Recalques diferenciais monitorados por meio de nivelamento geométrico de alta precisão: estudo de caso em Florianópolis SC/Brasil.

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1 TEMA 1 Patologia das Construções TEMA 2 Reabilitação e Reforços de Estruturas Recalques diferenciais monitorados por meio de nivelamento geométrico de alta precisão: estudo de caso em Florianópolis SC/Brasil. Cláudio Cesar Zimmermann 1,a, Ivo José Padaratz 1,b, Janaina de Souza Prim 1,c e Stephanie Thiesen 1,d 1 Universidade Federal de Santa Catarina, Departamento de Engenharia Civil Rua João Pio Duarte Silva, s/ nº, Campus Universitário, Córrego Grande Florianópolis Santa Catarina Brasil a claudio@ecv.ufsc.br, b padaratz@gmail.com, c janainaprim@yahoo.com.br, d stephanie.thiesen@gmail.com Palavras-chave: Manifestações Patológicas, Monitoramento de Recalques e Reforço Estrutural. Resumo. Algumas manifestações patológicas em uma construção como fissuras e outros danos, caracterizam-se muitas vezes como consequências advindas de recalques diferenciais. Denomina-se recalque o adensamento do solo e/ou movimentação vertical da estrutura após a construção de uma obra. Quando excessivo, o controle destes recalques é necessário para garantir as premissas do projeto estrutural (segurança, durabilidade e conforto). Um edifício localizado na cidade de Florianópolis-SC/Brasil apresentou graves manifestações patológicas (fissuras, rachaduras, deslocamentos de pisos e paredes, dentre outros) aparentemente devido a recalques diferenciais. Um estudo a fim de identificar as causas desses problemas foi realizado e contemplou: levantamento de informações (entrevistas, consulta a projetos, investigação do tipo de fundação, etc.); mapeamento e análise das manifestações patológicas; monitoramento de recalque de pilares e análise dos dados. Com base no monitoramento dos pilares, houve a confirmação da existência de recalques diferenciais e proposta a contratação de um projeto para execução de reforço estrutural na região dos colarinhos. A execução dos reforços durou aproximadamente 2 (dois) meses e confirmou-se posteriormente, através do monitoramento, o seu adequado desempenho.

2 1. Introdução Sabe-se que o recalque diferencial é um dos principais causadores de fissuras em edificações e, até em certos casos, do colapso total das mesmas. O recalque está presente em todas as edificações, mas até certo nível não provoca danos consideráveis e aparentes.. [1] No processo de recalque, quando é de origem gradual, é possível identificar claramente as etapas do surgimento das manifestações patológicas advindas do recalque. No princípio tem-se o aparecimento de pequenas fissuras aparentemente inofensivas. Caso as causas do recalque não sejam sanadas, as fissuras podem evoluir tomando dimensões cada vez maiores.. [1] O mesmo autor ainda defende que num segundo momento pisos cerâmicos se destacam, racham e/ou rebaixam, vidros se quebram, portas e janelas têm seu funcionamento comprometido, e nesse momento as manifestações patológicas começam a ser percebidas até pelos leigos no assunto. As fissuras passam da alvenaria para a estrutura principal, possibilitando a percolação de água e a lixiviação do hidróxido de cálcio. Os ruídos advindos das movimentações tornam-se freqüentes e as peças estruturais podem sofrer danos significativos. Finalmente, em alguns casos, pode ocorrer o colapso total da estrutura. Logo, ficam claras a importância e a necessidade do controle do recalque, desde a sua identificação até a estabilização, para assim evitar casos extremos de instabilidade da estrutura. Ações corretivas podem ser tomadas ainda na fase de execução de uma obra de tal forma que os recalques não sejam cumulativos. As intervenções corretivas são de suma importância, não só para garantir as premissas do projeto, como a segurança, a durabilidade e o conforto, mas também para a adaptação da edificação à nova realidade. O estudo desenvolveu-se em uma edificação localizada na cidade de Florianópolis-SC/Brasil, com idade superior a 30 (trinta) anos, que faz parte de um conjunto residencial composto por estruturas em concreto armado de quatro pavimentos, subsolo de garagem e paredes convencionais de alvenaria de tijolos cerâmicos revestidos com argamassa.

