológico
acelerado e devem ter proteção especial para evitar sua degradação. Estacas para
estruturas marinhas são cravadas até profundidades adequadas, ficando parte
enterrada no solo, parte na água e parte no ar, tendo ampliada à agressão devido à
variação do nível da água.
36
Assim como nas estacas metálicas, a figura 11 apresenta os níveis de
degradação das estacas em madeira, onde se pode observar que, na zona de
variação do nível de água no solo e, acima do nível do mar, ocorre agressão média
causada por fungos. No mar, a zona de ataque mais significativo está entre o nível
do mar e o solo, onde sofre ataques de moluscos marinhos.
Figura 11 – Influência das condições locais na degradação e ataque a
estacas (Milititsky, 2008)
Efeitos
As manifestações mais comuns de movimentações nas fundações são
aparecimentos de fissuras nos elementos estruturais aparentes. Toda vez que a
resistência dos componentes da edificação ou conexão for superada pelas tensões
geradas pela movimentação, ocorrerão fissuras. Na figura 12 e 13 são apresentados
tipos de trincas típicas quando ocorrem problemas nas fundações de pilares internos
e de pilares nas extremidades, nestes casos, as fundações executadas moveram a
construção para baixo, causando momento naquela seção.
Figura 12 – Fissuras tipicamente causadas por recalques de pilares internos.
37
Figura 13 – Fissuras causadas por recalque de fundação dos pilares das
extremidades (Milititsky, 2008)
Assim como no item anterior, os efeitos das patologias poderão ser:
- relativos ao solo;
- relativos a mecanismos;
- relativos ao desconhecimento do comportamento real das fundações;
- relativos à estrutura de fundação;
- relativos às especificações construtivas ou sua ausência;
- intrínsecos ao projeto de fundação em aterros;
- relativas à execução das fundações.
Efeitos relativos ao solo
Dentre os efeitos relativos ao solo podemos considerar os seguintes efeitos:
a) Pela ausência de investigação do subsolo:
- para fundações diretas: recalques inadmissíveis ou ruptura, recalques
diferenciais, grandes deformações de solos compressíveis, grandes deslocamentos
ou ruptura das fundações quando existirem fundações apoiadas em crosta dura
sobre solos moles.
- para fundações profundas: mau comportamento do solo devido ao tipo
inadequado de estacas empregadas, recalques incompatíveis com a obra,
ocorrência de atrito negativo não previsto, com redução da carga admissível nominal
adotada para a estaca.
38
b) Investigação insuficiente ou com falhas:
Demonstração de um perfil geológico incorreto acarreta em apoio da
fundação em solos não adequados as cargas de projeto, tendo efeito
direto sobre a estabilidade e segurança da estrutura; estacas com
comprimento menor do que o descrito em projeto; utilização de estacas
de tipo inadequado ao solo. Na figura 14, a investigação previu que as
tensões causadas pelo tanque de grande diâmetro afetariam somente
10m de profundidade,quando, no corte apresentado, afetaram
camadas não investigadas, comprometendo a estabilidade do tanque,
pelo fato das tensões estarem distribuídas em solo inadequado.
Figura 14 – A profundidade da investigação foi insuficiente para determinar o
tipo correto e fundação (Milititsky, 2008)
c) Influência da vegetação:
Solos argilosos com a presença de raízes têm variação do teor de
umidade, modificando assim seu volume. Tendo como exemplo a
figura 15, qualquer estrutura localizada nas proximidades da área
afetada terá recalques localizados, recalques progressivos ou
expansão progressiva, no caso de retirada posterior da vegetação.
39
Figura 15 – Trincas ocasionadas pela presença de raízes no solo. (Milititsky, 2008)
c) Colapsibilidade:
Os efeitos de solos colapsíveis são recalques significativos e fissura ou
ruptura da fundação devida movimentação abrupta da mesma.
d) Expansibilidade:
Este tipo de comportamento provoca problemas principalmente em
fundações superficiais, danificando-as. Para reduzir ou evitar estes
efeitos, deve-se isolar a estrutura dos materiais expansivos, reforçar a
estrutura para resistir aos esforços e eliminar os efeitos de
expansibilidade
e) Zonas de mineração:
Causa instabilidade das escavações subterrâneas e subsidência
devido colapso.
f) Zonas cársticas:
Causa ruptura da rocha calcárea ou dolomítica quando submetido à
umidade e pressões, deslocamentos de fundações, variação do
comprimento das fundações, causando inclinações, arrancamento das
fundações e deslocamento das mesmas.
40
Na figura 16 o excesso de água no solo devido ao extravasamento de água
do reservatório causou a ruptura do solo colapsível, quando submetido à pressão do
próprio reservatório.
Figura 16 – Extravasamento de água em solos porosos colapsíveis com
recalque em reservatório sobre fundações superficiais (Carazinho-RS); a) desenho
esquemático b) fotos (Milititsky, 2008)
g) Ocorrência de matacões:
Interferência nos processos construtivos de fundações superficiais e
profundas, dificultando a solução e execução de fundações em obras
de qualquer porte, resultando elementos apoiados de forma não-
segura, pode dificultar ou impedir a execução de estacas.
A figura 17 apresenta fundação superficial apoiada sobre matacão,
provavelmente entendida na sondagem como sendo rocha ou solo resistente,
causando a instabilidade da fundação.
41
Figura 17 – Ocorrência de matacão, apoiando a estaca de forma insegura (Milititsky,
2008)
Na figura 18.a apresenta o comprimento exagerado das estacas metálicas
esbeltas, deslocadas por matacões e na figura 18.b o comprimento exagerado é
causado pelo horizonte de rocha inclinado, podendo o desvio de verticalidade fazer
com que a estaca trabalhe de modo inadequado aos esforços solicitados.
Figura 18 – Comprimento excepcional de estacas esbeltas causadas pelo desvio de
verticalidade; (Milititsky, 2008)
Efeitos envolvendo mecanismos
A existência de outra fundação próxima à fundação realizada, com alterações
de tensão no solo; ruptura das estacas concretadas em grupo sobre camadas pouco
espessas, recalques incompatíveis com a estrutura devido acréscimo de tensões
causados pelo grupo de estacas; resultados inadequados pelo comportamento
distinto do caso real; submissão da estaca a esforços horizontais não projetados;
atrito negativo no caso de solos moles não considerados em projeto podendo
42
comprometer a estrutura; solicitações de flexão no caso de solos em adensamento
que não foram dimensionados em projeto; comprimentos de flambagem maiores que
os considerados para os pilares induzindo instabilidade estrutural; instabilidade por
flambagem;
Efeitos envolvendo desconhecimento do comportamento real das fundações
Recalques diferenciais e danos na estrutura quando adotadas fundações
diferentes na mesma estrutura ou níveis muito desiguais de carregamento;
fundações submetidas a cargas superiores as que podem ser transferidas ao solo
devido à extrapolação em correlações de ensaios de penetração sem a verificação
do atrito lateral e resistência de ponta; recalques em todas as instalações realizadas
nos aterros, deformações do piso, paredes e estruturas apoiadas devido a
fundações profundas com presença de aterros sobre camadas compressíveis.
Na figura 19 existem diversos tipos de agravantes: tipos diferentes de
fundações (sapatas e estacas), níveis diferentes de carregamento e ausência de
junta de dilatação adequada podem ocasionar danos consideráveis à estrutura.
Figura 19 – Níveis diferentes de carregamento sem juntas de dilatação
(Milititsky, 2008)
43
Efeitos envolvendo a estrutura de fundação
Excesso de carga transferida a cada elemento de fundação devido ao erro na
determinação de cargas atuantes; submissão a efeitos críticos de carga atuante
onde não se considerou cargas acidentais de vento e subpressão; falta de cálculos
de máximo e mínimo para cargas atuantes, acarretando em resultantes negativas
podendo ocorrer situações de arrancamento (tração); solicitações mal distribuídas
devido ao dimensionamento incorreto de elementos estruturais (ex.: vigas de
equilíbrio); abertura de fissuras onde não são previstas fissuração do concreto por
tração; instabilidade global da estrutura onde os esforços horizontais no cálculo
estrutural não foram verificados; ausência de transferência de cargas às fundações,
degradação da armadura, dano ao desempenho em longo prazo e falhas no
recobrimento devido à falta de detalhamento estrutural adequado; falha nos
elementos ou suscetibilidade em ambiente agressivo devido à armadura muito
densa; excentricidades significativas e alteração nas solicitações devido à ausência
do exame de situação. Na figura 20, os esforços previstos à esquerda em projeto
(esforços horizontais e verticais) quando a situação real requer um cálculo
diferenciado (esforços horizontais, verticais e momento) podendo ocasionar
instabilidade de toda a estrutura.
Figura 20 – Esforços não equilibrados (Milititsky, 2008)
Na figura 21 a carência de detalhes estruturais ocasionou a ausência de
transferência de cargas aos blocos de fundação e recobrimento insuficientes. Neste
caso, o comprimento da armadura de espera para o bloco foi insuficiente, a espera
necessária para este bloco está em projeção.
