Notas de aula prática de Mecânica dos Solos II (parte 7)

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1 1 Notas de aula prática de Mecânica dos Solos II (parte 7) Hélio Marcos Fernandes Viana Tema: Apresentação comentada do artigo intitulado: Considerações sobre a influência recíproca de fundações de prédios vizinhos em regiões de argila mole Autores do artigo: Jocélio C. Mendoça; Joselay H. C. Reis; e Nelson Aoki. Apresentação e comentários por: Helio Marcos Fernandes Viana Conteúdo da aula prática 1 Importância do artigo para Mecânica dos solos II e classe do artigo 2 Introdução 3 Caracterização do problema 4 Análise da construção do edifício em estudo considerando-se sua construção isolada (ou sem edifícios vizinhos) 5 Conclusões 6 Considerações finais

2 2 1 Importância do artigo para Mecânica dos solos II e classe do artigo O artigo de Mendonça et al. (1998) apresenta um enfoque prático dos seguintes temas: - Recalque de estruturas; - Sobreposição de bulbos de tensão; e - Adensamento de argila mole. O artigo em que será apresentado e comentado é classificado como artigo publicado em anais de congresso nacional (XI COBRAMSEG - CONGRESSO BRASILEIRO DE MECÂNICA DOS SOLOS E ENGENHARIA GEOTÉCNICA). 2 Introdução 1. O (primeira) parte da introdução O meio técnico tem se esforçado no sentido de corrigir ou atenuar: i) Os recalques diferenciais entre fundações de edifícios; e ii) As inclinações de edifícios com fundações rasas, que são apoiadas em solos de perfis geológicos (ou geotécnicos) com solos adensáveis (ou compressíveis). OBS(s). a) De acordo com Bueno et al. (1985), fundações rasas são fundações onde: D B em que: D = profundidade ou cota de apôio da fundação (m); e B = largura ou menor dimensão da fundação (m). b) Fundações rasas são: sapatas, blocos e radiers; e o tema fundações rasas será abordado na disciplina Fundações; e c) Recalques diferenciais são os afundamentos diferenciados em termos de deslocamentos, que ocorrem entre as fundações dos edifícios. Tanto os recalques diferenciais de fundações como as inclinações dos edifícios podem: a) Causar a má funcionalidade do edifício; por exemplo: mau funcionamento dos caixilhos de portas e janelas; b) Comprometer a estabilidade global (ou total) do edifício; pois podem surgir grandes forças excêntricas e causar o colapso ou desmoronamento do edifício; c) Provocar danos arquitetônicos ao edifício; por exemplo: trincamento de pisos, trincamento de paredes, etc; e d) Causar refluxo (ou fluxo contrário) nas redes de esgotos do edifício. 2

