Desempenho de Fundações de Edifícios

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Desempenho de Fundações de Edifícios

Alexandre Duarte Gusmão Alexandre Duarte Gusmão

Escola Politécnica – Universidade de Pernambuco e CEFET/PE, Recife, Brasil Escola Politécnica – Universidade de Pernambuco e CEFET/PE, Recife, Brasil

RESUMO: O desempenho de uma edificação é governado pela interação entre a superestrutura, RESUMO: O desempenho de uma edificação é governado pela interação entre a superestrutura, infra-estrutura e terreno de fundação, em um complexo mecanismo denominado de interação infra-estrutura e terreno de fundação, em um complexo mecanismo denominado de interação solo-estrutura – ISE. Na prática, no entanto, esta interação é comumente desprezada, com os projetos de estrutura – ISE. Na prática, no entanto, esta interação é comumente desprezada, com os projetos de fundações e estrutural sendo desenvolvidos sem se levar em consideração tal mecanismo. O artigo fundações e estrutural sendo desenvolvidos sem se levar em consideração tal mecanismo. O artigo apresenta as principais técnicas de monitoramento de edifícios, bem como os efeitos da ISE no seu apresenta as principais técnicas de monitoramento de edifícios, bem como os efeitos da ISE no seu desempenho. Vários casos de prédios monitorados são apresentados. Conclui-se que tanto a ISE desempenho. Vários casos de prédios monitorados são apresentados. Conclui-se que tanto a ISE quanto monitoramento de recalques já podem ser incorporados à prática de projetos e controle quanto monitoramento de recalques já podem ser incorporados à prática de projetos e controle tecnológico da execução de

tecnológico da execução de edificações.edificações.

PALAVRAS-CHAVE: Recalques, Fundações, Monitoramento, Interação Solo-Estrutura. PALAVRAS-CHAVE: Recalques, Fundações, Monitoramento, Interação Solo-Estrutura.

1 INTRODUÇÃO

As modernas teorias de análise estrutural As modernas teorias de análise estrutural consideram as edificações como sendo consideram as edificações como sendo constituídas por três partes: (i) superestrutura, constituídas por três partes: (i) superestrutura, que corresponde à parte da edificação que será que corresponde à parte da edificação que será utilizada após a sua construção, e é constituída utilizada após a sua construção, e é constituída por

por paredes, paredes, lajes, lajes, vigas vigas e e pilares; pilares; (ii) (ii) infra- infra-estrutura, que é constituída pelos elementos que estrutura, que é constituída pelos elementos que transferem o carregamento da superestrutura transferem o carregamento da superestrutura para

para o o terreno terreno de de fundação fundação (sapatas, (sapatas, blocos,blocos, estacas e cintas); (iii) terreno de fundação, que estacas e cintas); (iii) terreno de fundação, que tem como objetivo absorver os esforços tem como objetivo absorver os esforços desenvolvidos na superestrutura (Fig. 1).

desenvolvidos na superestrutura (Fig. 1).

O desempenho de uma edificação é na O desempenho de uma edificação é na realidade governado pela interação entre estas realidade governado pela interação entre estas três partes, em um complexo mecanismo três partes, em um complexo mecanismo denominado de interação solo-estrutura – ISE. denominado de interação solo-estrutura – ISE. Na

Na prática, prática, no no entanto, entanto, esta esta interação interação éé comumente desprezada, com os projetos de comumente desprezada, com os projetos de fundações e estrutural sendo

fundações e estrutural sendo desenvolvidos semdesenvolvidos sem se levar em consideração tal mecanismo se levar em consideração tal mecanismo (Gusmão, 1990).

(Gusmão, 1990).