44
Figura 21 – armadura de espera para bloco de fundação insuficiente (Milititsky,
2008)
Investigação Geotécnica
A primeira etapa para elaboração de um projeto de fundação consiste na
investigação geotécnica. Na investigação geotécnica definiram-se todos os
parâmetros para a definição do tipo de fundação tais como:
Capacidade de carga do solo
Nível de água (N. A.)
Tipo de solo
Profundidade da fundação
Definição do tipo de fundação.
Métodos de investigação
Ensaio SPT (Standard Penetration Test )
Este ensaio originou-se nos estados unidos, e hoje é um dos mais utilizados.
O ensaio consiste na penetração do amostrador através do impacto de um martelo
de 65 kg caindo de uma altura de 75 cm, erguido por corda. A sondagem deve ser
executada a cada metro, sendo medido o número de golpes necessários para
penetração do amostrador a profundidade de 45 cm em três segmentos 15 cm. Para
cada metro o avanço da escavação (55 cm) deve ser feito com trado ou com trépano
e circulação de água.
O índice de resistência à penetração (NSPT) consiste no número de golpes
necessários para a cravação dos 30 cm finais do amostrado.
45
Em abordagem recente, Ranzini (1988) sugeriu procedimentos adicionais ao
ensaio, com a medição de torque após a execução do SPT para a obtenção de um
valor de atrito lateral. Não significa uma modificação, mas sim um prosseguimento
do ensaio após o seu termino, não alterando o procedimento e obtenção do índice
de resistência a penetração (N).
Algumas considerações apenas devem ser levadas em conta a respeito de
alguns dos elementos a execução do SPT T (Sondagens de simples reconhecimento
com medida de torque), como por exemplo, a “cabeça de bater”.
Ela deve conter um chanfro quadrado no furo central para possibilitar o
encaixe do adaptador sem a retirada da cabeça de bater uma vez que esse
procedimento pode acarretar uma rotação no conjunto haste-amostrador, alterando
assim o valor do torque. Para facilitar a medida do torque máximo é preferível a
utilização de torquímetro com ponteiro de arraste.
O torquímetro deve ser calibrado periodicamente e sempre que, por acidente,
sofra algum impacto ou exceda à capacidade máxima durante o ensaio. A altura final
do conjunto haste-amostrador em relação ao sondador que efetuará a medida do
torque deve ser observada, pois depois de cravado o amostrador para determinação
do SPT, a cabeça de bater deverá estar na altura do cotovelo do operador para
facilitar a rotação com o torquímetro na horizontal.
Terminada a operação para obtenção de N, instala-se o adaptado rpara
encaixe do torquímetro, o qual deve ser girado sem interrupções e sem solavancos
para obtenção da leitura do torque máximo, prosseguindo-se com a rotação até a
estabilização da leitura que fornecerá o torque residual (mínimo). Torque máximo
(Tmáx) momento de torção máximo necessário à rotação do amostrador, obtida logo
após a cravação do mesmo. Torque residual (Tres) momento de torção residual que
permanece constante após o rompimento do atrito lateral entre o solo e o
amostrador. Essa medida é obtida durante a rotação ininterrupta do torquímetro,
quando o torque permanecer constante.
Ainda de acordo com Peixoto (2001), o ensaio SPT – T mostrou-se como boa
ferramenta para o calculo da previsão de capacidade de carga de estacas.
46
Geofísica
A Geofísica envolve o estudo daquelas partes profundas da Terra que não
podemos ver através de observações diretas, medindo suas propriedades físicas
com instrumentos sofisticados e apropriados, geralmente colocados na superfície.
Também inclui a interpretação dessas medidas para se obter informações úteis
sobre a estrutura e sobre a composição daquelas zonas inacessíveis de grandes
profundidades.
Patologia na investigação do subsolo
Ausência de investigação Geotécnica
Ocorre principalmente em obras de pequeno e médio porte devido ao custo
do processo e o orçamento da obra, é uma pratica inaceitável onde o construtor
assume o risco de ocorrências de patologias na execução da obra. A ausência
completa da investigação é o motivo da aplicação de soluções inadequadas para a
fundação, como mostra a tabela 8 abaixo.
Tipo de fundação Patologias típicas
Fundação direta Tensões de contato muito elevadas,
incompatibilidade com as
características do solo, recalques
inadmissíveis,
Fundações profundas Tipo de estaca inadequado,
resultando em um comportamento
diferente do previsto, comprimento,
diâmetro e geometria inadequada,
Tabela 8 – Patologias típicas causadas pela ausência de investigação geotécnica
47
Investigação insuficiente
Mesmo executando a sondagem, a mesma pode ser insuficientes e
inadequadas para diagnosticar problemas que possam afetar a fundação e
conseqüentemente a estrutura por completa. Existem casos típicos:
Número insuficiente de sondagem para grandes áreas eu com variação de
subsolo variado;
Profundidade de investigação insuficiente;
Características de comportamento não identificadas por necessidades de
ensaios especiais;
Investigação com falhas
Durante o processo de sondagem pode ocorrer anomalias que comprometem
os resultados obtidos e sendo utilizados para elaboração do projeto. Na realização
da sondagem, alguns erros são considerados comuns:
Erro na localização do local
Localização incompleta
Execução com métodos inadequados
Utilização de equipamento com defeito ou fora da especificação
Falta de nivelamento dos furos em relação a um ponto referencial
Erro na analise das características do solo
Procedimentos fraudulentos
Essas falhas provocam problemas durante a execução da fundação devido à
diferença entre a diferença do estimado e da realidade observada durante a
execução. Danos críticos podem ser observados em casos que os dados
representativos não foram considerados em projeto, para evitar esse tipo de
problema é recomendada a contratação de empresas idôneas e não dispensado o
acompanhamento na execução da sondagem. Alguns indicadores de possível
problema na execução da sondagem são:
48
Alta produtividade das equipes de sondagem, com furos profundos e
tempos reduzidos.
Semelhança na comparação dos resultados entre furos de sondagem.
Em casos de sondagem mista é comum à utilização de equipamentos
rotativos depois da primeira ocorrência de solo ou material mais resistente, mesmo
nos casos que abaixo do solo ou material mais resistente existe solo que precisa ser
analisado com equipamento de percussão para que possibilite analise de resistência
e características.
Análise inadequada dos dados da sondagem
A consideração de valores inadequados mais representativos pode provocar
um resultado inadequado nas fundações.
As ocorrências desse tipo podem ser analisadas no Capítulo 4 –
Análise e Projeto, no qual as adoções de parâmetros errôneos podem comprometer
a estrutura por completo.
ANÁLISE E PROJETO
Definições
Os elementos necessários para o desenvolvimento de um projeto de
fundação são:
Topografia da Área
- Levantamento topográfico (planialtimétrico);
- Dados sobre taludes e encostas no terreno (ou que possam, no caso de
acidente, atingir o terreno).
Dados geológico-geotécnicos
- Investigação do subsolo (preferencialmente em 2 etapas: preliminar e
complementar);
49
- Outros dados geológicos e geotécnicos (mapas, fotos aéreas e
levantamentos aerofotográficos, artigos sobre experiência anteriores na área
etc.).
Dados da estrutura a construir
- Tipo e uso que terá a nova obra;
- Sistema estrutural;
- Cargas (ações na fundação).
Dados sobre construções vizinhas
- Tipo de estrutura e fundação;
- Número de pavimentos, carga média por pavimento;
- Desempenho das fundações;
- Existência de subsolo;
- Possíveis conseqüências de escavações e vibrações provocadas pela nova
obra.
O conjuntos de dados 1, 2, e 4 devem ser cuidadosamente avaliado pelo
projetista em uma visita ao local de construção.
Análise de cargas nas fundações
As solicitações a que uma estrutura esta sujeita podem ser classificadas de
diferentes maneiras. No exterior é comum separá-las em dois grandes grupos:
1) Cargas vivas, separadas em:
- Cargas operacionais (ocupação, armazenamento, passagem de veículos,
frenagens etc.);
- Cargas ambientais (ventos, correntes etc.);
- Cargas acidentais (colisão, explosão, fogo etc.).
50
2) Cargas mortas ou permanentes (peso próprio, empuxo de terras e
águas etc.).
Já no Brasil, a norma NBR 8681/84(“Ações e Segurança nas Estruturas”)
classifica as ações nas estruturas em:
A- Ações permanentes: as que ocorrem com valores constantes durante
praticamente toda a vida da obra (peso próprio da construção e de equipamentos
fixos, empuxo esforços devido a recalque de apoios);
B- Ações variáveis: as que ocorrem com valores que apresentam
variações significativas em torno da média (ações devidas ao uso da obra,
tipicamente);
C- Ações excepcionais: as que têm duração extremamente curta e muito
baixa probabilidade de ocorrência durante a vida da obra, mas que precisam ser
consideradas no projeto de determinadas estruturas (explosões, colisões, incêndios,
enchentes, sismos)
A norma NBR 8681/84 estabelece critérios para combinações destas ações
na verificação dos estados-limites de uma estrutura:
a- Estados - limites últimos (associados a colapsos parciais ou totais da obra)
b- Estados - limites de utilização (quando ocorrem deformações, fissuras, etc.
que comprometem o uso da obra).