3 2. Levantamento e Análise In Loco das Manifestações Patológicas Durante o levantamento foi possível registrar fissuras e rachaduras, comprometimento do funcionamento das janelas, armários afastados progressivamente da parede, vidros quebrados, rebaixamento do piso, cerâmicas quebradas, ruídos, dentre outros. Tal levantamento possibilitou a formação de um acervo de dados necessários para a pesquisa, como exemplificado em Fig. 1 e Fig. 2. Figura 1: Levantamento de manifestações patológicas fachada. Figura 2: Levantamento de manifestações patológicas - ambiente interno. Como forma de complementação ao acervo de dados, iniciou-se a fase de entrevistas a moradores, síndico e ex-síndicos do prédio. As entrevistas

4 buscavam informações adicionais como: métodos construtivos, tipo de fundação do edifício, a presença ou não de vazamentos, a retirada de pilares em reformas e o contato do engenheiro responsável, já que os moradores não possuíam as plantas do edifício e o projeto estrutural. Por se tratar de um edifício antigo, não foi possível localizar o projeto estrutural para obtenção de maiores informações, além disso o engenheiro responsável já havia falecido. A análise dos dados do levantamento levou a suspeita da ocorrência de recalques diferenciais no edifício, provocando a decisão de se realizar o controle dos mesmos. Para isso, houve necessidade de identificar os prováveis pontos/pilares críticos da edificação e fazer um controle in loco das possíveis movimentações da estrutura (recalques). 3. Definição dos Pontos Críticos para o Monitoramento Para a locação dos pontos mais críticos foi realizada inicialmente a identificação dos pilares no edifício e observada a direção/inclinação das fissuras localizadas nas paredes. Realizou-se posteriormente a fixação de parafusos sextavados para a aplicação do nivelamento geométrico de alta precisão nos pilares selecionados e, por conseguinte, a identificação de recalques diferenciais. Figura 3: Croqui de localização dos pontos monitorados pelo nivelamento geométrico.

5 4. Monitoramento dos Recalques As medições foram realizadas através de nivelamento geométrico de alta precisão operações para determinar a diferença de nível entre dois pontos através de visadas horizontais com nível topográfico no qual as leituras foram obtidas com precisão na casa dos centésimos de milímetros. O instrumento utilizado foi o nível topográfico da marca Wild, modelo N3, com placas plano-paralelas; e como acessórios a Mira de Ínvar e o Nível de Cantoneira. Visando reduzir ao máximo os erros relativos ao equipamento e à leitura foram utilizadas a Mira de Ínvar uma vez que o material ínvar possui coeficiente de dilatação linear muito baixo e o nível de cantoneira para garantir a verticalidade da mira. Com o equipamento instalado dentro da edificação (apartamento térreo do bloco mais crítico) e a mira sobre os pontos, realizaram-se as leituras. Para cada ponto, foram realizadas no mínimo 4 (quatro) leituras das quais se utilizou a média para o cálculo dos recalques ditos parciais aqueles em relação à leitura anterior e totais aqueles em relação às leituras do primeiro dia (cumulativos), além das velocidades de recalques. O monitoramento teve duração de aproximadamente 7 (sete) meses, onde foram realizadas 6 (seis) séries de observações, sendo que a primeira, realizada no dia 31/10/2008, serviu como referência para os cálculos. A segunda leitura ocorreu em 19/11/2008; a terceira em 5/12/2008; a quarta em 13/1/2009; a quinta em 1/4/2009 e a sexta em 13/5/2009. Os dados obtidos do nivelamento geométrico de alta precisão são mostrados em planilha própria, conforme mostrados na Tabela 1. Tabela 1: Cálculo das leituras médias exemplo referente ao dia 31/10/08. Ponto Visado Leitura Mira Pilares 1ª 2ª 3ª 4ª Média Leitura Mira Altura do Apare lho Dife re nça de Nível Cotas dos Pontos RN Principal 171, , , , , ,334 0, ,000 RN1 169, , , , ,962 1, ,372 P1 121, , , , ,210 50, ,124 P2 124, , , , ,639 46, ,695 P3 122, , , , ,607 48, ,727 P4 123, , , , ,966 47, ,368 P5 125, , , , ,351 45, ,983 Ré P5 131, , , , , ,104 P6 130, , , , ,869 46, ,235 Ré P4 134, , , , , ,886 P7 134, , , , ,247 47, ,639 P8 133, , , , ,122 48, ,764 P9 131, , , , ,516 50, ,370 P10 131, , , , ,869 50, ,017 A partir da planilha anterior obteve-se, a cada leitura, a nova cota dos pontos monitorados, essa utilizada para os cálculos expostos em Tabela 2

