PATOLOGIA DAS FUNDAÇÕES: ESTUDO DE CASO DO BLOCO DA BIODIVERSIDADE DA UFMT, CUIABÁ/BR

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1 PATOLOGIA DAS FUNDAÇÕES: ESTUDO DE CASO DO BLOCO DA BIODIVERSIDADE DA UFMT, CUIABÁ/BR M. GODOI S. RAMIRES Eng.ª Civil Prof. Eng.ª Civil UFRGS Cuiabá; Brasil Porto Alegre; Brasil RESUMO As Patologias das fundações são problemas geralmente difíceis de diagnosticar com antecedência, pois as manifestações só surgem quando a patologia se encontra em estado evoluído. Portanto, verifica-se aí a necessidade de se evitar este tipo de patologia. Este trabalho vem com o objetivo de apresentar as possíveis patologias das fundações diretas, onde as principais fontes dos problemas estão divididas nas fases de investigação do subsolo, análise de projeto, execução, eventos pós-conclusão e degradação dos materiais. Após o estudo dessas patologias, o trabalho trata de um estudo de caso do Bloco da Biodiversidade da Universidade Federal de Mato Grosso, campus de Cuiabá, Brasil. Neste estudo detalharemos algumas patologias encontradas neste Bloco, para então concluir indicando em qual fase cada patologia surgiu, sua origem e também sugerindo, quando possível, uma solução para o problema. Palavras Chave: Patologias, Fundações, solos. INTRODUÇÃO A ocorrência de patologias em obras civis tem ganhado significativa importância ao longo dos anos. Considerando os inconvenientes provocados pelo aparecimento de manifestações patológicas ou mau desempenho das fundações, fica nítida a importância de serem evitadas, em todas as fases da obra. Para a execução de todos os tipos de obras, deve-se primeiro realizar um estudo detalhado e minucioso do solo, pois este se difere em cada região. Com base neste estudo, geralmente realizado através da sondagem, e de posse dos dados opta-se pela fundação mais adequada. Com isso, se evitará possíveis patologias advindas do solo, bem como são realizados cálculos de possíveis recalques, evitando, desta forma, apresentar nas edificações problemas de patologias como as rachaduras e inclinações. Portanto, o presente trabalho tem como seu principal objetivo a análise e a definição das principais causas das patologias de fundações encontradas no Bloco da Biodiversidade bem como propor uma solução para os problemas encontrados. A justificativa para o estudo das patologias é devido à necessidade da realização de obras de qualidade, a fim de se obter fundações com melhores desempenhos e minimizar gastos com os reparos das patologias. 1. FUNDAMENTAÇÃO DO ESTUDO DAS PATOLOGIAS Segundo Milititsky et al. [1] a fundação é o elemento de transição entre a estrutura e o solo, então seu comportamento depende do tipo de carregamento a que o solo está submetido. Esse comportamento pode modificar-se por inúmeros motivos, como os decorrentes do projeto - que envolve o conhecimento minucioso do solo - os 1

2 procedimentos construtivos e, por fim, os efeitos de acontecimentos pós-implantação. Todas essas modificações podem resulttar em patologias, e suas origens serão discutidas a seguir Origens das patologias A classificação dos problemas patológicos pode ser conforme a origem dos mesmos, de acordo com as etapas de análise de projeto, execução, evento pós-conclusão da fundação ou obra, degradação dos materiais e também deficiência na investigação geotécnica (MILITITSKY et al., [1]) Investigação do subsolo Segundo Milititsky et al. [1], A causa mais freqüente de patologias em fundações é devido à investigação do subsolo. Como o solo é o meio que vai resistir às cargas, sua identificação e a caracterização de seu comportamento são primordiais à solução de qualquer problema. O programa mais utilizado e difundido no Brasil como conhecimento inicial do solo é o SPT (ABNT NBR 6484, [2]) Ausência de Investigação do Subsolo ou Investigação insuficiente Logeais [3], em um estudo sobre patologias nas fundações na França, constatou que em cerca de 80% das situações de mau desempenho das fundações em edificações pequenas e médias, a falta total de investigação é o principal motivo da escolha da solução inadequada ao solo onde vão ser executadas. Típico de obras de pequeno e médio porte, em geral por motivos econômicos, a ausência de investigação do subsolo é inaceitável Ausência de ensaios laboratoriais dos solos De acordo com a NBR 6122 [4] para fins de projeto e execução de fundações, as investigações