Reabilitação e Reforço de Estruturas

Mestrado em Engenharia Civil 2011 / 2012 Reabilitação e Reforço de Estruturas Aula 19: Reforço de fundações. Paulo Lopes Pinto 0/75

Sumário 1. Tipos e materiais de fundação 2. Condicionantes 3. Patologias 4. Soluções de reforço 5. Casos de obra 1/75

1. Tipos e materiais de fundação Fundações antigas Alvenaria (pedra ou tijolo) Madeira (estacas cravadas) Aço (grelhas) Fundações recentes Betão armado (fundações directas e indirectas) Perfis metálicos (estacas cravadas) 3/75

1. Tipos e materiais de fundação Reabilitação e Reforço de Estruturas Alvenaria (pedra ou tijolo) Grelhas c/ perfis metálicos Betão armado 4/75

1. Tipos e materiais de fundação Fundações em alvenaria Fundação de pilares Fundação de paredes Fundação por arco apoiado em poços 5/75

1. Tipos e materiais de fundação Estacas de madeira Reabilitação e Reforço de Estruturas 6/75

1. Tipos e materiais de fundação Reabilitação e Reforço de Estruturas 7/75

1. Tipos e materiais de fundação Reabilitação e Reforço de Estruturas 8/75

Sumário 1. Tipos e materiais de fundação 2. Condicionantes Movimentos Capacidade de carga 3. Patologias 4. Soluções de reforço 5. Casos de obra 9/75

2. Condicionantes Movimentos Assentamentos Rotações Vibrações Capacidade de carga 10/75

2. Condicionantes Principais causas de danos em edifícios Solos moles 10% Outras 15% Obras sobre aterros mal compactados 25% Obras adjacentes a outras 10% Assentamentos diferenciais 20% Saturação 20% 11/75

2. Condicionantes Reabilitação e Reforço de Estruturas Estrutura com uma parte fundada sobre um aterro e outra sobre um solo natural Fissura Escavação Terreno natural Aterro 12/75

2. Condicionantes Reabilitação e Reforço de Estruturas Patologias em alvenarias devidas a assentamentos da fundação Fissuras devidas à deformação côncava Fissuras devidas à deformação convexa Fissuras devidas a assentamentos diferenciais 13/75

2. Condicionantes Tipos de movimentos L Assentamento uniforme s smin L a) b) Inclinação smax Assent. diferencial δ= s=smax-smin Assentamento não uniforme smin δ smax c) Distorção angular α= s/l= δ/l 14/75

2. Condicionantes Assentamento uniforme Palácio das Belas Artes na cidade do México. O edifício assentou mais 2 m do que a rua. A subsidiência geral desta parte da cidade é de 7 m (Lambe, 1979) 15/75

2. Condicionantes Inclinação 16/75

2. Condicionantes Ponte de Penacova 17/75

2. Condicionantes Movimentos admissíveis (Sowers, 1962) Reabilitação e Reforço de Estruturas Tipo de movimento Factor limitativo Assentamento máximo Assentamento total Drenagem Acessos Probabilidade de assentamentos diferenciais: - estruturas em paredes de alvenaria - estruturas em pórtico - chaminés, silos, ensoleiramentos 150 300 mm 300 600 mm 25 50 mm 50 100 mm 75 300 mm Inclinação Estabilidade em relação ao derrube Depende da altura (H) e da distância entre apoios (L) Rotação de chaminés, torres, etc. 0.004L Circulação de vagões 0.01L Empilhamento de materiais 0.01L Operação de máquinas de fiação de algodão 0.003L Operação de turbo-geradores 0.0002L Carris de gruas 0.003L Drenagem de pavimentos 0.01 0.02L Assentamento s diferenciais Muros de alvenaria Fábricas de cerâmica de 1 piso (fissuras) Fissuração de rebocos Estrutura em betão armado Estruturas com paredes de betão armado Estruturas contínuas em aço Estruturas em aço de 1 tramo. 0.0005 0,0001L 0.001 0.002L 0.001L 0.0025 0.004L 0.003L 0.002L 0.005L 18/75