Análise do Solo
Segundo Vargas (1998), quanto a sua origem todo tipo de solo provem da
decomposição das rochas, decorridas pela ação das intempéries. Caso o solo
permaneça no local ao qual se deu o fenômeno de decomposição, ele é denominado
como solo residual. Quando o solo for carreado por ações das chuvas, rios e ventos,
denomina-se solo do tipo transportado.
Devido as diversas distinções dos tipos de solos existentes e suas
respectivas variações, tais como:
Partículas
Constituição mineralógica
51
Granulometria
Umidade
Índice de vazios
Tensão admissível
Compactação
Classificação
Ao longo do tempo o estudo do solo e suas propriedades tem sido cada vez
mais profundo, a engenharia tem buscado o entendimento especifico de cada tipo e
seu comportamento quando estão submetidos as tensões transmitidas pelos
elementos de fundação.
Segundo NBR 6122 (1996), a análise do solo para fins de projeto ou
execução de um determinado tipo de fundação, deve proceder através das
seguintes investigações:
Em Campo
Em Laboratório
Investigação em Campo
As investigações em campo têm como objetivo verificar quais os tipos de
solos existentes nas camadas do subsolo do terreno, buscando um conhecimento
detalhado quanto à classificação do solo existente e suas propriedades.
Segundo Quaresma, Décourt, Filho, Almeida, Danziger (1998), para
identificar e classificar os solos, há necessidade de executar ensaios “in situ”. A
determinação das propriedades podem ser determinadas tanto em ensaios de
campo quanto a ensaios em laboratório. Alguns dos ensaios de campo que mais se
destacam são:
Standard Penetration Test - SPT
Standard Penetration Test com medidas de torque – SPT-T
Ensaio de Penetração de Cone – CPT
Ensaio de Penetração do Cone com medida das pressões neutras –
CPT – U
Ensaio da Palheta
Pressiômetros
Dilatômetro de Marchetti
52
Ensaio de Carregamento de Provas de Cargas
Ensaios Geofisicos
Investigação em Laboratório
Segundo Quaresma, Décourt, Filho, Almeida e Danziger (1998), as
investigações em laboratório são restritas a poucos casos, sendo direcionado
principalmente a casos especiais em solos coesivos.
Segundo NBR 6122 (1996), as investigações em laboratório, tanto para
amostras indeformadas ou deformadas, devem ser representativas quanto as
condições das amostras tais como:
Caracterização
Resistência
Deformabilidade
Permeabilidade
Colapsibilidade
Expansibilidade
Interação solo-estrutura
Uma edificação pode ser dividida em três partes: superestrutura, infra-
estrutura ou fundação e maciços de solo ou rocha.
A superestrutura é constituída por lajes, pilares, vigas e elementos de
fachadas e divisões internas. A infra-estrutura engloba toda parte dos elementos
enterrados ou abaixo do nível zero do terreno, referendo-se a cintas e fundações
onde é submetida a receberem todas as cargas da edificação.
A interação solo-estrutura é um mecanismo cujo controle é feito pela
interação dessas três partes. A compatibilidade da interação solo-estrutura tem
como desempenho unificar recalques, a depender do conjunto solo-estrutura. Essa
compatibilidade diminui a curvatura da deformada de recalques, diminuindo danos
por fissuração.
53
Variáveis do sistema solo fundação
Existem quatro variáveis no sistema solo fundação: superestrutura, infra-
estrutura, solo de fundação e espaço ambiental. Cada um apresenta uma série de
fatores condicionantes que são próprios e respondem pela importância de um
sistema conforme descrito Na tabela 9 abaixo:
Variante Descrição Fatores
condicionantes
Super estrutura
Sistema estrutural Estruturas em vigas,
pilares e lajes, arco,
pórtico treliça. Estruturas
enterradas atirantadas
ou ancoradas
Material construtivo Concreto, concreto
armado, concreto
protendido, aço, madeira
Detalhe construtivo Definições de juntas,
subsolo, execução da
obra
Tipo de carregamento Peso próprio,
sobrecarga móvel e
dinâmica, vento, água
Infra-estrutura Tipo de fundação Fundações profundas
(estacas , tubulões)
fundações rasas (blocos
e sapatas)
Geometria Dimensões e
profundidade
Material Aço, madeira, concreto.
Processo executivo Escavada manual ou
mecanicamente,
cravada pré moldada,
tubulões a céu aberto ou
54
ar comprimido,
escoramento,
rebaixamento do N.A.
Detalhe construtivo Seqüência de execução,
cotas, estaqueamento,
perfuração.
Solo de fundação
Tipo de solo Areia, argila, silte, rocha,
turfa.
Geométrica Espessuras das
camadas, profundidade,
posicionamento do N.A.
Dados Geotécnicos Caracterização do solo,
resistência,
granulométrica, tipo,
mineralogia.
Otimização do terreno Remoção, Substituição
de solo, compactação
de solo, sistema de
drenagem.
Alteração Colapso, Erosão interna.
Espaço ambiental
Espaço físico Vizinhos, encostas, rio,
lagos, falhas
geotécnicas.
Geometria Inclinação do talude,
distância.
Processo geológico Erosão, cheia,
Cavernas, instabilidade
de taludes, avanço do
mar.
Atividade biológica Microorganismos de
madeira, cupins,
formigas.
Tabela 9 - Fatores condicionantes para o sistema solo fundação
55
Meio ambiente Sistema solo fundação estrutura
Origem Elemento
interativo
Estrutura Fundação solo
Patrimônio
Natural
Ar
Carregamento do
vento e ataque
químico dos
materiais pela
poluição
Oxidação de
estacas
metálicas
expostas,
poluição
sonora devido
a cravação das
estacas
Erosão eólica
Água
-infiltração com
deterioração dos
elementos
construtivos
Ataque
químico em
função de
águas
agressivas no
subsolo
Percolação
causando erosão
interna, alteração
do grau de
umidade do solo
causando recalque
em solo não
saturado,
expansão em solos
expansivos.
Colapso em solos
colapsáveis,Erosão
marinha, fluvial.
Relevo
Empuxo das
terras nos cortes
sobre estruturas
Redução da
capacidade de
carga em solos
inclinados
Movimentação e
deslizamentos de
terra
Organismos Ataques químicos
com deterioração
e redução de vida
útil
Ataques em
estacas de
madeira acima
do N.A.
Redução da
umidade do terreno
por sucção das
plantas, cupins e
formigas.
56
Patrimônio
criado
Obras
existentes
Bulbos de
tensões
atingindo
estruturas
vizinhas
Técnicas de
construções que
atinjam os
vizinhos,
percolação devido
a vazamentos e
erosões.
Tabela 10 - Interação meio ambiente e fundação
Metodologias de estudo da interação solo-estrutura
Os projetos de estrutura convencional são baseados nas transmissões de
cargas da super estrutura para a infra estrutura através de conceitos de apoios
móveis. Já a infra-estrutura é baseada somente nas cargas dos apoios e nas
propriedades dos terrenos.
Em alguns estudos são analisados parâmetros sofisticados para os processos
de um projeto e ao mesmo tempo bastante simples para os problemas nas
avaliações do sistema de interação solo estrutura. São consideradas as cargas
completas antes da ocorrência de carregamentos, mesmo as cargas sendo aplicada
gradativamente ao longo da execução do edifício. Essas limitações comprometem
as análises dos resultados de medições praticas em prédios sendo construídos. A
tabela 11 descreve algumas dificuldades de modelagem da interação solo estrutura:
Variáveis Dificuldades
Super estrutura Seqüência de construção,
carregamentos externos
Infra-estrutura Execução e transferência de cargas
para o solo
Tabela 11 - Modelagem de interação solo-estrutura
Existem alguns métodos de estudos do sistema de interação solo estrutura,
dependendo da variável escolhida, conforme tabela 12 abaixo.
Variável Método de análise
57
Super estrutura Análise dos esforços devido a
movimentação da fundação
Infra-estrutura Análise das forças transmitidas para o
solo
Terreno de fundação Análise de recalques devido a
carregamentos transmitidos pela
fundação
Sistema global Análise e estudos de previsão de
desempenho
Tabela 12 - Métodos de estudo do sistema de interação solo estrutura
Funcionamento da interação solo estrutura
Com o recalque dos apoios, provoca-se uma redistribuição de esforços entre
os elementos estruturais, em especial nas cargas de pilares, podendo provocar
danos na edificação. Com isso, há uma transferência de cargas dos apois que
tendem a recalcar mais para os apoios que tendem a recalcar menos.