do terreno de fundações constituído por solo, rocha, mistura de ambos ou rejeitos compreendem as investigações de campo e também as de laboratório. Ainda segundo a norma, estes ensaios tem o objetivo de determinar as características do terreno de fundação, por meio de amostras representativas, obtidas nas sondagens de reconhecimento, nos poços ou trincheiras de inspeção na fase de projeto ou execução da obra. São executados, entre outros, os ensaios de caracterização, resistência, deformabilidade, permeabilidade, colapsibilidade e expansibilidade Casos especiais - Colapsibilidade Conforme Duran [5] os solos colapsíveis são solos não saturados nos quais se produz um rearranjo das partículas e uma grande variação de volume (perda) por ação da umidade com ou sem o efeito de cargas. Os solos colapsíveis dificultam a construção de fundações, pois são muito instáveis. - Lençol Freático Aflorado Segundo Müller [6], os aqüíferos se encontram em variadas profundidades, dependendo do local e topografia. Quando são rasos, podem interferir nas obras que são executadas abaixo da superfície como na realização das fundações, subsolos, túneis, entre outras. Ainda segundo Müller [6], em todo projeto de obra subterrânea é de suma importância o conhecimento do tipo de solo e do nível do lençol freático. Existe a preocupação com as interferências que a água pode causar durante e após o termino da obra. Então, é fundamental um estudo detalhado para adequar o projeto a obra utilizando recursos de rebaixamento do lençol freático quando necessário Análise e projeto Schnaid et al. [7] alega que um projeto de fundações é calculado seguindo as solicitações do projeto e a adoção de um modelo de subsolo que é escolhido de acordo com os ensaios de caracterização do subsolo. Após o levantamento 2

3 de todas as informações, faz-se um estudo de como este solo se comportará quando sujeito à ação das cargas e á transmissão dos esforços ao solo. Alguns dos problemas que surgem nessa fase na fundação são os seguintes: Problemas envolvendo o comportamento do solo, conforme Milititsky et al. [1]: - Adoção de perfil de projeto onde ocorre a superestimativa do comportamento das fundações, sem a devida caracterização de todas as possíveis situações do subsolo, como a localização de camadas menos resistentes ou compressíveis e nível freático; - Representação inadequada do comportamento do solo por meio do uso de correlações empíricas ou semiempíricas não aplicáveis à situação escolhida; - Adoção de fundações inadequadas frente ao comportamento especial de cada solo: estacas escavadas sem nenhum cuidado especial em solos instáveis ou na presença de água Problemas envolvendo os mecanismos de interação solo-estrutura al. [1]: Segue-se exemplos das patologias mais comuns relacionadas à interação solo-estrutura segundo Milititsky et - Quando uma fundação transfere carga ao solo e essa transferência é considerada isolada, porém quando existe outra solicitação vizinha altera as tensões na massa do solo. A sobreposição dos esforços pode ser originada durante a execução da edificação ou gerada pela implantação posterior da edificação junto à estrutura já existente; - Fundação direta adjacente à escavação reaterrada, submetida a esforços horizontais; 1.4 Execução O sucesso das fundações depende não somente de uma correta caracterização do subsolo, de cálculo e projeto corretos da solução proposta, mas também depende de especificações detalhadas e concisas dos procedimentos e materiais a serem utilizados, o uso de processos construtivos conformes e executados por profissionais experientes e equipamentos em bom estado acompanhados de supervisão e controle rigoroso (MILITITSKY et al. [1]) Problemas envolvendo o solo: I construção de elementos estruturais assente em solos de comportamento distinto, Esse fato ocorre em situações em que foi executado corte e aterro e as fundações foram constituídas na mesma cota, ou quando há variação da profundidade da camada resistente (MILITITSKY et al. [1]); II ausência de impermeabilização ou impermeabilização ineficaz das fundações, A NBR 9575, [8] descreve que a impermeabilização é o resultado de um conjunto de componentes e serviços, e seu objetivo é proteger as construções contra a ação deletéria dos fluidos, de vapores e da umidade. E conforme Picchi (1986, apud RIGHI [9]) a impermeabilização é considerada um serviço