Em um projeto estrutural convencional de Em um projeto estrutural convencional de uma edificação, é normalmente assumida a uma edificação, é normalmente assumida a hipótese dos seus apoios serem indeslocáveis, hipótese dos seus apoios serem indeslocáveis, ou seja, não haver recalques. Em função disto, ou seja, não haver recalques. Em função disto, tanto o cálculo das cargas na fundação, como o tanto o cálculo das cargas na fundação, como o dimensionamento dos elementos estruturais são dimensionamento dos elementos estruturais são feitos com base nesta hipótese. Por outro lado, o feitos com base nesta hipótese. Por outro lado, o projeto

projeto de de fundações fundações convencional convencional éé desenvolvido levando-se em consideração desenvolvido levando-se em consideração apenas as cargas nos apoios (obtidas no projeto apenas as cargas nos apoios (obtidas no projeto

estrutural convencional), e as propriedades estrutural convencional), e as propriedades geotécnicas do terreno, desprezando-se o efeito geotécnicas do terreno, desprezando-se o efeito da rigidez da estrutura. Com isto, se cria um da rigidez da estrutura. Com isto, se cria um verdadeiro fosso entre o terreno da fundação e a verdadeiro fosso entre o terreno da fundação e a estrutura (Fig. 2).

estrutura (Fig. 2).

Também na prática pouco se tem

Também na prática pouco se tem monitoradomonitorado o desempenho das edificações, mas apenas o o desempenho das edificações, mas apenas o desempenho das suas partes, que não desempenho das suas partes, que não reproduzem necessariamente o comportamento reproduzem necessariamente o comportamento do “todo”, ou do “sistema” como afirma o Prof. do “todo”, ou do “sistema” como afirma o Prof. Nelson Aoki (Tabela

Nelson Aoki (Tabela 1).1).

Figura 1. Partes de uma edificação. Figura 1. Partes de uma edificação.

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V V11 VV22 VV33 VV44 V1 V1 VV22 VV33 VV44

?

S1 S1 SS22 SS33 SS44 PROJETO DA PROJETO DA SUPERESTRUTURA SUPERESTRUTURA PROJETO DAS PROJETO DAS FUNDAÇÕES FUNDAÇÕES INTERAÇÃO INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA SOLO-ESTRUTURA

Figura 2. Hipóteses básicas do projeto convencional. Figura 2. Hipóteses básicas do projeto convencional. Tabela 1. Monitoramento do desempenho das partes da Tabela 1. Monitoramento do desempenho das partes da edificação.

edificação. Parte

Parte Monitoramento Monitoramento / / EnsaiosEnsaios Superestrutura

Superestrutura

-Controle dos materiais (alvenarias, -Controle dos materiais (alvenarias, concreto, aço, etc)

concreto, aço, etc)

-Controle dos processos

construtivos (dimensões, prumos, construtivos (dimensões, prumos, etc) etc) Infra-Estrutura Infra-Estrutura -Ensaios de placa -Ensaios de placa

-Provas de carga em estacas -Provas de carga em estacas

-Controles de execução (negas, -Controles de execução (negas, repique elástico, etc)

repique elástico, etc) Terreno de Terreno de Fundação Fundação -Ensaios de laboratório -Ensaios de laboratório -Ensaios de campo -Ensaios de campo

Outro aspecto relevante, é que ninguém Outro aspecto relevante, é que ninguém “compra” as partes de uma edificação, mas o “compra” as partes de uma edificação, mas o seu todo, que na prática significa o seu seu todo, que na prática significa o seu desempenho (Fig. 3). É fundamental que desempenho (Fig. 3). É fundamental que também se faça o monitoramento do também se faça o monitoramento do desempenho da edificação, ou seja, medição de desempenho da edificação, ou seja, medição de cargas nos apoios e movimentos da fundação. cargas nos apoios e movimentos da fundação.

Este trabalho tem como objetivo apresentar Este trabalho tem como objetivo apresentar as principais técnicas de monitoramento de as principais técnicas de monitoramento de edificações, os efeitos da ISE no seu edificações, os efeitos da ISE no seu desempenho, e ainda vários exemplos de obras desempenho, e ainda vários exemplos de obras em diferentes condições de subsolo.

em diferentes condições de subsolo.