6 Tabela 3 e Tabela 4. Estas contém os referenciais de nível RN principal e RN 1, os pontos (parafusos identificados com numeração variando de P1 até P10), a data das leituras, o número de dias decorridos, as leituras para os cálculos dos recalques parciais e totais e das velocidades de recalques. Tabela 2: Cálculo dos recalques parcial e total e velocidade de recalque. Data Intervalo de Tempo Data Intervalo de Tempo dias 19 dias 19 dias dias 35 dias 35 dias Leitura Nº 1 Leitura Nº 2 Leitura Nº 3 Pontos Recalque Recalque Velocidade Recalque Recalque Velocidade Cotas de Cotas Cotas Parcial Total de Recalque Parcial Total de Recalque Referência Observadas Observadas (mm) (mm) (_m / dia) (mm) (mm) (_m / dia) RN Principal 1000, ,000 0,000 0,00 0, ,000 0,000 0,00 0,000 RN1 1001, ,365-0,070-0,07-3, ,359-0,060-0,13-3,714 P1 1050, ,127 0,030 0,03 1, ,112-0,150-0,12-3,429 P2 1046, ,659-0,360-0,36-18, ,669 0,100-0,26-7,429 P3 1048, ,716-0,110-0,11-5, ,699-0,170-0,28-8,000 P4 1047, ,339-0,290-0,29-15, ,351 0,120-0,17-4,857 P5 1045, ,947-0,360-0,36-18, ,884-0,630-0,99-28,286 P6 1046, ,187-0,480-0,48-25, ,133-0,540-1,02-29,143 P7 1047, ,605-0,340-0,34-17, ,602-0,030-0,37-10,571 P8 1048, ,767 0,030 0,03 1, ,779 0,120 0,15 4,286 P9 1050, ,369-0,010-0,01-0, ,388 0,190 0,18 5,143 P , ,997-0,200-0,20-10, ,025 0,280 0,08 2,286 Tabela 3: Cálculo dos recalques parcial e total e velocidade de recalque. (continuação). Data Intervalo de Tempo Data Intervalo de Tempo dias 74 dias 74 dias dias 151 dias 151 dias Leitura Nº 1 Leitura Nº 4 Leitura Nº 5 Pontos Recalque Recalque Velocidade Recalque Recalque Velocidade Cotas de Cotas Cotas Parcial Total de Recalque Parcial Total de Recalque Referência Observadas Observadas (mm) (mm) (_m / dia) (mm) (mm) (_m / dia) RN P rincipal 1000, ,000 0,000 0,00 0, ,000 0,000 0,00 0,000 RN1 1001, ,352-0,070-0,20-2, ,366 0,140-0,06-0,397 P1 1050, ,999-1,130-1,25-17, ,218-7,810-9,06-60,000 P2 1046, ,427-2,420-2,68-36, ,701-7,260-9,94-65,828 P3 1048, ,569-1,300-1,58-21, ,905-6,640-8,22-54,437 P4 1047, ,181-1,700-1,87-25, ,705-4,760-6,63-43,907 P5 1045, ,686-1,980-2,97-40, ,282-4,040-7,01-46,424 P6 1046, ,925-2,080-3,10-42, ,423-5,020-8,12-53,775 P7 1047, ,460-1,420-1,79-24, ,081-3,790-5,58-36,954 P8 1048, ,709-0,700-0,55-7, ,684-0,250-0,80-5,298 P9 1050, ,335-0,530-0,35-4, ,956-3,790-4,14-27,417 P , ,969-0,560-0,48-6, ,960-0,090-0,57-3,775