2. Condicionantes Assentamento não uniforme Distorção angular α = δ / L 1/100 1/200 1/300 1/400 1/500 1/600 1/700 1/800 1/900 Limite para f issuração de paredes não resistentes Limite para problemas com pontes rolantes Limite para maquinaria sensível a assentamentos Limite para estruturas com contrav entamentos em diagonal Limite para f issuração de rev estimentos de edifícios Limite a partir do qual a inclinação de edifícios altos e rígidos se torna visível Fissuras de dimensões consideráv eis em paredes Limite de segurança para paredes f lexív eis de tijolos, h/l<1/4 Limite para danos estruturais em edifícios correntes 19/75

2. Condicionantes Capacidade de Carga Transcona (1913) 20/75

Reabilitação e Reforço de Estruturas 2. Condicionantes Rotura por falta de capacidade de carga 21/75

2. Condicionantes Código de Hamurabi (2200 AC) Reabilitação e Reforço de Estruturas 22/75

2. Condicionantes Código de Hamurabi (2200 AC) Reabilitação e Reforço de Estruturas A - Se o construtor de uma casa não a fizer sólida e a casa sofrer colapso e provocar a morte do cliente então o construtor será executado.... E Se o construtor de uma casa não a fizer com os necessários requisitos préviamente estabelecidos e uma parede cair o construtor deverá refazê-la ás suas expensas 23/75

Sumário 1. Tipos e materiais de fundação 2. Condicionantes 3. Patologias Manifestações Causas Diagnóstico 4. Soluções de reforço 5. Casos de obra 24/75

3. Patologias Manifestações Deterioração dos materiais das fundações Recobrimento das armaduras Corrosão das armaduras Esmagamento do betão Apodrecimento das estacas de madeira Corrosão das estacas metálicas 25/75

3. Patologias Como avaliar a perda de segurança? Reabilitação e Reforço de Estruturas 26/75

3. Patologias Manifestações Problemas com a obra Assentamentos e desaprumos Alvenarias fissuradas Danos estruturais etc Reabilitação e Reforço de Estruturas 27/75

3. Patologias Tipos de danos Arquitectónicos Fissuras em paredes e acabamentos Roturas de painéis de vidro O reforço é opcional Funcionais Reabilitação e Reforço de Estruturas Rotura de canalizações Mau funcionamento de portas e janelas Desgaste excessivo de calhas de elevadores O reforço depende do nível dos danos 28/75

3. Patologias Tipos de danos Estruturais Danos em vigas, pilares e lajes O reforço é sempre necessário Reabilitação e Reforço de Estruturas 29/75

3. Patologias Causas Ausência, insuficiência ou má qualidade das investigações geotécnicas Má interpretação das investigações geotécnicas Má avaliação das cargas Tensão admissível ou profundidade da fundação inadequadas Modelos de cálculo incorrectos Má execução Factores externos (escavações, deslizes, cheias, construções adjacentes, etc.) Alteração à estrutura original e/ou sua utilização 30/75

3. Patologias Diagnóstico Levantamento de danos, identificação de movimentos Execução de sondagens e/ou ensaios laboratoriais Inspecção visual através de poços Sondagens com recuperação de amostras (através da fundação) Controle da posição do nível freático Instrumentação da obra 31/75

3. Patologias Abertura de poço de inspecção Reabilitação e Reforço de Estruturas 32/75

3. Patologias Colocação de testemunhos de gesso Reabilitação e Reforço de Estruturas 33/75

3. Patologias Controle da abertura de fissuras Reabilitação e Reforço de Estruturas Fissurómetro 34/75

3. Patologias Controle dos movimentos da estrutura Reabilitação e Reforço de Estruturas Alvos topográficos Deflectómetros Inclinómetros Clinímetros Acelerómetros (vibrações) 35/75

Fissurómetros Reabilitação e Reforço de Estruturas 3. Patologias Alvos topográficos Fissurómetro e testemunho de gesso 36/75