Figura 3. “Partes” versus “todo” de

Figura 3. “Partes” versus “todo” de uma edificação.uma edificação.

2

2 MONITORAMENTO MONITORAMENTO DE DE EDIFÍCIOSEDIFÍCIOS 2.1

2.1 Trabalhos Trabalhos mais mais RecentesRecentes

O número de trabalhos publicados na literatura O número de trabalhos publicados na literatura técnica sobre monitoramento de edifícios e ISE técnica sobre monitoramento de edifícios e ISE é muito pequeno se comparado com outros é muito pequeno se comparado com outros temas, tais como provas de carga, ensaios, etc. temas, tais como provas de carga, ensaios, etc. Para comprovar tal hipótese, foi feita uma Para comprovar tal hipótese, foi feita uma revisão bibliográfica nos principais eventos revisão bibliográfica nos principais eventos freqüentados pela comunidade geotécnica freqüentados pela comunidade geotécnica brasileira, e

brasileira, e na Revista na Revista Solos & Solos & Rochas. ForamRochas. Foram consideradas apenas as últimas edições dos consideradas apenas as últimas edições dos eventos (Tab. 2).

eventos (Tab. 2).

A Revista Solos & Rochas da ABMS, por A Revista Solos & Rochas da ABMS, por exemplo, em quase 30 anos só publicou 04 exemplo, em quase 30 anos só publicou 04 artigos sobre monitoramento de edifícios, o que artigos sobre monitoramento de edifícios, o que é muito pouco para a relevância do assunto. é muito pouco para a relevância do assunto.

Há ainda várias dissertações e teses Há ainda várias dissertações e teses desenvolvidas nas universidades brasileiras nos desenvolvidas nas universidades brasileiras nos últimos anos (Tabela 3). Certamente deve haver últimos anos (Tabela 3). Certamente deve haver outros trabalhos não pesquisados pelo autor. outros trabalhos não pesquisados pelo autor.

Tabela 2. Relação de trabalhos recentes sobre Tabela 2. Relação de trabalhos recentes sobre monitoramento de edificações e ISE em Periódicos e monitoramento de edificações e ISE em Periódicos e Eventos.

Eventos.

Periódico

Periódico / / Evento Evento No. No. de de TrabalhosTrabalhos Revista Solos & Rochas (1978 a

Revista Solos & Rochas (1978 a 2005)

2005)

04 04 Simpósio sobre ISE – São Carlos

Simpósio sobre ISE – São Carlos (2000)

(2000)

07 07 Simpósio sobre Edifícios da Orla

Simpósio sobre Edifícios da Orla de Santos – Santos (2003)

de Santos – Santos (2003) 0404

INFOGEO

INFOGEO – – Curitiba Curitiba (2001) (2001) 0101 INFOGEO – Belo Horizonte

INFOGEO – Belo Horizonte (2005)

(2005)

03 03 SEFE

SEFE – – São São Paulo Paulo (1996) (1996) -- --SEFE

SEFE – – São São Paulo Paulo (2000) (2000) 0707 SEFE

SEFE – – São São Paulo Paulo (2004) (2004) 0505 COBRAMSEG

COBRAMSEG – – Brasília Brasília (1998) (1998) 0303 COBRAMSEG – São Paulo

COBRAMSEG – São Paulo (2002)

(2002)

05 05 PCSMGE – Foz do Iguaçu

PCSMGE – Foz do Iguaçu (1999)

(1999)

02 02 PCSMGE

PCSMGE – – Cambridge Cambridge (2003) (2003) 0202 ICSMGE

ICSMGE – – Hamburgo Hamburgo (1997) (1997) 0404 ICSMGE

ICSMGE – – Istambul Istambul (2001) (2001) -- --ICSMGE

ICSMGE – – Osaka Osaka (2005) (2005) 0404

EDIFICAÇÃO EDIFICAÇÃO INFRA-ESTRUTURA ESTRUTURA SUPERES-TRUTURA

TRUTURA TERRENO DETERRENO DEFUNDAÇÃOFUNDAÇÃO

CLIENTE $$$$ CLIENTE $$$$ PARTES PARTES TODO TODO

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Tabela 3. Relação de dissertações e teses recentes sobre monitoramento de edificações e ISE.

