Reabilitação e Reforço de Estruturas

(1)

Mestrado em Engenharia Civil 2011 / 2012

Paulo Lopes Pinto

Aula 19: Reforço de fundações^.

(2)

1. Tipos e materiais de fundação 2. Condicionantes

3. Patologias

4. Soluções de reforço 5. Casos de obra

(3)

1. Tipos e materiais de fundação

2. Condicionantes 3. Patologias

(4)

• Fundações antigas

– Alvenaria (pedra ou tijolo) – Madeira (estacas cravadas) – Aço (grelhas)

• Fundações recentes

– Betão armado (fundações directas e indirectas) – Perfis metálicos (estacas cravadas)

– Perfis metálicos (estacas cravadas)

(5)

Alvenaria

(pedra ou tijolo) Grelhas c/ perfis metálicos

Betão armado

(6)

Fundações em alvenaria

• Fundação de pilares

• Fundação de paredes

• Fundação por arco apoiado em poços

(7)

Estacas de madeira

(8)

(9)

(10)

1. Tipos e materiais de fundação

2. Condicionantes

– Movimentos

– Capacidade de carga 3. Patologias

5. Casos de obra

(11)

• Movimentos

– Assentamentos – Rotações

– Vibrações

• Capacidade de carga

(12)

Principais causas de danos em edifícios

Obras sobre aterros mal compactados Solos moles 25%

10%

Outras 15%

Saturação Assentamentos 20%

diferenciais 20%

Obras adjacentes a outras

10%

(13)

Estrutura com uma parte fundada sobre um aterro e outra sobre um solo natural

Aterr o Escavação

Terreno natural Fissura

(14)

Patologias em alvenarias devidas a assentamentos da fundação

Fissuras devidas à deformação côncava

Fissuras devidas à deformação convexa

Fissuras devidas a

(15)

Tipos de movimentos

s sm in

smax L

a) b)

c)

smax

As sent. dife rencial δ=∆s=smax-smin

Distorção angular α=∆s/L=δ/L sm in

sm ax δ

Assentamento L

uniforme

Assentamento não uniforme

Inclinação

(16)

Assentamento uniforme

Palácio das Belas Artes na cidade do México.

(17)

Inclinação

(18)

Ponte de Penacova

(19)

Movimentos admissíveis (Sowers, 1962)

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 Inclinação Estabilidade em relação ao derrube

Rotação de chaminés, torres, etc.

Circulação de vagões Empilhamento de materiais

Operação de máquinas de fiação de algodão Operação de turbo-geradores

Carris de gruas

Drenagem de pavimentos

Depende da altura (H) e da distância entre apoios (L)

0.004L 0.01L 0.01L 0.003L 0.0002L

0.003L 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

(20)

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 maquinaria

Assentamento não uniforme

Limite para maquinaria sensível a assentamentos Limite para estruturas com contrav entamentos em diagonal

Limite para f issuração de rev estimentos de edifícios Limite para f issuração de paredes não resistentes

Limite para problemas com pontes rolantes

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

(21)

Capacidade de Carga

Transcona (1913)

(22)

Rotura por falta de capacidade de carga

(23)

Código de Hamurabi (2200 AC)

(24)

“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.

...

Código de Hamurabi (2200 AC)

...

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”

(25)

3. Patologias

– Manifestações – Causas

– Diagnóstico

4. Soluções de reforço 4. Soluções de reforço 5. Casos de obra

(26)

• Deterioração dos materiais das fundações

– Recobrimento das armaduras – Corrosão das armaduras

Manifestações

– Esmagamento do betão

– Apodrecimento das estacas de madeira – Corrosão das estacas metálicas

(27)

Como avaliar a perda de segurança?

(28)

Problemas com a obra

– Assentamentos e desaprumos – Alvenarias fissuradas

– Danos estruturais

Manifestações

– Danos estruturais – etc

(29)

Arquitectónicos

– Fissuras em paredes e acabamentos – Roturas de painéis de vidro

O reforço é opcional

Tipos de danos

Funcionais

– Rotura de canalizações

– Mau funcionamento de portas e janelas

– Desgaste excessivo de calhas de elevadores O reforço depende do nível dos danos

(30)

Estruturais

– Danos em vigas, pilares e lajes O reforço é sempre necessário

Tipos de danos

(31)

Causas

• Ausência, insuficiência ou má qualidade das investigações geotécnicas

• Má interpretação das investigações geotécnicas

• Má avaliação das cargas

• Tensão admissível ou profundidade da fundação

• 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

(32)

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 – Sondagens com recuperação de amostras (através da

fundação)