7 Tabela 4: Cálculo dos recalques parcial e total e velocidade de recalque. (continuação). Pontos Data 31/10/2008 Leitura Nº 1 Leitura Nº 6 Cotas de Referência Cotas Observadas Intervalo de Tempo 42 dias 193 dias 193 dias Recalqu e Parcial (mm) Recalqu e Total (mm) Velocidade de Recalque (_m / dia) RN Principal 1000, ,000 0,000 0,00 0,000 RN1 1001, ,353-0,130-0,19-0,984 P1 1050, ,209-0,090-9,15-47,409 P2 1046, ,694-0,070-10,01-51,865 P3 1048, ,868-0,370-8,59-44,508 P4 1047, ,587-1,180-7,81-40,466 P5 1045, ,283 0,010-7,00-36,269 P6 1046, ,441 0,180-7,94-41,140 P7 1047, ,936-1,450-7,03-36,425 P8 1048, ,695 0,110-0,69-3,575 P9 1050, ,319 3,630-0,51-2,642 P , ,961 0,010-0,56-2,902 Realizou-se também o registro das condições climáticas por ocasião do monitoramento, conforme indicado na Tabela 5, pois variações de temperatura e/ou umidade podem influenciar nas leituras realizadas. Todas as leituras foram realizadas pelo mesmo operador, já que cada pessoa possui uma acuidade visual. Outra providência tomada foi com relação à sustentação da mira, sempre realizada pela mesma pessoa. Tabela 5: Condições do tempo durante as leituras. Dados Data 31/10/ /11/ /12/ /01/ /04/ /05/2009 Temperatura ( C) Horário das Leituras (h) 15h30 15h45 08h40 09h15 08h45 08h40 Vento Ausência Muito fraco Ausência Ausência Ausência Ausência Céu/Sol Parcialmente Parcialmente Sol nublado nublado Sol Sol Sol Chuva Pouca intensidade nos dias anteriores Muitas chuvas no mês Muitas chuvas no mês Ausência nos últimos 2 dias Ausência nas últimas semanas Ausência nos últimos 2 dias 5. Análise dos Dados Analisando-se a Tabela 2, a Tabela 3 e a Tabela 4, pode-se verificar a magnitude dos recalques diferenciais que ocorreram ao longo do período avaliado. O aumento da velocidade demonstra o avanço do problema, principalmente nos pontos P1, P2, P3, P4, P5, P6 e P7.

8 Percebe-se ainda o aumento dos recalques totais, indicando, assim, que os pontos nivelados estão em processo contínuo de recalque. Foi possível, então, associar as manifestações patológicas da edificação a essa movimentação estrutural (fato que ficou evidenciado com o aumento das trincas). 6. Identificação do Tipo de Fundação e da Origem do Problema Nos pontos identificados como mais críticos devido aos elevados valores dos recalques foram executadas escavações para identificar o tipo de fundação e encontrar a causa dos recalques diferenciais da estrutura. 6.1 Tipo de Fundação Com as escavações foi possível identificar que as fundações eram do tipo diretas (sapatas). A fim de auxiliar a visualização dos locais escavados, gerou-se a imagem tridimensional mostrada em Fig. 4. Estão destacadas em vermelho as sapatas analisadas. 6.2 Causa do Problema Figura 4: Imagem tridimensional da edificação. Com as escavações realizadas na região dos pilares sob suspeita, verificou-se o comprometimento das bases dos colarinhos, com barras de aço expostas, oxidadas, corroídas e flambadas, bem como deterioração do concreto. Assim, notou-se a necessidade de intervenção imediata a fim de obter a estabilização do processo de recalque e, assim, a estabilidade estrutural.

9 Figura 5: Base dos colarinhos comprometidos oxidação, corrosão e flambagem das barras e deterioração do concreto. 6.3 Proposta de Solução Após a identificação da causa e natureza do recalque, foi proposta por um profissional qualificado da região uma solução de reforço estrutural, com emprego de concreto armado convencional (encamisamento do colarinho). O serviço de reforço foi executado por uma empresa de construção civil da região e acompanhado pela equipe responsável pelo presente estudo. Figura 6: Execução do reforço colocação de armadura e concretagem de colarinho. O monitoramento dos recalques continuou após o término da execução dos reforços com a finalidade de verificar a sua eficácia.