Universidade Referência UFF - Costa (2003) - Rosa (2005) - Silva (2005) COPPE/UFRJ - Gonçalves (2004) UENF - Crespo (2004) USP/SC - Reis (2000) - Iwamoto (2000) - Mendonça (2000) - Holanda Jr. (2002) - Jordão (2003) - Ribeiro (2005) - Russo Neto (2005) UnB -Soares (2004) USP/SP - Cardozo (2002) UFPB/CG -Lucena (2003) UFPE - Milfond (1999) - Fonte (2000)

A Tabela 4 apresenta um resumo dos principais trabalhos nas fontes consultadas. Algumas observações podem ser feitas: (i) a maioria dos casos envolve fundações superficiais (sapatas e radier); (ii) há poucos casos de prédios de pequeno porte (abaixo de 05 pavimentos) e em alvenaria estrutural; (iii) a maior parte dos trabalhos brasileiros é da Região Nordeste (cerca de 40%).

Atualmente o monitoramento de edificações ainda se restringe apenas à medição dos recalques. Ainda não se tem uma metodologia suficientemente difundida para medição das cargas nos apoios dos prédios, mas há trabalhos recentes promissores, tal como o apresentado por Russo Neto (2005). O monitoramento de recalques no Brasil sempre esteve associado a obras com desempenho insatisfatório, com patologias e muitas vezes necessidade de reforço das fundações. Neste sentido, parece que os problemas dos prédios em Santos causaram “traumas” nos nossos engenheiros, que muitas vezes preferem a máxima de que “o que os olhos não vêem, o coração não sente...”, como se o fato de medir ou não os recalques pudesse influenciar o desempenho do prédio.

No entanto, há que se considerar, como destacam Danziger et al. (2000a), que as medições de recalques durante longos períodos nas fundações de obras em Santos constituem importantes contribuições para a Engenharia Brasileira, revelando o comportamento real

destas obras e norteando os projetos mais recentes de fundações (Machado, 1958).

Um caso interessante de mudança desse paradigma ocorreu em Recife, que é hoje o lugar onde mais se mede recalque de prédios no Brasil. Desde o início da Década de 90 do século passado, que foi feito um trabalho de conscientização da necessidade do monitoramento dos recalques, usando-se de algumas interessantes estratégias: (i) o monitoramento deve ser encarado como um controle tecnológico da obra, a exemplo de tantos outros, como controle da resistência do concreto; (ii) o monitoramento permite um melhor entendimento do comportamento de uma edificação, e uma retroanálise dos parâmetros dos solos, o que tem conduzido a projetos mais arrojados (e nem por isso menos seguros); (iii) o monitoramento permite identificar com mais segurança as causas de eventuais patologias que possam surgir nos prédios, onde normalmente a fundação é colocada em suspeita (neste caso, quem tem exigido o monitoramento são as empresa executoras de fundações).

Uma pesquisa no banco de dados da empresa de consultoria do presente autor mostrou que entre 1989 e 2005 foram monitorados 75 edifícios apenas em Recife, e que em apenas 11 prédios o monitoramento foi motivado pelo aparecimento de patologias, as quais nem sempre eram decorrentes de movimentos da fundação. Atualmente o monitoramento de recalques já está inclusive incorporado aos sistemas de qualidade de muitas construtoras em Recife.

Um outro aspecto interessante é que o monitoramento representa um custo muito baixo em comparação com o custo total da obra, ou mesmo em comparação com o custo de outros ensaios e controles (Tabela 5).

2.2 Medição de Recalques

O equipamento empregado para medida dos recalques é bastante simples, sendo constituído por pinos; referência de nível (RN); nível; e

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Tabela 4. Resumo dos trabalhos publicados sobre monitoramento e ISE em vários periódicos / eventos.