Outro fato relevante são as ligações entre os elementos estruturais, sendo
esses consideravelmente rígidos, restringindo as movimentações entre os apoios
ocasionando recalques ocasionais menores que os estimados.
Vários estudos mostram que com a diminuição do recalque diferencial devido
ao aumento da rigidez relativa solo estrutura, o recalque absoluto médio é
praticamente independente, ou seja, a distribuição dos recalques e indicada pelo
sistema de interação solo estrutura.
Considerando a seqüência de execução da construção, facilita o
entendimento deste mecanismo. Grande parte dos estudos sobre interação solo
estrutura considera não haver carregamento durante a execução da edificação.
Como a rigidez é muito influenciada pela altura a seqüência construtiva assume
importante influencia sobre o sistema de interação solo estrutura. Na execução, a
carga média dos pilares cresce, com isso o recalque médio também cresce. Com
uma maior rigidez na estrutura, faz com que haja uma uniformidade dos recalques,
sendo observada uma diminuição no coeficiente de variação. Com o aumento da
altura a edificação passa a não contribuir no aumento da rigidez do conjunto solo
58
estrutura, havendo uma rigidez limite quando os recalques passam a ser em função
apenas das cargas.
Interação solo estrutura nos recalques e nas cargas
A importância da deformação dos recalques para o entendimento do sistema
de interação solo cimento, a analise é feita através do uso da curva de freqüência ou
da distribuição de recalques medidos em um determinado estagio de carregamento
da edificação, obtendo-se três grandezas : recalque médio , recalque mínimo e
recalque Maximo com determinação do desvio padrão.
O coeficiente de variação que é a relação entre o desvio padrão e o recalque
médio é um índice de não uniformidade nos recalques naquele índice de
carregamento. Ao decorrer da execução da edificação, devido ao aumento da rigidez
o coeficiente de variação reduz.
Com o recalque absoluto conseguimos avaliar os efeitos das distribuições de
cargas, indicando qual pilar obteve ganho ou perca de carga, se o valor do recalque
absoluto for menor que um, o pilar teve redução na sua carga e se maior que um
obteve ganho na sua carga.
Nas cargas, podemos considerar como efeito mais importante é a distribuição
das cargas nos pilares. Como nos recalques, para cada nível da obra há um
aumento na rigidez na estrutura e nas cargas da fundação. Para cada etapa de
execução da edificação há um diferente nível de equilíbrio no sistema solo estrutura,
onde gera uma deformação nos recalques e redistribuindo as cargas dos pilares.
Essa redistribuição se da na transferência das cargas maiores para os pilares
periféricos e menor carga nos pilares internos no caso de uma deformação côncava
de recalques.
Problemas na interação solo estrutura.
Quando a fundação transfere cargas para o solo e essa transferência
é considerada isolada, se existir outra fundação aplicando outra tensão no solo
causando a sobreposição de bulbos de tensões (vide figura 2);
Quando um conjunto de estacas está apoiado em camadas pouco
espessa, sobrepostas a camadas argilosas moles pode romper se não estiver sido
analisada as camadas abaixo da ponta da estaca, ou seja, a análise da capacidade
de carga da camada compressível abaixo da ponta da estaca;
59
Figura 22 - Estacas apoiadas em solos resistentes sobre solo mole – livro patologia
das fundações
Fundação direta ao lado de escavações aterradas submetida a
esforços horizontais não previstos;
Figura 23 - Fundação submetida a esforços horizontais – livro patologia das
fundações
Desconsideração de atrito negativo nas estacas, ocasionadas em
maior intensidade em solos provenientes de aterro sobre solos moles, rebaixamento
do lençol freático. O deslocamento das camadas de solo em relação ao corpo da
estaca provoca um carregamento na fundação e não de resistência às cargas do
solo.
60
Figura 24 - Atrito negativo – livro patologia das fundações
Existência de aterros em diferentes cotas sobre solos moles,
submetendo as estacas a esforços horizontais, se essas cargas não forem
consideradas nos cálculos causara danos na fundação.
Figura 25 - Condições geométricas do terreno – livro patologia das fundações
Utilização de modelos simplificados de cálculos como a verificação pelo
método do cone de arrancamento usados em fundações superficiais em fundações
profundas, resultando valores superiores aos reais na cinemática de ruptura;
61
Figura 26 - Modelo de cone de arrancamento – livro patologia das fundações
Consideração individual nos cálculos de grupo de estacas pela soma
das cargas de ruptura, resultando em valores superiores ao real. Na consideração
das cargas individuais ao invés de ser considerada em grupo gera um valor superior
aos da analise da ruptura em grupo.
Figura 27 - Tração em grupo de estacas – livro patologia das fundações
Não verificação de flambagem em estacas esbeltas em solos moles
ocasionando flambagem não previstas.
62
Figura 28 - Flambagem de estaca – livro patologia das fundações
Falta de travamento nas duas direções em estacas isoladas das
estacas esbeltas em solos onde as camadas de baixa resistência resultando
comprimento de flambagem maiores do que os considerados em cálculos para os
pilares.
Figura 29 - Comprimento de flambagem real – livro patologia das fundações
Efeitos da interação solo estrutura nos danos
A interação solo estrutura tem grande influência nos danos e lesões causados
por recalque nas edificações. As principais análises são os comparativos entre os
movimentos estimados da fundação com os valores máximos admissíveis. Os danos
causados devido ao recalque podem ser divididos em 3 tipos: aparentes , funcionais
e estabilidade conforme tabela 13 abaixo:
63
Tipo Característica Exemplo
Aparência Danos aparentes que
não afetam a estrutura
da edificação
Fissuras nas paredes
estruturadas
aporticadas, pequena
inclinação do corpo
rígido.
Funcionais Danos que afetam as
funções de utilização da
edificação
Dificuldade de abertura
de janelas e portas,
mudança de fluxo do
sistema de drenagem,
irregularidade nos pisos
e nos trilhos do
elevador.
Estabilidade Danos que afetam o
sistema estrutural
podendo causar colapso
na estrutura
Fissuração em pilares,
vigas e alvenaria
estrutural.
Tabela 13 – Danos causados devido a recalques
Com os recalques podem aparecer esforços secundários no sistema
estrutural, afetando diretamente pilares, vigas e paredes. Podendo aparecer fissuras
nas paredes em 45 graus que é a direção de maior tensão de tração, que são
comuns aparecer sobre a argamassa de ligação da alvenaria.
64
EXECUÇÃO DE FUNDAÇÃO
Devido aos diversos tipos de solo e suas respectivas classificações, fez-se
necessário ao longo do tempo o desenvolvimento de determinados elementos de
fundação, que atendam a tensão admissível de suporte para cada tipo específico de
solo, encontrado em uma determinada região, onde o mesmo possa receber uma
determinada edificação, sendo está uma ponte, edifício ou demais estruturas. Com
isso os engenheiros procuraram desenvolver métodos mais eficazes no processo de
execução de fundação, sendo tanto para execução de fundações rasas como
profundas. No Brasil criou-se como referência através da Associação Brasileira de
Normas Técnicas – ABNT, a Norma Brasileira Regulamentadora - NBR 6122 (1994)
Projeto e Execução de Fundações, como referência técnica na execução de
qualquer tipo ou elemento de fundação.
Definição
As fundações são elementos estruturais que tem como objetivo transferir as
cargas de uma determinada estrutura ao terreno onde a mesma se apóia. Está
tende a garantir, de acordo com as condições a qual foi projetada, o devido suporte
as tensões transmitidas pelos esforços da estrutura.
Segundo Alonso (1991), as fundações devem ser projetadas e executadas,
tendo como garantia mínima as condições de segurança exigidas pelas normas
técnicas, funcionalidade como garantia de deslocamentos com determinados tipos e
função a que se destinam as estruturas e por fim a durabilidade que deverá
apresentar tempo de vida útil no mínimo igual ao da estrutura existente.
Velloso e Lopes (1998), definem as fundações como sendo divididas em 2
grupos, sendo a 1° do grupo, definida como superficial ou direta, estas tendem a
distribuir as cargas no solo pela superfície do terreno ou a pequenas profundidades,
a 2° define-se como fundação profunda, onde o mecanismo de ruptura não distribui
as cargas na superfície do terreno, más sim a no mínimo 3m de profundidade,
também pode-se acrescentar um 3° grupo definido como fundação mista onde se
associam as fundações superficiais e profundas em um único elemento de fundação.
Teixeira e Godoy (1998), atribuem as fundações rasas ou diretas como
65
sendo assim chamadas por se apoiarem sobre o solo a pequenas profundidades,
em relação ao solo local. Utilizando essa definição, considera-se que um elemento
de fundação para um prédio a ser construído com dois subsolos, será considerada
rasa ou direta mesmo se apoiando a alguns metros do nível da rua.
NBR 6122 (1996) define como fundação profunda, o elemento que transmite
as cargas da estrutura ao terreno pela sua base, pela superfície lateral ou pela
combinação das duas citadas, devendo está ser considerada no mínimo com 3m de
profundidade. Os tipos aos quais se adéquam as fundações profundas são os
tubulões, estacas e os caixões.