especializado, então necessita de uma razoável experiência, e mesmo pequenas falhas podem comprometer todo o serviço. Trincas horizontais surgem na base das paredes onde geralmente a impermeabilização da fundação foi mal realizada. Desta forma, os componentes da alvenaria, os quais estão diretamente em contato com o solo, absorvem umidade, ocorrendo movimentações diferenciadas em relação às fiadas acima. Este tipo de trinca geralmente vem acompanhado por eflorescências, o que auxilia o seu diagnóstico Thomaz (1997, apud SOUZA, [10]) Problemas envolvendo elementos estruturais da fundação Seguem, de acordo com Milititsky et al. [1], os principais problemas envolvendo elementos estruturais da fundação: 3

4 I resistência insuficiente do concreto em situações que o concreto apresenta resistência inferior à especificada no projeto; II presença de água durante a concretagem, reduzindo a integridade e a qualidade da peça a ser implantada; III adensamento deficiente e vibração inadequada do concreto; IV juntas de dilatação mal executadas Eventos pós-conclusão da fundação São casos em que ao final da construção as fundações apresentam comportamento adequado, mas devido aos eventos pós-conclusão aparecem patologias no correto desempenho das fundações chegando até a colocar em risco a estabilidade da estrutura (MILITITSKY et al., [1]) Carregamento próprio da superestrutura: Ainda de acordo com Milititsky et al. [1], mudanças significativas no carregamento da estrutura podem gerar patologias nas fundações, causando instabilidade da edificação, Segue alguns exemplos: I alteração no uso da edificação, ao se modificar o uso da estrutura as solicitações também se modificam e este aumento excessivo de cargas, pode levar ao surgimento de patologias; II ampliações e modificações não previstas no projeto original Movimento da massa de solo decorrente de fatores externos (MILITITSKY et al., [1]): I alteração de uso de terrenos vizinhos. II execuções de grandes escavações próximas a construções. III oscilações não previstas do nível de água. IV rebaixamento do nível de água Degradação dos materiais Milititsky et al., [1] dizem que é na fase de estudos dos solos que devem ser identificados os componentes agressivos e contaminantes, de modo que seja encontrada uma solução para o problema antes da implantação da fundação. As características principais que devem ser verificadas em um ambiente agressivo são teor de sulfato, teor de cloreto e o ph do solo. Aterros de resíduos industriais, depósitos de elementos agressivos, entre outros devem ser estudados e avaliados os seus efeitos ao longo do tempo a fim de se evitar problemas futuros. 2. O ESTUDO DE CASO O Bloco da Biodiversidade é localizado no campus da Universidade Federal de Mato Grosso em Cuiabá/MT, Brasil. Para a correta descrição do estudo de caso, foi necessária a utilização de alguns materiais, tais como o trado concha, este utilizado para a realização da sondagem manual e equipamentos de laboratório, utilizados para a execução dos ensaios das amostras. Também foram utilizados os registros fotográficos, que servem para ilustrar as patologias encontradas, projetos de drenagem, de cobertura e de fundações do Bloco da Biodiversidade, para a verificação das origens das patologias. Foram realizadas diversas entrevistas com o supervisor de obras da Pró-Reitoria de Planejamento da UFMT - PROPLAN, e por meio delas foram dirimidas algumas dúvidas sobre a execução da obra e, por último, a realização de ensaios de acordo com as normas vigentes. 4

5 Após a realização dos ensaios de campo e de laboratório e após todas as visitas realizadas ao Bloco da Biodiversidade, foi possível listar as patologias, bem como as respectivas fases construtivas de origem e possíveis soluções para os problemas encontrados. Conforme foi constatado, através de uma entrevista com o supervisor de obras da PROPLAN, não foi realizado nenhum tipo de sondagem no Bloco da Biodiversidade. Então, foram utilizadas sondagens de outros locais do campus da UFMT. Este problema acarretou danos ao Bloco e é considerada uma patologia das fundações. A sua origem está na fase de investigação do subsolo. De acordo com a sondagem a trado manual, realizada no Bloco da Biodiversidade (Tabela 1), o nível da água se encontra a 1,5 metros do nível do terreno, e pode ser visualizado na figura 1. Tabela 1: Resumo da Sondagem a Trado