3 3 OBS(s). i) A estabilidade global de um edifício está relacionada à rigidez da estrutura como um todo; podemos considerar que uma estrutura é suficiente rígida quando obedece a critérios, os quais implicam em pequenos deslocamentos da estrutura e não afetam a segurança dos pilares. ii) Maiores detalhes sobre estabilidade global de edifícios consulte Botelho e Marchetti (2004) página o (segunda) parte da introdução: Tanto os recalques diferenciais de fundações como as inclinações de edifícios ocorreram em edifícios construídos na orla (ou borda) marítima de Santos - SP entre o final da década de 1940 e o final da década de A pesar do alerta dos projetistas, na orla (ou borda) marítima de Santos - SP foram construídos vários edifícios altos apoiados sobre sapatas (fundação rasa); Lá foram construídos edifícios de até 18 andares. Os altos carregamentos distribuídos pelas sapatas dos edifícios da orla marítima de Santos - SP foram aplicados em um solo estratificado (ou composto por camadas); Assim sendo, mesmo as sapatas sendo apoiadas sobre uma areia fina compacta de elevado SPT (30 a 40), tal fato não impediu que as tensões geradas pelas sapatas alcançassem a camada profunda de argila muito compressível, a qual sofreu adensamento e gerou recalques diferenciais e inclinações nos edifícios. Sabe-se que o adensamento da camada de argila causa recalques diferenciais e inclinações de edifícios, principalmente, quando há superposição de bulbos de tensões entre edifícios vizinhos. O fenômeno de superposição dos bulbos de tensões causado por edifícios vizinhos aumenta as tensões que chegam a camada de argila, o que causa maior adensamento da camada de argila e maiores recalques e inclinações dos edifícios. O fenômeno superposição dos bulbos de tensões ocorreu nos edifícios da orla marítima de Santos - SP. O fato de não se utilizar fundações profundas nos edifícios de Santos - SP, foi justificado na época da construção dos mesmos pelos seguintes motivos: a) Não existia, na época, no Brasil, a tecnologia em fundação profunda para resolver o problema das construções de edifícios em Santos - SP; e b) Quando o Brasil passou a possuir a tecnologia em fundação profunda para resolver o problema da construção de edifícios em Santos - SP; Então, não se optou pela fundação profunda devido ao alto custo da mesma. A principal consequência da utilização de sapatas ou fundações rasas nos edifícios da orla de Santos - SP foi a visível inclinação da maioria dos edifícios construídos, mesmo sendo as fundações apoiadas sobre uma areia compacta (com SPT entre 30 a 40).

4 4 3. o (terceira) parte da introdução: Bem, o edifício estudado no artigo é um edifício de 17 andares, que utiliza sapatas apoiadas sobre uma areia compacta localizada na orla marítima de Santos - SP. O edifício considerado no estudo foi construído em 1969, e em 1994 apresentava um recalque máximo de 50 cm e uma inclinação máxima de quase 2 m. Convém destacar que os recalques do edifício em estudo foram acompanhados ao longo dos anos. Destaca-se também que o artigo enfatiza: a importância de edifícios vizinhos, e mostra como a direção da inclinação e o tamanho (ou magnitude) da inclinação dependem dos edifícios vizinhos. 3 Caracterização do problema O edifício em estudo neste artigo foi concluído em 1969, e desde o período de sua ocupação pelos moradores já se observava os efeitos dos recalques e da inclinação do edifício. OBS. Como exemplo dos efeitos de recalques e da inclinação de edifícios, tem-se: a) Mau funcionamento dos caixilhos das portas e janelas. b) Inclinação do piso do estacionamento, a inclinação do piso do apartamento o que gera um desconforto visual para os usuários, e o fluxo contrário (ou refluxo) das redes de esgoto. A Figura 3.1 mostra um esquema, em planta, do edifício em estudo e os outros edifícios em sua vizinhança (fora de escala). Figura Um esquema, em planta, do edifício em estudo e os outros edifícios em sua vizinhança (fora de escala)

5 5 A Figura 3.2 mostra uma foto do conjunto de edifícios, e indica a magnitude (ou tamanho) do desaprumo do edifício em estudo a partir de uma visada tomada da praia, conforme o esquema, em planta, apresentado na Figura 3.1. Figura Foto do conjunto de edifícios e a magnitude (ou tamanho) do desaprumo do edifício em estudo a partir de uma visada tomada da praia

6 6 3.1 O subsolo ou o perfil geológico (ou geotécnico) ao longo da orla (ou borda) marítima da Santos - SP A Figura 3.3 mostra o perfil geológico (ou geotécnico) sintético (ou resumido) ao longo da orla (ou borda) marítima de Santos - SP. Pode-se observar no perfil geológico (ou geotécnico) sintético (ou resumido) da Figura 3.3 que: a) Ao longo da Avenida Bartolomeu de Gusmão existe uma camada de areia fina que varia de 7 a 12 m; b) Logo abaixo da camada de areia fina existe uma camada de argila marinha compressível; e c) Existe alternância das camadas de areia fina e argila até alcançar o maciço rochoso de gnaisse a uma profundidade em torno de 65 m. Figura Perfil geológico (ou geotécnico) sintético (ou resumido) ao longo da orla (ou borda) marítima de Santos - SP