Tipos de Fundação
Fundação Superficial
As fundações superficiais dividem-se em tipos específicos sendo estes
destacados como bloco, sapatas e radier.
Bloco
Bloco de uma fundação é definido como o elemento de apoio que tende a
distribuir as cargas pontuais recebidas pelos pilares da edificação diretamente ao
solo. Conforme figura 30 nota-se um pilar distribuindo a carga pontual a um bloco de
fundação.
Figura 30 – Bloco de uma fundação
A altura do bloco utilizado como elemento de fundação é relativamente
grande, e o mesmo têm a função de atender aos esforços de compressão, sendo
construído em concreto simples e podendo assumir a forma de um bloco, tronco de
66
cone ou escalonado conforme figura 31.
Figura 31 – Bloco tronco de cone e escalonado
Através da figura 32 nota-se a transferência das cargas da estrutura ao
elemento de fundação, sendo estas transmitidas pelo bloco ao solo.
Figura 32 – Transferência das cargas da estrutura ao bloco de fundação
Sapata
As sapatas são consideradas um elemento de fundação em concreto
armado, de modo que o concreto atenda as tensões de compressão e o aço as
tensões de tração. Sua altura é menor do comparada a de um bloco e sua base vista
67
em planta pode ser quadrada, trapezoidal ou retangular. Os tipos mais utilizados
são:
Sapata Isolada
Sapata Corrida
Sapata Associada
Sapata Alavancada
Sapata Isolada
Sapatas isoladas não têm nenhum tipo de associação com outro elemento
de fundação, a mesma é dimensionada de acordo com a carga pontual, transmitida
diretamente pelos esforços de um pilar, podendo ser interligadas por vigas
baldrames. Este tipo de fundação é feita em concreto armado e sua geometria é
semelhante a de uma pirâmide conforme figura 33.
Figura 33 – Sapata Isolada
Sapata Corrida
As sapatas corridas diferentemente das isoladas, estão sujeitas a cargas que
se distribuem linearmente, sendo esta utilizada normalmente como apoio das
paredes conforme demonstra a figura 34. Também pode ser utilizada como apoio a
muros e pilares alinhados e se dividem em dois tipos, sendo o primeiro do tipo
simples, com o uso de concreto e sem a utilização de aço, e o segundo do tipo
concreto armado, sendo este o tipo de sapata corrida mais utilizado nas edificações.
68
Figura 34 – Sapata corrida
Sapata Associada
As sapatas associadas são utilizadas quando os pilares de uma edificação
estão próximos ou se sobreponham e quando as cargas de um ou mais pilares da
estrutura são elevadas. A sapata associada deve estar centrada no centro de
gravidade dos pilares, onde receberá as cargas e as distribuirá uniformemente ao
solo através de sua viga de rigidez, conforme apresentado na figura 35.
Figura 35 – Sapata Associada
Sapata Alavancada
Sapatas alavancadas se diferem dos outros tipos de fundações rasas, no
que se refere aos pilares de divisa de uma determinada estrutura, ou onde o centro
de gravidade do pilar não distribua as cargas no centro de gravidade da sapata.
Este tipo de sapata é utilizada para compensação da excentricidade dos
esforços ou cargas distribuídas, onde parte dos esforços e das cargas são
transferidas para uma sapata próxima por meio de uma viga alavanca conforme
demonstrado na figura 36.
69
Figura 36 – Sapata Alavancada
Radier
Segundo Teixeira e Godoy (1998), a estrutura de fundação do tipo radier é
utilizada quando uma determinada estrutura e seus respectivos pilares transmitem
suas cargas a uma sapata, conforme figura 37.
Figura 37 - Transferência das cargas da estrutura para fundação em radier
O radier é considerado um elemento de fundação de difícil execução, devido
ao seu grande volume de concreto armado, por isso é pouco utilizado, ele deve
resistir aos momentos vindos dos esforços transmitidos pelos pilares, devendo
transmiti-los diretamente ao solo, quanto a execução das instalações hidráulicas e
demais serviços enterrados abaixo a estrutura, devem ser realizadas com
antecedência.
Fundação Profunda
As fundações profundas são os elementos de fundação que transmitem as
cargas da estrutura ao terreno seja pela base, superfície lateral ou pelo uso das
duas combinações.
Tubulões
A NBR 6122/1996, define os tubulões como sendo o elemento de fundação
profunda em formato cilíndrico, onde é necessário na sua execução final a descida
de um operário. Podendo ser dois tipos, tubulão a céu aberto e tubulão a ar
comprimido.
70
Segundo Alonso e Golombek (1998), os tubulões são definidos como os
elementos estruturais de fundação profunda, que são construídos de modo à
concretar um poço, sendo ele revestido ou não, geralmente tem sua base alargada.
São divididos em dois tipos básicos, tubulões a céu aberto, utilizado na maioria das
vezes sem revestimento, e a ar comprimido, este utilizado com revestimentos,
podendo ser revestido com uma camisa de concreto armado ou por uma camisa de
aço.
Segundo Albiero e Cintra (1998), os tubulões são utilizados para transferir ao
solo, as cargas verticais, sendo elas de tração ou compressão, e até mesmo as
cargas horizontais.
Tubulão a Céu Aberto
Os tubulões a céu aberto podem ser considerados como o elemento de
fundação profunda, que são escavados manualmente, através de operários, ou
escavados mecanicamente com a utilização de equipamentos mecânicos para
perfurar o fuste do tubulão conforme figura 38. Más tanto na escavação manual
quanto na mecânica, há necessidade da descida de operários para execução do
alargamento de base ou limpeza do fundo do fuste.
Figura 38 – Escavação mecânica de tubulão a céu aberto
Este tipo de fundação tem suas cargas transmitidas ao solo por meio de sua
base, sendo esta em formato circular ou de falsa elipse. O diâmetro utilizado no
fuste é de no mínimo 70cm, para permitir o acesso de operários.
Os tubulões a céu aberto devem ser executados acima ou até mesmo
embaixo do lençol freático, desde que o solo mantenha-se estável evitando assim
71
possíveis desmoronamentos e controlando a água em seu interior.
Segundo Alonso e Golombek (1998), a base do tubulão a céu aberto deve
ser dimensionada com altura inferior a 2m, sendo que em casos justificados, podem
ser admitidas alturas superiores. Caso as características do solo indicar que o
alargamento da base seja problemático são aconselháveis o uso de aplicações
superficiais de cimento, e escoramentos para evitar o desmoronamento da base.
Tubulão a Ar Comprimido
Segundo Alonso e Golombek (1998), os tubulões a ar comprimido são
utilizados em solos saturados, onde não seja possível retirar a água acumulada
devido ao perigo de desmoronamento do solo ao redor do fuste. Os tubulões deste
tipo podem ser em camisa de concreto executado manualmente, ou de aço,
cravadas por martelos vibratórios ou por percussão, no perímetro do fuste.
A camisa é utilizada como uma forma de prevenir o operário contra os riscos
de desmoronamento e como apoio a campânula, utilizada para compressão do ar,
tornando possível o trabalho de escavação manual em solos saturados, conforme
apresentado na figura 39.
Figura 39 - Execução de um tubulão a ar comprimido com camisa de concreto
Devido à necessidade de efetuar escavações em solos saturados e tornar
possível a execução de um tubulão, injeta-se ar comprimido com uma pressão
72
compatível á pressão da água existente no solo, sendo que nos solos arenosos a
pressão existente deve ser maior, com o intuito de suprir as perdas de carga e
consequentemente às perdas de ar, tornando favorável a estabilidade durante a
execução, segundo Albiero e Cintra (1998).
Caixões
Também a NBR 6122/ 1996 define os caixões como o elemento de fundação
profunda que tem sua forma prismática. Sua concretagem deve ser feita na
superfície e sua instalação deve ser feita por escavação, podendo ser utilizado ar
comprimido em sua execução e também ter sua base alargada.
Segundo Albiero e Cintra (1998), caixões são as peças que tem sua seção
quadrada e retangular, sendo suas paredes laterais pré-moldadas. O processo de
escavação interna do solo é necessário para a implantação do caixão no subsolo,
até alcançar a profundidade ideal para seu apoio.
Estacas
As estacas são consideradas como o elemento de fundação, executado por
ferramentas e equipamentos, sem que seja necessária a descida de operário no
subsolo. Os materiais utilizados para este tipo de fundação profunda pode ser de
madeira, aço, concreto moldado in loco, concreto pré-moldado ou misto, (NBR 6122/
1996).