Manual. Fonte: As autoras. Profundidade (m) Tipo de solo Coloração 0-0,5 Aterro vermelho 0,50-1,50 solo natural amarelo 1,50-1,60 Solo natural + Lençol freático amarelo Figura 1: Foto do nível d água a 1,5 metros da superfície. Fonte: As autoras Em todo projeto de obra subterrânea é fundamental o conhecimento do tipo de solo e do nível do lençol freático, então como solução é sugerido o rebaixamento do lençol freático. Porém é de fundamental importancia um estudo detalhado para adequar o projeto à obra, utilizando o método mais adequado para a realização do rebaixamento, pois, ao rebaixar o lençol os espaços antes ocupados pela água, ficariam vazios, e dependendo do carregamento a que é solicitado, o solo pode gerar um recalque, e até mesmo prejudicar construções vizinhas. Em uma conversa com o supervisor de obras da PROPLAN, ele afirmou que não foi elaborado um projeto de terraplenagem para o Bloco da Biodiversidade. Sendo a terraplenagem, então, executada como aditivo a obra, e conforme constatado, no furo de sondagem a trado manual, possui apenas, 50 centímetros de altura. Como consequência, a edificação possui cota inferior ás demais adjacentes, e quando chove a água se concentra na região posterior do Bloco, fazendo com que haja inundação (Figura 2). Sendo esta considerada uma patologia de fundações, sua origem está localizada na fase de análise e projeto. Figura 2: Inundação da região posterior do Bloco. Fonte: As autoras 5

6 Após ensaio de permeabilidade, normatizado pela NBR 14545/2000, o coeficiente obtido no laboratório foi de 2,87x10-5 cm/s, mostrando que o solo natural é de baixa permeabilidade. Adicionando-se a isso o fato de a drenagem superficial ser insuficiente e não possuir manutenção regular (Figura 3), fica claro o motivo do acúmulo de água na superfície. Figura 3: Sistema de drenagem existente. Fonte: As autoras Outras patologias podem aparecer quando as oscilações do nível de água não são levadas em conta no projeto, pois maiores solicitações podem prejudicar a estabilidade de solo, tendo como conseqüência o rompimento de contrapisos e inundação. Esse problema acontece bastante em locais que não apresentam registro do nível de água nas sondagens, ele é registrado abaixo das fundações ou acontecem significativas variações, ao longo das estações de chuva e seca, não detectáveis pelo programa de investigação. Após a observação in loco, verificou-se a insuficiência (ou até ausência) de impermeabilização das fundações, pois a água do lençol freático ascende por capilaridade até as fundações e não encontra barreiras, então prossegue em direção ao piso e a alvenaria (Figura 4), o que gera danos estéticos na edificação. A origem da patologia é proveniente da fase de execução das fundações. As soluções encontradas para esta patologia são apenas corretivas, então é sugerido aumentar a estanqueidade dos pisos e das paredes com a utilização de materiais impermeabilizantes, como as argamassas poliméricas. Figura 4: Consequências da alta umidade nas paredes. Fonte: As autoras Um tipo de trinca muito comum, causada pela variação da umidade proveniente das fundações, são as trincas horizontais na base das paredes (Figura 5). Assim sendo, a alvenaria, que está diretamente ligada ao solo, absorve umidade, e apresenta diferentes variações em comparação às fiadas acima, onde estas estão absorvendo calor, proveniente do Sol, e então sofrem a perda de água por evaporação, comprovando mais uma vez a impermeabilização ineficaz das fundações da edificação em questão. 6

7 Figura 5: Trincas derivadas da variação de umidade. Fonte: Os autores Conforme foi constado durante uma conversa com o Supervisor de Obras da PROPLAN, não foi feito uma análise do solo natural, em laboratório, para a elaboração do projeto de fundações do Bloco da Biodiversidade. Esta patologia tem sua origem na fase de investigação do subsolo e não contempla soluções, já que a obra já foi finalizada. Ao fazer a análise granulométrica do solo natural (figura 6), se pode concluir que o solo em questão é considerado areia fina (ø de 0,075 a 0,042 mm) com alto teor de argila. Figura 6: Solo Natural. Fonte: Os autores Os ensaios de Limite de Liquidez e Limite de Plasticidade têm os valores 24,9 e 11,59 respectivamente e o IP de 13, 31. Com base no ensaio de Compactação, pode-se constatar que a umidade ótima do solo natural é a de 10,2% e a densidade é de 