10 7. Análise Adicional dos Dados do Monitoramento 7.1 Medidas de Recalque Através do gráfico da Fig. 7, elaborado a partir das informações obtidas no nivelamento geométrico, é possível observar a evolução do comportamento dos pilares a cada leitura. Os valores negativos para o eixo dos recalques totais indicam o rebaixamento da estrutura. Ressalta-se que a leitura 6 foi realizada após o término da execução dos reforços dos colarinhos RN principal Pontos/Pilares RN1 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P Leitura 1 (31/10/2008) Leitura 2 (19/11/2008) Leitura 3 (05/12/2008) Leitura 4 (13/01/2009) Leitura 5 (01/04/2009) Leitura 6 (13/05/2009) Figura 7: Gráfico de recalques totais por pilar. As medidas de recalque permitem identificar a tendência de estabilização do recalque total, mostrando a eficácia do reforço estrutural executado nos pilares. Destaca-se ainda que a leitura 5 (01/04/2009) do pilar 9 (P9) não caracteriza efetivamente uma movimentação, uma vez percebida a tendência do gráfico em indicar pequenos recalques nesse ponto/pilar. Acredita-se que o valor encontrado pode representar um erro relacionado tanto à leitura quanto à anotação do valor. 7.2 Velocidade e Aceleração do Recalque Com auxílio de softwares estatísticos foi possível realizar uma análise mais detalhada para o estudo de caso, considerando-se a velocidade dos recalques. Os gráficos apresentados em Fig. 8 e Fig. 9 representam respectivamente a velocidade e a aceleração de recalques dos pilares. Ambos obtidos em duas etapas: a primeira antes da execução do reforço e a segunda

11 após a mesma. Aceleração de Recalque nos Pilares _m/dia_ 0,004 Pilares P1 0,003 0,002 0, P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10-0,001-0,002 Figura 8: Gráfico da velocidade de recalque nos pilares. Velocidade de Recalque nos Pilares _m/dia 0,1 Pilares P1 P2 0,05 P3 P4 P5 0 Dias P P7 P8-0,05 P9 P10-0,1-0,15 Figura 9: Gráfico de aceleração de recalque nos pilares. Pode-se perceber que, a partir de 150 dias, a tendência do gráfico de aceleração mudou e tende a zero devido à intervenção realizada. O mesmo comportamento pode ser observado na Fig. 8 cujo gráfico aponta um valor de velocidade muito próximo de zero. Os dois gráficos indicam claramente a tendência de estabilização do processo de recalques e, portanto, o desempenho adequado dos serviços de reforço estrutural executados.

12 8. Agradecimentos Cabe registrar a participação do grupo PET/ECV/UFSC (Programa de Educação Tutorial do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal da Santa Catarina), que colaborou com as seguintes atividades: mapeamento das manifestações patológicas, medições do monitoramento de recalques e a digitalização dos dados. Agradecimentos também ao Laboratório de Ciências Geodésicas (LabCIG) da UFSC pelo fornecimento dos equipamentos necessários às medições. 9. Referências Bibliográficas [1] BERBERIAN, D. Danos causados por recalques. Disponível em: < > Acesso em: 19 maio [2] BERBERIAN, D. ENGENHARIA DE FUNDAÇÕES, Editora da Universidade de Brasília - GeoTECH Press, 23o.Edição Experimental Revisada, pp~ [3] ZIMMERMANN, C. C.; BARAN, K. R.; PRETTO, D. L. D. Acompanhamento de movimentação da fachada do paiol da pólvora na fortaleza de Santa Cruz, ilha de Anhatomirim. In: XXXIV Congresso Brasileiro de Ensino de Engenharia (COBENGE 2006), 2006, Passo Fundo. Anais do XXXIV COBENGE 2006, [4] ZIMMERMANN, C. C.; CORDINI, J.; PADARATZ, I. J.. Monitoramento de Recalques em Edificações. In: CONGRESSO TÉCNICO-CIENTÍFICO DE ENGENHARIA CIVIL, 1996, Florianópolis, v. 3. p [5] ZIMMERMANN, C. C.; CORDINI, J.; PADARATZ, I. J. Utilização da Topografia no Monitoramento de Recalques em Edificações. In: I SIMPÓSIO LATINO AMERICANO DE AGRIMENSURA, 1992, Foz do Iguaçu, 1992.