3. Patologias Fissurómetros Clinímetro 37/75

Sumário 1. Tipos e materiais de fundação 2. Condicionantes 3. Patologias 4.Soluções de reforço Reparação ou reforço dos materiais Enrijecimento da estrutura Aumento da área de apoio Fundações indirectas (Estacas prensadas, microestacas, estacas convencionais) Fundações adicionais Reforço do solo (Jet-grout) 5. Casos de obra 38/75

4. Soluções de reforço Permanentes Temporárias Substituição da fundação Escoramentos auxiliares para a execução dos reforços 39/75

4. Soluções de reforço Escoramento auxiliar para a execução de reforço 40/75

4. Soluções de reforço Tipos de Soluções Reforço do terreno de fundação Injecções Jet-grout Reparação e/ou Reforço da fundação Injecção c/ caldas Alargamento da base / recalçamento Encamisamento Substituição Fundações indirectas Intervenção na estrutura Enrijecimento da estrutura 41/75

4. Soluções de reforço Injecção de compactação 42/75

4. Soluções de reforço Jet-grouting Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 43/75

4. Soluções de reforço Consolidação do material de fundação Reabilitação e Reforço de Estruturas Procede-se à injecção das alvenarias soltas ou desagregadas com caldas de cimento ou de resinas Materiais de injecção: caldas de cimento estabilizadas por bentonite ou cal, caldas de cimento especiais, caldas de silicato de potássio ou de sódio e resinas epoxídicas As pressões utilizadas são baixas (0,1 a 0,2 MPa) de modo a não danificar as alvenarias 44/75

4. Soluções de reforço Aumento da área de apoio Alargamento e recalce Confinamento lateral 45/75

4. Soluções de reforço Recalçamento da fundação Verificações a efectuar: 1. Determinação das cargas transmitidas à fundação 2. Avaliação da carga máxima que pode ser transmitida ao terreno 3. Determinação da área total, final de contacto solo/fundação, tendo em conta as cargas máximas admissíveis 4. Determinação da altura mínima do enchimento do recalçamento 5. No caso de se tratar de uma fundação de betão armado, as armaduras são dimensionadas pelo método das bielas - Cuidado com as ligações entre betões diferentes (betão de retracção controlada, juntas cuidadas) - Mobilização de toda a fundação 46/75

4. Soluções de reforço Fundações adicionais Objectivo: Reduzir a tensão transmitida ao terreno 47/75

4. Soluções de reforço Estacas Prensadas Estacas seccionais (0,5 a 1,0 m de comprimento) Colocadas com macacos hidráulicos 48/75

4. Soluções de reforço Estacas prensadas 49/75

4. Soluções de reforço Microestacas Tipos e execução Dimensionamento Ensaios de carga Casos de obra 50/75

4. Soluções de reforço Microestacas - Aplicações Redução/Eliminação de assentamentos Suporte de novas cargas em zonas congestionadas Suporte de escavações em zonas confinadas 51/75

4. Soluções de reforço Microestacas - Aplicações Resistência a cargas de tracção ou dinâmicas Reabilitação sísmica Recalce de fundações Estabilização de taludes 52/75

4. Soluções de reforço Microestacas 53/75

Microestacas de varão Reforço adicional para confinar o betão Cabeça de ancoragem Reforço de varão Cabeça de ancoragem Reforço adicional para confinar o betão Tubo corrugado Espaçador Espaçador Calda de cimento Conector Varão Dywidag (φ32 a φ62.5) GEWI PILE - Dywidag Sistems International

4. Soluções de reforço Sistemas de injecção A. Gravidade B. Pressão através do tubo C. Injecção Global e Única (IGU) - Feita a partir da cabeça da microestaca, com obturador simples D. Injecção Repetitiva e Selectiva (IRS) - É utilizado um tubo com válvulas-manchetes (TM) e obturador duplo - Apresenta maior resistência 57/75