1,974 Kg/dm³. Já no ensaio de CBR, constatou-se que o solo em questão tem 1,67 mm de expansão, então não é considerado um solo expansivo. O ISC, obtido pelo ensaio de Penetração, é de 4,28%, sendo este muito próximo de mínimo permitido. Então, conforme constatado por meio dos ensaios o solo de estudo, que faz parte da formação do Rio Coxipó, é um solo areno-argiloso composto quase em sua maioria por metaconglomerados, porém se encontra em situação de extrema umidade. E de acordo com os dados levantados, o tipo de solo não causa patologias como expansão ou colapso e possui características aceitáveis para o uso somado ao fato de que o Bloco da Biodiversidade não apresentou recalque. CONCLUSÕES E SUGESTÕES Conforme citado nos resultados, as patologias das fundações provenientes da fase de investigação do subsolo têm sua origem na ausência de sondagem e desconhecimento do tipo de solo, as advindas da fase de análise e projeto é ausência de projeto de terraplenagem. A patologia originada na fase de execução é a impermeabilização ineficaz da fundação e a proveniente da fase pós-conclusão das fundações é a oscilação não prevista do nível de água. Segundo o levantamento realizado as patologias constatadas no Bloco da Biodiversidade são provenientes das fundações e dentre elas 40% são oriundas da fase de investigação do subsolo, 20% proveniente da fase de análise e projeto, 20% referentes à execução das fundações e 20% advindas de eventos pós-conclusão das fundações. A ausência de sondagem foi o primeiro, e talvez o mais relevante, erro de projeto, pois privou o projetista de informações essenciais, como a identificação prévia do nível d água. Outro problema inicial foi a ausência de projeto de 7

8 terraplenagem, caso este existisse evitaria que a água da chuva dos blocos vizinhos fosse depositada no Bloco da Biodiversidade, pois assim, eles estariam no mesmo nível, e a água infiltraria por igual em todos os blocos. Como consequência de não levar em conta a oscilação do lençol freático ao longo do ano, a impermeabilização das fundações foi realizada de forma inadequada, ou se houve, sequer a preocupação em executá-la. Essa impermeabilização defeituosa gera ascensão de umidade nas paredes e consequentemente surgem manifestações patológicas, como as fissuras, provenientes dessa variação, e o surgimento de mofo e bolor nas paredes. Com isso fica nítida a necessidade de se impermeabilizar adequadamente, para obter-se uma obra durável e de qualidade. Outro causador do surgimento de fissuras, mofo e bolor é o acumulo de água pluvial na parte posterior do bloco. Este acúmulo é devido a um projeto de drenagem ineficaz. Após o estudo, é sugerido que as Prefeituras e Universidades, não autorizem obras sem que todos os projetos, ensaios e sondagens sejam devidamente realizados, seguindo as normas a risca, para evitar que problemas como os encontrados no Bloco da Biodiversidade se repitam. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Milititsky, J., Consoli, N. C., Schnaid, F. Patologia das Fundações, Oficina de Textos, São Paulo, SP. 2008, 208 pág. [2] ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). NBR 6484: Solo Sondagens de Simples Reconhecimento com SPT Método de ensaio. Rio de Janeiro, RJ. Volume 1, 2001, 17 pág. [3] Logeais, L. La Pathologie des Fondations, Paris, Edition Du Moniteur. 1982, 158 pág. [4] ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). NBR 6122: Projeto e Execução de Fundações. Rio de Janeiro, RJ. Volume 1, 2010, 33 pág. [5] Duran, D. Ensayo de Colapso. Investigados Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas e Mitigación de Desastres (CISMID). Peru. 1992, 38 pág. [6] Müller, M. C. N. Rebaixamento de Lençol Freático: Indicações, Métodos e Impactos Decorrentes. São Paulo, SP. 2004, 74 pág. [7] Schnaid, F., Milititsky, J., Consoli, N. C. Patologia das Fundações Oficina de Textos. São Paulo, SP. 2005, 191 pág. [8] ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). NBR 9575: Impermeabilização Seleção e Projeto, Rio de Janeiro, RJ. 2010, 14 pág. [9] RIGHI, G. V., Estudo dos sistemas de impermeabilização: patologias, prevenções e correções análise de casos, Dissertação de mestrado (UFSM). Santa Maria, RS. 2009, 94 pág. [10] Souza, M. F. Patologias Ocasionadas pela Umidade nas Edificações. Tese para especialização em Construção Civil, UFMG, Belo Horizonte, BH. 2008, 54 pág. 8