Segundo Décourt (1998), as estacas utilizadas como elemento de fundação
podem ser classificadas em dois tipos:
Estacas de Deslocamento
Estacas Escavadas
73
Estacas de Deslocamento
Segundo Décourt (1998), as estacas de deslocamento são introduzidas no
solo sem a necessidade de remoção do mesmo durante a sua execução, as
principais estacas de deslocamento são:
Estacas de Pré-moldadas
Estacas de Madeira
Estacas Metálicas
Estacas Tipo Franki
Estacas Pré-moldadas
Segundo Alonso (1998), as estacas pré-moldadas têm como sua principal
característica, ser cravada no terreno por prensagem, percussão sendo esta
executada com o uso de bate estaca, conforme demonstrado na figura 40, ou
vibração. Este tipo de estaca pode ser constituído por um elemento estrutural
podendo este ser de madeira, aço, concreto protendido ou armado.
Figura 40 - Cravação de estaca pré-moldada em concreto armado com bate-estaca
O método mais indicado para a cravação no solo, deste tipo de fundação é a
cravação com equipamento automático, pois este tipo de equipamento permite a
avaliação das características do solo e seu controle eletrônico. A figura 41 mostra
quatro estacas pré-moldadas após sua cravação no solo, sendo utilizada como
elemento de fundação de uma passarela para pedestres.
74
Figura 41 - Estacas pré-moldadas utilizadas como elemento de fundação
Estacas de Madeira
Segundo Alonso (1998), as estacas de madeira sempre foram utilizadas
desde as civilizações antigas até os dias de hoje. Más devido as dificuldades de se
obter madeira de boa qualidade hoje em dia, seu uso está reduzido. As estacas de
madeira podem ser definidas, como os troncos de árvores esbeltos e com poucas
ondulações em sua estrutura. Este tipo de estaca é geralmente cravado por
percussão, através de pilões que são soltos em queda livre cravando assim a estaca
no solo, conforme demonstra a figura 42. Sua durabilidade é praticamente ilimitada
quando submetida totalmente abaixo do nível de água, caso seja submetida a
variações do nível da água e tenha contato com o ar, este tipo de estaca pode
apodrecer por ações de micróbios e fungos, prejudicando sua estrutura como
elemento de fundação.
Figura 42 - Cravação de estacas de madeira
75
Estacas Metálicas
Segundo Alonso (1998), as estacas metálicas são consideradas um elemento
de fundação constituído por aço soldado ou laminado, sendo os perfis mais
utilizados em sua seção, H ou I, também pode ser considerado as chapas dobradas,
formando uma seção circular. Neste tipo de fundação o que tem sido aproveitado
são os trilhos de linhas férreas antigas, que são perdidos com o tempo por ação do
desgaste das mesmas. Conforme figura 43.a nota-se que os trilhos são utilizados
como elemento de fundação em sua forma simples, quanto na figura 43.b pode ser
utilizado como composição de alguns elementos metálicos, formando peças
compostas.
Figura 43.a – Trilhos como elementos de fundação – peças simples
Figura 43.b – Trilhos como elementos de fundação – peças compostas
Estacas Franki
Segundo NBR 6122/1996, as estacas tipo Franki são caracterizadas por ter
sua base alargada, através da introdução no subsolo de concreto ou material
granular, este processo é feito através de golpes de pilão.
76
De acordo com Maia (1998), as estacas do tipo Franki podem ser definidas
como uma estaca executada em concreto armado moldada no subsolo, nesta é
utilizado um tubo de revestimento, onde o mesmo é cravado no solo com a ponta
fechada e com o uso de uma bucha, e ao ser concretada a estaca, o tubo de
revestimento é recuperado, a figura 44 detalha as 6 fases principais para a execução
da estaca tipo Franki, desde o posicionamento do tubo de revestimento, até a
concretagem do fuste deste elemento de fundação.
Figura 44 – Execução de estacas tipo Franki
Estacas Escavadas
Segundo Décourt (1998), as estacas escavadas se diferenciam das estacas
de deslocamento devido ao seu método executivo, que é feito através da perfuração
do terreno removendo o material existente, e não por introdução no solo. As mais
utilizadas são:
Estacas Tipo Strauss
Estacas Tipo Hélice Contínua
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Estacas Tipo Strauss
As estacas tipo Strauss são definidas como o elemento de fundação profunda
executada por perfuração, utilizando um balde de sonda conhecida como piteira,
podendo seu revestimento ter recuperação total ou parcial e posterior concretagem,
NBR 6122/1996.
Segundo Falconi, Filho e Fígaro (1998), as estacas Strauss são definidas
como estacas apiloadas, mais conhecidas como estacas pilão ou soquetão, devido
ao seu método executivo que consiste na queda de um soquete, abrindo um furo no
solo e sendo preenchido posteriormente com concreto.
Estacas Tipo Hélice Contínua
Segundo Antunes e Tarozzo (1998), o elemento de fundação profunda do tipo
Hélice Contínua deve ter sua injeção de concreto no subsolo sob pressão
controlada, tendo uma ação simultânea da retirada do trado com a injeção do
concreto. A figura 45 demonstra a seqüência executiva deste tipo de estaca, onde
sua execução pode ser dividida em três fases, perfuração, concretagem e colocação
da armação.
Figura 45 – Execução de estacas hélice contínua
Segundo NBR 6122/1996, as estacas tipo Hélice Contínua são moldadas in
loco, sendo executada através de trado contínuo e pela injeção de concreto no
subsolo pela haste do trado. A figura 46 mostra o equipamento usual, com esteiras,
hélice e o tubo de concretagem utilizados na execução deste elemento de fundação.
78
Figura 46 – Equipamento utilizado na execução de estacas hélice contínua
EFEITOS PÓS-CONCLUSÃO
Metodologia
Uma enorme quantidade de construções apresenta problemas relacionados
a um desempenho insatisfatório. Uma grande parte desses problemas pode ser
solucionada. Muitas vezes a análise desses problemas caracteriza-se pela falta de
uma metodologia e as intuições pessoais fundamentadas na experiência e
habilidades prevalecem no lugar do método. No entanto, sempre que puder ser
substituída pelo método, deve ser deixada de lado a habilidade pessoal intuitiva que
naturalmente pode levar ao engano muitas vezes.
“Ainda que a Patologia não deva basear somente nas intuições pessoais, a eficiência na resolução dos problemas e função da vivência do técnico envolvido. Um patologista não se caracteriza por ter um intelecto que, como um receptáculo vazio, somente recolhe da experiência alheia tudo que possa colher. O sucesso na resolução dos problemas depende do alcance, da abertura e plenitude da capacidade do técnico de perceber e vivenciar a própria experiência.” (Lichtenstein, 1985).
79
O responsável pela resolução de uma patologia deve possuir uma
conceituação firme do método a ser empregado e de cada uma de suas etapas que
são basicamente divididos em três partes:
- Levantamento de dados
- Diagnóstico da situação
- Definição da conduta
Levantamento de dados
O primeiro passo no levantamento de dados é a vistoria do local onde o
técnico direciona a realização do exame utilizando os seus sentidos e determinados
instrumento específicos. Neste primeiro passo, em algumas situações, já se pode
fazer um diagnóstico com o resultado do exame inicial. O problema pode ser mais
precisamente levantado durante uma inspeção periódica, num contexto da
manutenção rotineira do edifício onde devem ser analisados alguns itens como a
gravidade do problema, definições da extensão e alcance do problema,
caracterização dos materiais e da patologia, isto considerando a utilização dos
sentidos humanos e instrumentos para no final fazer os registros dos resultados.
Alguns aparelhos podem ser úteis para examinar a maioria dos problemas
como:
- Régua de nível
- Fio de Prumo
- Trena precisa
- Macromedidor
- Dilatômetro
- Endoscópio
- Lupa graduada
Uma fase que tem grande relevância é a anamnese do caso, isto é, fazer
uma recordação desde o inicio da construção. Fazer uma investigação das pessoas
envolvidas na construção tais como vizinhos, projetistas, engenheiros, mestre-de-
obras, fabricantes etc. Comparar o projeto “como projetado” e o projeto “como
construído”, pois a maioria das construções apresenta mudanças em relação ao
80
projeto e estas não são registradas. Analisar os documentos de obra tais como
diário de obras, relatórios dos controles de qualidade, notas fiscais de materiais,
contratos de mão-de-obra, cronograma físico-financeiro previsto e o realizado,
registros de manutenções na construção. Também se faz necessário o levantamento
do histórico como as variações climáticas, escavações, vibrações, rebaixamento de
lençol freático etc.
Após a obtenção destes dados na vistoria do local e na anamnese do caso e,
estes se mostrarem insuficientes para elaboração de um diagnóstico, deve-se
complementar fazendo análises e ensaios em laboratórios que estão em constante
evolução, apresentam alto custo e muitas vezes uma considerável demora, onde
amostras são coletadas “in loco” para avaliação do seu desempenho e são muito
úteis e em alguns casos imprescindíveis. Estes ensaios não podem ser pensados
como uma forma de substituição à vistoria no local.
Diagnóstico da situação
A elaboração de um diagnóstico tem início a partir do momento em que
começam os estudos referentes ao caso em análise e tem como objetivo o
entendimento de todo o desenvolvimento do problema patológico e não
simplesmente da situação instantânea.