– Controle da posição do nível freático

• Instrumentação da obra

(33)

Abertura de poço de inspecção

(34)

(35)

Controle da abertura de fissuras

Fissurómetro

(36)

Controle dos movimentos da estrutura

• Alvos topográficos

• Deflectómetros

• Inclinómetros

• Clinímetros

• Acelerómetros (vibrações)

(37)

Alvos topográficos

Fissurómetro e testemunho de gesso

(38)

Clinímetro Fissurómetros

(39)

3. Patologias

4. Soluções de reforço

– Reparação ou reforço dos materiais – Enrijecimento da estrutura

– Aumento da área de apoio – Aumento da área de apoio

– Fundações indirectas (Estacas prensadas, microestacas, estacas convencionais)

– Fundações adicionais

– Reforço do solo (Jet-grout) 5. Casos de obra

(40)

• Permanentes

• Temporárias

• Substituição da fundação

• Escoramentos auxiliares para a execução dos reforços

reforços

(41)

Escoramento auxiliar para a execução de reforço

(42)

Tipos de Soluções

• Reforço do terreno de fundação

– Injecções – Jet-grout

• Reparação e/ou Reforço da fundação

– Injecção c/ caldas – Injecção c/ caldas

– Alargamento da base / recalçamento – Encamisamento

– Substituição

– Fundações indirectas

• Intervenção na estrutura

– Enrijecimento da estrutura

(43)

Injecção de compactação

(44)

Jet-grouting

Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3

(45)

Consolidação do material de fundação

• 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 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

(46)

Aumento da área de apoio

Alargamento e recalce

Confinamento lateral

(47)

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 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

(48)

Fundações adicionais

Objectivo: Reduzir a tensão transmitida ao terreno

(49)

Estacas Prensadas

• Estacas seccionais (0,5 a 1,0 m de comprimento)

• Colocadas com macacos hidráulicos

(50)

Estacas prensadas

(51)

Microestacas

• Tipos e execução

• Dimensionamento

• Ensaios de carga

• Casos de obra

(52)

Microestacas - Aplicações

Redução/Eliminação de assentamentos

Suporte de novas cargas em zonas congestionadas

Redução/Eliminação de assentamentos

(53)

Microestacas - Aplicações

Resistência a cargas de tracção ou dinâmicas

Reabilitação sísmica

dinâmicas

Recalce de fundações Estabilização de taludes

(54)

Microestacas

(55)

Microestacas

(56)

Microestacas

(57)

o betão

Cabeça de ancoragem

Tubo corrugado Cabeça de ancoragem

Reforço de varão

Reforço adicional para confinar o betão

Espaçador

Calda de cimento

Varão Dywidag (φ32 a φ62.5) Conector

Espaçador

(58)

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 - 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

(59)

Execução

Varão, com IRS Tubo TM, com IRS

(60)

Execução

(61)

Disposição geométrica das microestacas

• Estacas verticais

• Estacas “raiz”

(62)

D_s = diâmetro da selagem L_s = comprimento de selagem D_d = diâmetro do furo

Dimensionamento - Método de Bustamante

s s

L D L

T =τ ⋅π ⋅ ⋅

d

s D

D_s =α ⋅ _d

Solo α Quantidades mínimas de calda

aconselhada, V_i

IRS IGU

Seixo

Seixo arenoso Areia média Argila

1,8

1,6 a 1,8 1,4 a 1,5 1,8 a 2,0

1,3 a 1,4 1,2 a 1,4 1,1 a 1,2 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

(63)

Método de Bustamante

Atrito lateral para argila e silte

(64)

600 700 800

IRS IGU

Atrito lateral para areia e seixo

0 100 200 300 400 500

0 20 40 60 80 100 120 140

ττττmax (kPa)

(65)

Atrito lateral para marga e calcário margoso

600 700 800

IRS IGU

0 100 200 300 400 500

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

N_SPT

ττττmax (kPa)

(66)

Atrito lateral para rocha alterada e fragmentada

1000 1200 1400

IRS IGU

0 200 400 600 800

0 50 100 150 200

ττττmax (kPa)

(67)

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

FS T_adm = T^L

(68)

Ensaio de compressão

(69)

Ensaio de tracção

(70)

Ensaio de tracção

(71)

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

(72)

3. Patologias

4. Soluções de reforço

5. Casos de obra

(73)

Fundação do Pilar da Ponte de S. João

(74)

Estacas “tradicionais”

• Estacas moldadas

• Estacas cravadas

- Limitação: Dificuldade no acesso ao local

(75)

Enrijecimento da estrutura

Viga de rigidez

Travamento

(76)

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.