7 7 OBS(s). i) Perfil geológico sintético (ou resumido) é o perfil geológico que apresenta um estudo de sondagem em grandes proporções, e envolve grades comprimentos horizontais; e ii) Argilas marinhas são argilas formadas em águas salgadas ou com alto teor de salinidade, e que apresentam uma estrutura floculada aberta (como ilustra a Figura 3.4; Fonte: Pinto, 2006). Figura Esquema da estrutura floculada aberta das argilas marinhas (Fonte: Pinto, 2006) A Tabela 3.1 mostra de forma simplificada o laudo (ou registro de estudo) da sondagem, ou perfil geológico (ou geotécnico) local, que foi obtido exatamente no terreno onde foi construído o edifício analisado.

8 8 Tabela Perfil geológico (ou geotécnico) local, que foi obtido exatamente no terreno onde foi construído o edifício analisado 3.2 Comportamento observado no edifício em estudo O desaprumo do edifício devido à deformação não uniforme do solo (ou maciço suporte), até o momento (1998) não tem causado danos de importância (ou gravidade). Nem o elevador do edifício tem apresentado problemas em seu funcionamento. O bom desempenho do edifício pode ser justificado pelos seguintes motivos: a) O edifício tem se comportado como bloco rígido de altura constante, como ilustra a Figura 3.5; b) A rotação imposta ao edifício (ou bloco rígido) é previamente absorvida pela camada de areia fina compactada, e então transferida a cada sapata; Assim sendo, apenas pequenos esforços seriam acrescidos ao sistema estrutural do edifício (fundações e estruturas); e

9 9 c) No caso deste edifício, o processo lento de adensamento da argila mole é compatível com o comportamento reológico (ou mecânico) do concreto, o qual absorveu as deformações causadas pelo adensamento sem ruptura das peças estruturais. Figura Comportamento do edifício em estudo, ou seja, comportado de bloco rígido de altura constante, o qual sofre recalque diferencial e distorção OBS. O recalque do edifício em estudo na orla marítima de Santos - SP é comandado pela deformação da argila marinha, que está situada a uma profundidade igual ou superior a 6 m da cota de apoio das sapatas. 3.3 Recalques medidos em campo A Figura 3.6 mostra as curvas de iso-recalques obtidas a partir dos recalques medidos em campo no edifício em estudo. OBS. Iso-recalques significa recalques de mesmo valor. Com base na Figura 3.6, pode-se observar que o edifício tende a inclinar-se na direção do vértice superior esquerdo, onde os recalques são maiores, ou seja, a inclinação do edifício em estudo é no sentido do interior do grupo de edifícios, que foi mostrado no esquema em planta da Figura 3.1.

10 10 Figura As curvas de iso-recalques obtidas a partir dos recalques medidos em campo no edifício em estudo (medidas em cm)

11 11 Comentário: O fato do edifício em estudo se inclinar, ou apresentar maiores recalques na direção do centro do grupo de edifícios pode ser explicado pela superposição dos bulbos de tensões dos edifícios vizinhos, cujas tensões mais altas encontram-se na vertical que passa pelo centro do bulbo de tensões formado pela superposição dos bulbos de tensões dos edifícios vizinhos, como ilustra a Figura 3.7. Figura Bulbo de tensões formado pela superposição dos bulbos de tensões B1 e B2, e tensão máxima que atua na parte central do bulbo de tensão B3 4 Análise da construção do edifício em estudo considerando-se sua construção isolada (ou sem edifícios vizinhos) A Figura 4.1 mostra as curvas de iso-recalques, que foram obtidas através de um modelo, o qual considera a construção isolada do edifício em estudo, ou seja, uma construção sem nenhum edifício vizinho.