Estrutura Previsão de Recalques Monitoramento

Tipo No. de

Pavimentos

Tipo de Fundação

Convencional Com ISE RN Medição de

Carga Recalque(mm)

Referência

CA 15 Sapata Sim Não Vizinho Não 103 (máximo) Gusmão (1994)

CA 12 Sapata Sim Não NI Não 351,8 (médio) Gusmão (1994)

CA 02 Sapata Sim Sim NI Não 175,5 (médio) Gusmão (1994)

CA 19 Sapata Sim Sim NI Não -- Moura (1999)

CA 17 Sapata Não Não Bench-Mark Não 11,7 (máximo) Castello et al. (2001)

CA 09 Sapata Sim Não Vizinho Não 14,5 (máximo) Lucena et al. (2004)

CA 12 Tubulão Sim Sim NI Não 9,0 (máximo) Antunes e Iwamoto

(2000)

CA 03 Sapata Não Não Vizinho Não 4,8 (máximo) Danziger et al. (2000b)

-- -- -- -- -- -- -- -- Fonte et al. (2000)

CA 20 Sapata Não Não Vizinho Não 12,0 (máximo) Gusmão et al. (2000a)

CA 15 Sapata Sim Não Vizinho Não 105,5 (máximo) Gusmão et al. (2000b)

CA 08/11 Tubulão / Sapata Sim Sim NI Não -- Mendonça e Aoki (2000ª)

CA 12 (3x) Sapata Sim Sim NI Não -- Reis e Aoki (2000)

CA 17 Sapatas / Estacões Não Não NI Não -- Maffei et al. (2003)

CA 10 Sapata Não Não NI Não 80 (máximo) Campos (2003)

CA 07 Sapata Sim Não

Bench-Mark

Não 135 (máximo) Seixas e Gonçalves (2003)

CA 12 Sapata / Sangria Não Não NI Não 500 (máximo) Falconi et al. (2003)

-- -- -- -- -- -- -- -- Fonte et al. (2001)

CA 12 (3x) Sapata Sim Sim NI Não -- Reis e Aoki (2005)

CA 13 Hélice contínua Não Sim Vizinho Não 42 (máximo) Maia et al. (2005a)

-- -- -- -- -- -- -- -- Fonte e Fonte (2005)

CA 12 Estaca Franki Não Não Vizinho Não 32,6 (máximo) Danziger et al. (2000ª)

CA 13 (8x) Sapata Não Não Bench-Mark Não 15 a 480 (médio) Pacheco et al. (2000)

ALV 04 Estacas escavadas Não Não Bench-Mark Não 45 (máximo) Niyama et al. (2000)

CA 04/08/16/32 -- Sim Sim -- Não -- Madureira e Bezerra

(2000)

CA 08/11 Tubulão / Sapata Sim Sim NI Não -- Mendonça e Aoki (2000b)

CA 08 Tubulão Não Não Vizinho Não 4,1 (máximo) Lobo et al. (2000)

(5)

CA 20 Estaca Franki Não Não Vizinho Não 12 (máximo) Gusmão (2000) CA = concreto armado; ALV = alvenaria estrutural; NI = não informado

Tabela 4. Resumo dos trabalhos publicados sobre monitoramento e ISE em vários periódicos / eventos (continuação)

Estrutura Previsão de Recalques Monitoramento

Tipo No. de

Pavimentos

Tipo de Fundação

Convencional Com ISE RN Medição de

Carga

Recalque (mm)

Referência

CA 13 Estaca Hélice Não Não Vizinho Não 42 (máximo) Maia et al. (2004)

CA 18 Sapata Sim Não Vizinho Não 14,5 (máximo) Cavalcante et al. (2004)

CA 05 Sapata Não Não NI Não 400 (máximo) Oliveira e Oliveira (2004)

CA 11/18 Sapata Sim Não -- Não -- Gonçalves (2004)

CA 03 Sapata Sim Não Vizinho Não 6,74 (médio) Gonçalves et al. (2004)

CA 15 Sapata Não Não Vizinho Não 42 (máximo) Gusmão Filho et al.