Neste período, é realizada uma interpretação de cada elemento levantado,
compondo progressivamente um quadro cronológico de entendimento de como a
estrutura funciona, como e quando foi construída, qual sua reação aos agentes
agressivos, como, porque e quando surgiram as patologias, etc. Todos estes dados
geram orientações e direcionamentos para a procura de novas informações.
Para Lapa, (2008) “O patologista elabora hipóteses para avaliação da situação e, então, compara-as com os modelos existentes no quadro sintomatológico geral, fazendo uso de seus conhecimentos sobre as patologias, diminuindo as incertezas, até que se encontre uma correlação satisfatória. Porém, uma parcela de dúvida sempre haverá, pois enfermidades diferentes podem manifestar-se de formas parecidas, e muitas podem ser tratadas com o mesmo “remédio”, dificultando a elaboração de um esquema de diagnóstico” .
81
Nos casos onde os dados não são suficientes para a elaboração do
diagnóstico preciso e definitivo, elabora-se uma análise provisória até a obtenção de
novas informações significativas e conclusivas, com menores riscos de erros dos
resultados, isto é, objetiva-se obter um diagnóstico com grandes possibilidades de
estar correto.
O patologista pode aplicar teorias probabilísticas para a formulação do
diagnóstico, desejando obter as probabilidades de ocorrência de cada hipótese
formulada com base no quadro de sintomas por ele conhecido, onde se pode citar a
aplicação do Teorema de Bayes que mostra a relação entre uma probabilidade
condicional e a sua inversa; por exemplo, a probabilidade de uma hipótese dada à
observação de uma evidência e a probabilidade da evidência dada pela hipótese.
Esse teorema representa uma das primeiras tentativas de modelar de forma
matemática a inferencia estatística, feita por Thomas Bayes, citado por Lichtenstein
(1985).
A definição de conduta
Depois de constituído o diagnóstico da enfermidade em questão, passa-se
para a definição da atitude a ser seguida, isto é, a determinação da medida adotada
para o caso. Porém, antes que se realize qualquer decisão, é necessário que seja
feito um levantamento das hipóteses de evolução futura do problema, isto é, o
prognóstico do caso.
Para a composição do prognóstico, o técnico irá analisar e estudar o
problema, baseando-se em determinados parâmetros, ao longo do tempo, para
alcançar possíveis alternativas de desenvolvimento da patologia. Alguns dos
parâmetros a serem considerados são, por exemplo, o quadro de evolução natural
do problema, as condições de exposição a que a construção se apresenta, o tipo de
terreno em que está localizada, a tipologia do problema, etc.
Este estudo é importante, não só para casos simples de diagnósticos e
reparos, mas principalmente, para problemas complexos, complicados de serem
solucionados, pois, em diversos casos, entende-se que a possibilidade de resolução
total de um determinado problema é praticamente nula, procurando desenvolver
medidas apenas de controle da situação para que esta não venha a piorar. Em
82
algumas situações, através do prognóstico, percebe-se que a intervenção não será
um procedimento completo e/ou com alto custo/benefício, pois a evolução
desfavorável do caso é um fator inevitável, constituindo-se um prognóstico
pessimista.
Estabelecido o prognóstico, parte-se para a tomada de decisão sobre o que
realizar, analisando-se as possíveis alternativas de interferências frente aos
problemas patológicos. Esta etapa exigirá do profissional grande sensibilidade e
criatividade, além de amplo conhecimento no assunto.
A tomada de decisão
Esta fase constitui a escolha sobre como atuar às manifestações patológicas,
onde será tomada a decisão dentre as possíveis maneiras de se intervir no caso,
desejando diminuir ou excluir ao máximo o desvio existente entre o desempenho
real e o exigido para a estrutura.
Neste ato, sobre o que fazer todas as soluções imaginadas para tal devem
ser colocadas em uma escala conforme suas possíveis conseqüências, de forma
que a escolha deverá ser feita baseando-se no preenchimento de critérios
constituídos, tais como a relação custo/benefício de cada alternativa, obedecendo
um desempenho final mínimo solicitado. No caso de nenhuma alternativa enquadrar-
se satisfatoriamente aos quesitos, é recomendável o retorno à fase de diagnóstico
para o estudo de novas possibilidades. Assim como o diagnóstico, a tomada de
decisão também envolve incertezas quanto aos resultados dos procedimentos
escolhidos, estando envolvida por um universo probabilístico.
Para que a melhor escolha seja feita, três parâmetros devem ser
considerados e avaliados: o grau de incerteza sobre os efeitos, a relação
custo/benefício e a disponibilidade de tecnologia para a execução dos serviços.
Como já visto, qualquer alternativa a qual for escolhida virá acompanhada de
um grau de incerteza quanto aos efeitos. A probabilidade de sucesso de uma
intervenção frente a um problema patológico está relacionada à ocorrência de um
conhecido quadro de sintomas e pode ser calculada através de fórmulas
probabilísticas.
83
Os custos de reparação de um problema patológico, segundo estudos
realizados pelo Building Research Establishment (BRE) citado por Lichtenstein
(1985), são aproximadamente, cinco vezes maiores do que a economia inicial obtida
pelo não cumprimento de normas e especificações, sendo, muitas vezes, da mesma
ordem de grandeza da parte do edifício em estudo. Logo, cada alternativa de
intervenção deve ser analisada, havendo um comparativo entre os custos e os
benefícios gerados pela terapia, tanto no período atual, como no restante da vida útil
da edificação.
A disponibilidade de tecnologia para a execução dos serviços também se
constitui um fator importante a ser considerado na escolha da melhor alternativa de
intervenção, englobando tanto equipamentos, materiais e recursos tecnológicos,
como técnica e mão-de-obra qualificada para tal. Este fator deve ser levado em
consideração tendo em vista à localidade da edificação, os recursos da região, a
classe social dos usuários, dentre outros.
Aliando todos estes fatores, idealiza-se chegar a uma solução apropriada
para o problema, mesmo que esta seja a decisão pela demolição da estrutura, caso
todas as alternativas planejadas sejam inviáveis.
Registro de Caso
Enfrentado o problema patológico, é necessário partir, então, para o processo
de registro do caso, isso é, a contribuição para a retroalimentação do processo. Esta
fase, inúmeras vezes, é deixada de lado pelo fato das pessoas não perceberem a
sua devida importância, onde o arquivamento de informações já estudadas irá servir
como material de consulta para novos casos de patologias, constituindo-se um
documento formalizado de histórias e soluções de problemas patológicos, podendo
ajudar e aperfeiçoar decisões futuras.
Ocorre que, em muitos casos, não existe uma metodologia científica e
individualizada no tratamento das enfermidades a qual torne possível um registro
formal do processo, além disso, é comum que as pessoas não queiram ficar
expostas a críticas, correndo riscos de expor os próprios erros, ou ainda desvalorizar
as edificações as quais foram sujeitas a reparos.
84
Logo, informações valiosas e com fonte segura para a obtenção de dados
como estatísticas das manifestações, incidência dos problemas patológicos e
eficiência dos tipos de tratamento, acabam por se perder, fazendo com que o
desenvolvimento de estudos no ramo da patologia não se desenvolva como poderia
ocorrer. Isto é, o desenvolvimento acumulativo de conhecimento empírico da
patologia da construção torna-se um difícil procedimento devido à falta de
divulgação dos resultados de intervenções.
Aqui estão alguns exemplos das soluções de patologias em fundações
Torre de Pisa
O caso mais famoso de recalque de apoio é sem dúvida o da Torre de Pisa.
Sua construção foi iniciada em 1173, e terminada em 1350; desde o início, a torre
apresentou recalques maiores de um lado que de outro, que a levaram a inclinar-se.
Muitas tentativas foram realizadas para solucionar o problema no curso da
história, nunca com sucesso. Em 1990, porém, estando o topo da torre com mais de
4,5 m fora do prumo e continuando, conforme ilustrado na figura 6.1. A torre possui
58,5 m de altura, a inclinar-se a uma taxa de 1,2 mm por ano, foi constituída mais
uma comissão de especialistas para salvá-la. A solução proposta por esta comissão
e executada a partir de 1997, foi o de utilizando sondas especiais, retirar solo
debaixo do trecho do bloco que havia recalcado menos, fazendo com que apenas
esta região viesse a afundar e assim a inclinação da torre viesse a diminuir.
Este procedimento foi coroado com êxito, e, em junho de 2001, o desaprumo
do topo da torre já havia diminuído em 40 cm. Em dezembro de 2001, a Torre de
Pisa, que, por razões de segurança havia sido fechada à visitação pública em 1990,
pôde ser reaberta para visitas. .