12 12 Pode-se observar na Figura 4.1 que os recalques dos pilares do edifício mostraram-se praticamente uniformes (ou iguais) tendo como referência os lados opostos dos pilares. Assim sendo, fica claro que o edifício em estudo não tende a se inclinar quando construído isoladamente. Figura Curvas de iso-recalques, que foram obtidas através de um modelo, o qual considera a construção isolada do edifício em estudo, ou seja, uma construção sem nenhum edifício vizinho

13 13 OBS. O modelo utilizado para simular a construção isolada do edifício em análise apresenta as seguintes características: i) O modelo realiza análises tridimensionais; ii) O modelo considera a estratificação, ou as diferentes camadas, de solo; iii) O modelo considera as diferentes características físicas das camadas de solo; iv) O modelo considera as deformações elásticas do solo; v) O adensamento do solo é levado em conta no modelo através de um módulo de elasticidade correspondente ao comportamento da argila compressível; e vi) Os parâmetros elásticos do solo foram obtidos por meio de correlações com os dados da sondagem realizada no local da obra. 5 Conclusões As principais conclusões obtidas a partir do artigo são as que se seguem: i) Do ponto de vista geotécnico as solicitações impostas por um grupo de edifícios adjacentes (ou próximos) assume uma importância no comportamento dos edifícios, os quais podem recalcar ou inclinar. ii) A magnitude do recalque máximo do edifício em estudo é de 49,1 cm, quando existe a influência de edifícios vizinhos; Porém, quando o edifício em estudo é construído isoladamente a magnitude do recalque máximo indicado pelo modelo é igual a 37,2 cm, ou seja, 11,9 cm menor. Assim sendo, fica comprovada a influência dos edifícios vizinhos no valor do recalque máximo do edifício em estudo. iii) Com base em um modelo tridimensional de análise de recalques, pode-se afirmar que é possível um edifício construído isoladamente apresentar recalques diferenciais significativos, porém não apresentar inclinações significativas (como mostra a Figura 4.1). OBS(s). a) De acordo com Bueno et al. (1985), tem-se que recalques diferenciais significativos, para causar danos arquitetônicos, são recalques tais que: L 300 em que: = recalque diferencial entre os pilares do edifício (cm); e L = distância entre os pilares (cm). (5.1) b) Entende-se por danos arquitetônicos: trincas nas paredes, trincas nos pisos, rupturas de painéis de vidro, etc.

14 14 6 Considerações finais Uma solução viável (ou boa) para construção em solos em que há argila mole é a construção de estacas apoiadas na rocha, e com uso de blocos de coroamento na transição estacas-pilar; Além do mais, é imprescindível realizar provas-de-carga com as estacas no local da obra para verificar a capacidade de carga das estacas e/ou do solo. Referências Bibliográficas BOTELHO, M. H. C.; MARCHETTI, O. Concreto armado eu te amo. Vol. 2. São Paulo - SP: Edgard Blücher Ltda, p BUENO, B. S.; LIMA, D. C.; RÖHM S. A. Capacidade de carga de fundações rasas. Viçosa - MG: Universidade Federal de Viçosa, p. MASSAD, F. Solos marinhos da baixada santista. São Paulo - SP: Oficina de Textos, p. MENDONÇA, J. C.; REIS, J. H. C.; AOKI N. Considerações sobre a influência recíproca de fundações de prédios vizinhos em regiões de argila mole. In: XI CONGRESSO BRASILEIRO DE MECÂNICA DOS SOLOS E ENGENHARIA GEOTECNICA, COBRAMSEG XI, 11., Vol. 3, 1998, Brasília, DF. Anais... Brasília, DF: Associação Brasileira de Mecânica dos Solos - ABMS, p PINTO, C. S. Curso básico de mecânica dos solos. 3. ed.. São Paulo - SP: Oficina de Textos, p.