(1998)

CA 18 Sapata Não Não Vizinho Não 14,5 (máximo) Gusmão Filho et al.

(1998)

CA 17 Sapata Sim Não NI Não 500 (máximo) Mendonça et al. (1998)

CA 04 Sapata Sim Não Bench-Mark Não 305 (máximo) Dias e Moraes (1998)

CA 15/13/20 Sapata Não Não Vizinho Não 105/500/7,5

(máximo)

Oliveira et al. (2002)

CA -- Sapata Não Não NI Não -- Gonçalves e Cardozo

(2002)

CA 24 Sapata Não Não Vizinho Não 21 (máximo) Gusmão e Calado Jr.

(2002)

CA 30 Sapata Não Não NI Não 26 (máximo) Soares e Soares (2002)

CA 28 Estaca Pré-moldada Não Não NI Não 21 (máximo) Soares e Soares (2002)

CA -- -- -- -- -- Sim -- Russo Neto et al. (2002)

ALV 04 Sapata Sim Não Bench-Mark Não 444 (máximo) Pedreira et al. (2002)

CA 15 Sapata Não Não Vizinho Não 93 (máximo) Gusmão Filho et al.

(1999)

CA 07 Sapata Sim Não Bench-Mark Não 115 (máximo) Oliveira e Gonçalves

(2003)

CA vários -- -- -- -- -- Banco de dados Gusmão et al. (2003)

CA 12 Estaca Franki Não Não NI Sim 26,6 (máximo) Danziger et al. (1997)

CA 25 Estaca “T” Sim Não NI Não 34,7 (máximo) Décourt (1997)

CA 18 Estaca Pré-moldada Sim Sim Bench-Mark Não -- Gusmão Filho e

Guimarães (1997)

(6)

CA 16 Radier Sim Sim NI Não 182 (máximo) Paramonov et al. (2005)

CA 40 Radier Sim Sim NI Não 2,69 (máximo) Justo et al. (2005)

CA 17 Radier Sim Não NI Não 28 (máximo) Reul e Ripper (2005)

CA 13 Estaca Hélice Não Não Vizinho Não 42 (máximo) Maia et al. (2005b)

(7)

Tabela 5. Comparação de custos entre o monitoramento de recalques e outros controles geotécnicos.

Serviço Custo*

(R$) -Prova de carga estática em

estaca (carga de ensaio de 3 MN)

- 12.000,00 a 15.000,00 -Prova de carga dinâmica (05

ensaios + 02 análises capwap)

- 5.000,00 a 8.000,00

-Medição de recalques

(nivelamento + 06 leituras)

- 4.000,00** *estimado em Recife (1 US$ = R$ 2,30)

**custo diluído ao longo do tempo de construção

2.2.1 Pinos

Há vários tipos de pinos que podem ser usados no controle de recalques. Normalmente são fabricados em aço inoxidável, e usam um sistema tipo macho e fêmea. Inicialmente o elemento fêmea é fixado com material colante no ponto a ser monitorado (por exemplo, a face de um pilar). Por ocasião de cada medição, é introduzido o elemento macho através de rosca ao elemento fêmea. O macho deve possuir na sua extremidade uma base esférica, onde a mira se apóia. A Figura 4 mostra o pino que tem sido usado em Recife (notar que o macho está sem a sua base esférica). Este pino custa cerca de R$ 3,00 em Recife, mais R$ 10,00 de instalação por unidade.

Danziger et al. (1997) e Danziger et al. (2000a) apresentaram pinos fabricados em aço inoxidável, que são diferentes dos pinos habitualmente usados, em que o macho é fixado através de rosca à fêmea. O sistema usado é simplesmente encaixado, de forma a propiciar melhor acurácia aos resultados, uma vez que as medições são feitas com o macho sempre na mesma posição, diferentemente dos pinos tradicionais. Os pinos de encaixe têm a desvantagem, entretanto, de possuírem um diâmetro maior que os de rosca, o que torna um pouco mais trabalhosa a sua instalação, além do

maior custo.