85
Figura 47 - 4,5 m fora do prumo
Edifícios da Orla Santista
No Brasil há também um grande exemplo do problema de recalques de apoio:
os prédios da orla santista. Quem já foi para Santos ou viu alguma foto dos edifícios
inclinados tem uma boa idéia de como o deslocamento dos apoios pode afetar uma
estrutura. Décadas se passaram com os prédios a se inclinarem, e, assim como com
a Torre de Pisa, várias propostas de correção foram feitas para reverter essa
situação. Sabe-se que a origem do problema é a deficiência do solo de Santos,
formado por uma camada superficial de areia que, por sua vez, recobre uma extensa
camada de solo argiloso, muito compressível. Tal formação do solo não suporta a
fundação direta de prédios com mais de dez andares. Nas décadas de 1950 e 1960
foram construídos, na orla santista, inúmeros edifícios com mais de dez andares
apoiados em fundações diretas. Muitos destes prédios passaram a inclinar-se, e
hoje há cerca de 100 edifícios inclinados em toda a orla Santos.
Várias propostas para a correção deste problema vêm sendo feitas
recentemente. Um grande exemplo é a solução aplicada em um dos prédios mais
famosos de Santos, o Núncio Malzoni.
Construído em 1967, com 17 andares e 55 m de altura, o Núncio Malzoni teve
suas fundações diretas apoiadas em uma camada de areia fina e compacta com 12
86
m de espessura apoiada sobre uma camada de 30 m de argila mole. Os recalques
ocorridos neste edifício levaram-no a sair 2,10 m do prumo como se pode observar
na figura 48.
Figura 48 - Edifício 2,10 m fora de prumo
O projeto de reaprumo do prédio foi desenvolvido pelos professores Carlos
Eduardo Moreira Maffei, Heloísa Helena Silva Gonçalves e Paulo de Mattos
Pimenta, do Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações da Escola
Politécnica da USP, considerado inédito no mundo, foi visitado por engenheiros de
diversos países como México, Canadá e Japão, e até por um dos engenheiros
responsáveis pela solução adotada na Torre de Pisa, que veio conhecer a técnica
utilizada.
Hoje em dia, o prédio está totalmente reaprumado. O projeto que conseguiu
esse feito foi realizado em três etapas:
1a etapa: implantação de fundações profundas com a execução de oito
estacas de cada lado do edifício. Com diâmetro variando de 1,0 a
1,4m, estas estacas têm uma profundidade média de 57,0 m e
atingem um solo residual resistente e seguro situado abaixo da
camada de argila mole. Na figura 6.3 pode-se observar a camisa
metálica utilizada para conter o solo durante a execução das estacas.
87
Figura 49 - Camisa metálica utilizada para execução das estacas.
2a etapa: foram executadas oito vigas de transição com cerca de 4,5 m de
altura para receber os esforços dos pilares e transmiti-los às novas
fundações.
3a etapa: quatorzes macacos hidráulicos acionados por seis bombas,
instalados entre as vigas de transição e os novos blocos de fundação, foram
utilizados para reaprumar o edifício conforme ilustrado na figura 50.
Figura 50 - Macacos hidráulicos
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Os vãos em que estavam os macacos foram preenchidos com calços
metálicos e posteriormente concretados. A fachada lateral esquerda do edifício foi
levantada 45 cm e a fachada posterior, 25 cm, levando o prédio a ficar novamente
no prumo. Reaprumado, o Núncio Malzoni repousa hoje sobre as novas estacas,
que transmitem 6500 tf ao solo residual situado a cerca de 60 m de profundidade.
Preocupada com o problema de recalque nas fundações dos edifícios da orla
a Secretaria de Obras e Serviços Públicos da Prefeitura de Santos divulgou que irá
encaminhar à Câmara Municipal um projeto de lei que estabelece normas para o
monitoramento dos prédios com inclinação e exigências para a recuperação das
edificações comprometidas. "Cada prédio tem uma inclinação perigosa, e para cada
inclinação existe uma solução específica", afirma Maffei (2001).
Decisão por manter ou demolir
Deparando-se com uma estrutura comprometida, deve-se analisar a
viabilidade e a necessidade de se preservar este elemento, tendo em vista que ele
necessitará de um projeto de reforço e que o custo-benefício de tal procedimento
pode não trazer resultados satisfatórios.
Portanto, após todo o processo de inspeção da estrutura e de posse de um
diagnóstico conclusivo, deve-se avaliar, baseado no laudo obtido e respectivo
tratamento indicado, se, realmente, é válida a intervenção para a conservação da
estrutura no local, levando em consideração os dados estatísticos quanto as
probabilidades de reaparecimento do problema futuramente.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
As patologias das fundações têm sido detectadas desde as grandes
construções antigas, onde eram verificados recalques devido ao peso excessivo dos
materiais empregados naquela época. Com ao avanço da tecnologia e com o
acúmulo de fatos empíricos foram descobertos que, dependendo do tipo de
construção, poderia ser feito ou não em certo tipo de terreno. Atualmente, não é
prudente executar qualquer tipo de edificação sem o estudo preliminar do solo com
empresa idônea, no qual presta um serviço confiável e de qualidade. Mesmo com a
89
sondagem adequada do subsolo, podem ocorrer interferências de diversos tipos,
dependendo da profundidade da sondagem executada e locais de perfuração.
Infelizmente, ainda existem empresas que não prestam este serviço em
conformidade com as normas ou entregam relatórios não-confiáveis, além de
também existirem profissionais que apostam na própria experiência e dispensa este
tipo de serviço, fato imprudente e causa diversos transtornos e prejuízos
inestimáveis.
Igualmente, as execuções das fundações devem ter controle de qualidade
adequado, acompanhamento de profissional qualificado, atendimento às normas
vigentes e mão-de-obra qualificada para a execução das mesmas. No projeto, deve-
se prever também a interação solo-estrutura, pois este conjunto determina o
comportamento real da fundação empregada. Embora necessário, na construção
civil ainda não é possível englobar todos estes itens, ocorrendo falhas executivas de
diversas naturezas, que podem ser detectadas através de ensaios pós execução
que estão disponíveis hoje no mercado.
Com a conclusão deste trabalho nos remete a crer que, embora existam
empresas idôneas, que prestam serviços de qualidade, de acordo com as normas
vigentes, profissionais qualificados e método de execução de fundações bem
diversificadas, um controle de qualidade ideal e efetivo aumenta muito o custo de
execução da obra, em muitas vezes inviabilizando a execução de alguns tipos de
obras em determinadas regiões.
90
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
ABNT (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS). NBR 6122 (2009) –
Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2009.
MILITITSKY, JARBAS; CONSOLI, NILO C.; SCHNAID, FERNANDO – Patologia
das Fundações. Editora Oficina de Textos. São Paulo, 2008
EUROPEAN STANDARD EN. 1993-5. Eurocode 3: Design of steel structures.
2003. Part 5: Piling, p. 102
ALONSO,U.R. Previsão e Controle das Fundações. São Paulo, Editora Edgar
Blucher Ltda.,1991
LOPES, F.R.; VELLOSO, D.; Capítulo 6. Concepção de Obras de Fundações.
Fundações Teoria e Prática. São Paulo, Editora Pini, v.2, p.212-214, 1998.
GODOY, N.S. ;TEIXEIRA, A.H. Capítulo 7. Análise, Projeto e Execução de
Fundações Rasas. Fundações Teoria e Prática. São Paulo, Editora Pini, v.2, p.227-
230, 1998.
DÉCOURT, L.;ALBIERO, J.H.; CINTRA, J.C.A. Capítulo 8. Análise e Projeto de
Fundações Profundas. Fundações Teoria e Prática. São Paulo, Editora Pini, v.2,
p.265-303, 1998.
ALONSO,U.R..; ANTUNES, W.R.; GOLOMBEK, S.; MAIA, C.M.; Capítulo
9.Execução de Fundações Profundas. Fundações Teoria e Prática. São Paulo,
Editora Pini, v.2, p.227-230, p.329-400, 1998.
VARGAS, M.; Capítulo 1. História das Fundações. Fundações Teoria e Prática.
São Paulo, Editora Pini, v.2, p.34-48, 1998.
ALMEIDA, M.E.L.S.; DANZIGER, F.; DÉCOURT, L.; FILHO, A.R.Q.;QUARESMA,
A.R. Capítulo 3. Investigações Geotécnicas. Fundações Teoria e Prática. São
Paulo, Editora Pini, v.2, p.119-123, 1998.
91
HACHICH,WALDEMAR; FALCONI, FREDERICO; SAES, JOSÉ; FROTA, RÉGIS;
CARVALHO, CELSO; NIYAMA, SUSSUMU – Fundações Teoria e Prática 2º
Edição.
http://www.ufsm.br/engcivil/Material_Didatico/ECC1009_Fundacoes_A/Patologia_das_fundacoes.pdf Acessado em 18/09/2010
SOARES, TATIANI M.; Patologias em Fundações http://200.169.53.89/download/CD%20congressos/2003/CRICTE/trabalhos/Engenharia%20Civil%20PDF/4082.PDF Acessado em 14/08/2010
http://www.insitu.com.br/ Acessado em 18/10/2010 http://www.solossantini.com.br/index.asp Acessado em 18/10/2010
MAFEI, SIMONE S.; Efeito Solo, Revista Téchne, março/abri 2001, ed. 51, p.41
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