4. Soluções de reforço Execução Varão, com IRS Tubo TM, com IRS 58/75

4. Soluções de reforço Execução 59/75

4. Soluções de reforço Disposição geométrica das microestacas Estacas verticais Estacas raiz 60/75

4. Soluções de reforço Reabilitação e Reforço de Estruturas Dimensionamento - Método de Bustamante T L D = τ π D = α s D d s L s D s = diâmetro da selagem L s = comprimento de selagem D d = diâmetro do furo Solo α Quantidades mínimas de calda IRS IGU aconselhada, V i Seixo Seixo arenoso Areia média Argila Marga ou calcário margoso 1,8 1,6 a 1,8 1,4 a 1,5 1,8 a 2,0 1,8 1,3 a 1,4 1,2 a 1,4 1,1 a 1,2 1,2 1,1 a 1,2 1,5 Vs 1,5 Vs 1,5 Vs 2,5 a 3 Vs para IRS e 1,5 a 2 Vs para IGU 1,5 a 2 Vs para camada compacta 61/75

4. Soluções de reforço Método de Bustamante Atrito lateral para argila e silte 62/75

4. Soluções de reforço Método de Bustamante Atrito lateral para areia e seixo 800 700 IRS IGU 600 τmax (kpa) 500 400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 120 140 N SPT 63/75

4. Soluções de reforço Método de Bustamante Atrito lateral para marga e calcário margoso 800 700 IRS IGU 600 τmax (kpa) 500 400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 N SPT 64/75

4. Soluções de reforço Método de Bustamante Atrito lateral para rocha alterada e fragmentada 1400 1200 IRS IGU 1000 τmax (kpa) 800 600 400 200 0 0 50 100 150 200 N SPT 65/75

4. Soluções de reforço Coeficientes de segurança Tipo de fundação injectada Duração da utilização Valor do coeficiente de segurança em serviço Tracção Compressão Ancoragem Provisória 1,8 - Definitiva 2,0 - Microestaca Provisória 2,0 1,8 Definitiva 2,2 2,0 T adm = TL FS 66/75

4. Soluções de reforço Ensaio de compressão 67/75

4. Soluções de reforço Ensaio de tracção 68/75

4. Soluções de reforço Ensaio de tracção 69/75

4. Soluções de reforço Esquemas de carregamento (FHWA) Ensaio de rotura Ensaio de verificação Carga de ensaio = FS * Carga de serviço Ensaio de recepção Carga de ensaio = 1.67 * Carga de serviço Ensaio de fluência 70/75

5. Casos de obra Fundação do Pilar da Ponte de S. João 72/75

5. Casos de obra Estacas tradicionais Estacas moldadas Estacas cravadas - Limitação: Dificuldade no acesso ao local 73/75

5. Casos de obra Enrijecimento da estrutura Travamento Viga de rigidez 74/75

Bibliografia 1. Appleton, J. (2003). Reabilitação de Edifícios Antigos Patologias e Tecnologias de Intervenção. Edições Orion. 2. Coelho, S.A. (1996). Tecnologia de Fundações. Edições E.P.G.E 3. Furtado, R. (2002). Os Acidentes nas Obras de Engenharia Civil e a sua Importância na Melhoria da Segurança e na Evolução dos Conhecimentos, VII Congresso Nacional de Geotecnia, Lisboa. 4. FHWA (2000). Micropile Design and Construction Guidelines 5. Gotlieb M. (1999). Reforço de Fundações, in Fundações Teoria e Prática, Ed. Pini, São Paulo, Brasil. 6. Konovalov, P.A. (1998). Bases and Foundations of Buildings under Reconstruction. Balkema. 7. Logeais, L. (1971). Pathologie des Fondations, Annalles de L Institut Technique du Batiment et de Travaux Publics, n. 280. 8. Logeais, L. (1971). Pathologie des Murs de Soutènement, Annalles de L Institut Technique du Batiment et de Travaux Publics, n. 285. 9. Hayward Baker - http://www.haywardbaker.com 10. Milititsky, J., Consoli, N., Schnaid, F. (2006). Patologia das Fundações. Oficina de Textos, Brasil 11.Xanthakos, P.P., Abramson, L.W., Bruce, D.A. (1994). Ground Control and Improvement. Wiley. 75/75