2.2.2 Referência de Nível (RN)

A referência de nível ideal é aquela que se apresenta como indeslocável. Pode ser profunda (conhecida como bench-mark) ou superficial.

Figura 4. Detalhe do pino usado em Recife.

Este último tipo está mais sujeito a deslocamentos provocados por várias causas, tais como choques, vibrações decorrentes de tráfego de veículos, etc. Este problema, no entanto, pode ser minimizado através da escolha do ponto de instalação. Em qualquer caso, é recomendável que sejam instalados pelo menos dois RNs. Ressalta-se, ainda, que o RN superficial sempre medirá os recalques diferenciais (que são os mais importantes), independente de se movimentar ou não.

O grande problema do bench-mark é o seu elevado custo, o que normalmente duplica ou triplica o custo do monitoramento. Em Recife, um bench-mark custa entre R$ 150,00 e 200,00 por metro linear, dependendo da profundidade.

Na Tabela 4, pode-se observar que a maioria dos prédios monitorados usou como RN pontos vizinhos ao próprio prédio.

2.2.3 Nível

O nível deve ser ótico e dotado de placa plano paralela. É importante que o instrumento seja regularmente aferido por empresas especializadas.

2.2.4 Mira

A mira deve ser graduada em chapa de invar, para diminuir os efeitos das variações térmicas,

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Figura 5. Detalhe da mira apoiada no elemento macho.

2.2.5 Frequência do Monitoramento

Não há uma regra geral para se estabelecer a freqüência do monitoramento, nem a quantidade de pontos a serem monitorados. Como geralmente o custo dos pinos e das medições é baixo, é recomendável que todos os pilares da estrutura principal do prédio sejam instrumentados. Caso não seja possível, deve ser feita uma distribuição de pinos que contemple toda a projeção do prédio.

Na Tabela 6, há uma sugestão de freqüência do monitoramento, que deve ser adaptada para cada caso. De um modo geral, deve-se concentrar um maior número de medições nas etapas de concretagem da estrutura e assentamento de alvenaria, por representarem cerca de 60% do carregamento de um prédio (excluindo-se os efeitos da ação do vento). É importante que os pinos sejam preservados após a ocupação do prédio, para permitir eventuais nivelamentos que sejam necessários. Danziger et al. (2000a) apresentam um exemplo de monitoramento, onde foram feitas seis medições mais o nivelamento.

Tabela 6. Freqüência do monitoramento de recalques.

Etapa No. de

Medições -Até a concretagem da 1ª laje Instalação dos

pinos + Nivelamento

-Até a concretagem da coberta +02

-Até o final do assentamento da alvenaria

+01 -Até o final do revestimento interno

e externo:

+01 -Até o final do assentamento de piso +01

-Antes da entrega do prédio +01

Total 07

2.3 Medição de Cargas nos Apoios

A medição de carga nos apoios das edificações raramente é feita na prática (Danziger et al., 1997; Russo Neto et al., 2002; Russo Neto, 2005). A medição envolve muitas incertezas, além de exigir pessoal mais qualificado.

A medição de carga é sempre feita de maneira indireta (células de carga e medidores de deformação), ou seja, mede-se a deformação em uma determinada seção, e a partir da relação tensão-deformação do material, chega-se à carga atuante.

No caso específico do concreto armado, que no nosso país representa a maior parte dos casos de edificações, o problema passa a ser mais complicado, tendo em vista a heterogeneidade da seção, onde o aço e o concreto têm propriedades bem diferentes. As deformações são provocadas não apenas pela variação das tensões, mas há ainda que considerar os seguintes efeitos: (i) fluência, que é a deformação sob carga constante; (ii) retração do concreto decorrente da variação de umidade; (iii) variação térmica.

O trabalho brasileiro mais completo sobre medição de carga em pilares é a tese de doutoramento de Russo Neto (2005), que desenvolveu um extensômetro mecânico de haste para medição da deformação dos pilares. O autor apresenta o caso da construção de um prédio com 04 pavimentos, com estrutura de

concreto armado pré-fabricado. Foram feitas medições de cargas e recalques durante toda a construção.

(9)

A Figura 6 apresenta a evolução da carga atuante em um pilar no período de construção do prédio. A carga teórica foi obtida através da modelagem da estrutura pelo programa

SAP2000. Observa-se uma perfeita

concordância entre os valores medidos e calculados.

3 INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA

3.1 Generalidades

Como foi visto anteriormente, nos projetos convencionais de edificações são desprezados os efeitos da ISE provocados pela deformação do terreno e pela rigidez da estrutura. Diversos trabalhos têm mostrado que a ISE provoca uma redistribuição de esforços nos elementos estruturais, e em especial nas cargas nos pilares (Chamecki, 1954; Poulos, 1975; Gusmão, 1990). Esta redistribuição depende, entre coisas, da rigidez relativa estrutura-solo e da deformada de recalques da edificação.

Uma outra conseqüência importante decorrente da ISE, é que a solidariedade existente entre os elementos da estrutura confere à mesma uma considerável rigidez, restringindo o movimento relativo entre os apoios, e fazendo com que os recalques diferenciais sejam menores que os estimados. Por isso, a consideração da ISE pode viabilizar projetos de fundações que não seriam aceitos por uma análise convencional.

Figura 6. Evolução da carga de um pilar ao longo da construção (Russo Neto, 2005).

A Tabela 8 mostra as principais conseqüências destas hipóteses.

3.2 Movimentos da Fundação

Burland e Wroth (1974) propuseram um conjunto consistente de definições para descrever os movimentos da fundação (Figura 7 – notar que o recalque está representado pela letra W). Um dos conceitos mais usados na previsão de patologias em edificações decorrentes de movimentos da fundação é a rotação relativa ou distorção angular (b).

No caso da inclinação ser nula, o seu valor coincide com o da rotação (Q), que pode ser

calculada pela relação entre o recalque diferencial entre dois pontos e o seu vão, facilitando os cálculos.

Figura 7. Movimentos da fundação (Gusmão, 1990). Tabela 8. Efeitos da interação solo-estrutura em edifícios.

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Hipótese Conseqüências

-Apoios são considerados indeslocáveis. -Redistribuição de cargas e esforços nos elementos

estruturais, especialmente vigas e pilares.

-Alívio de carga nos pilares mais carregados e sobrecarga nos pilares menos carregados.

-Pode haver danos nos elementos estruturais. -Apoios podem recalcar de maneira independente uns

dos outros.

-A ligação entre os elementos estruturais confere à estrutura uma rigidez, que restringe os recalques diferenciais.

-A deformada de recalques medida é mais suave que a estimada convencionalmente.

-Há uma tendência de uniformização dos recalques. -O carregamento do prédio só ocorre ao final da sua

construção.

-À medida que a estrutura vai sendo construída, vai havendo um aumento do seu carregamento, e dos recalques absolutos.

-Há, no entanto, um aumento da rigidez da estrutura, que faz com que haja uma tendência de uniformização dos recalques.

-Há uma altura limite, correspondente aos cinco primeiros pavimentos, em que praticamente não há mais aumento

da rigidez para fins de uniformização dos recalques.

3.3 Avaliação dos Efeitos da ISE

Gusmão (1994) mostrou que se pode analisar o desempenho de uma edificação qualquer o associando a dois diferentes modelos: um que represente o valor médio dos recalques (tensão-deformação do terreno); e outro que represente a sua distribuição (interação solo-estrutura), como mostra a Figura 8.

A ISE influencia a deformada de recalques da edificação, fazendo com que fique mais suave, embora o recalque absoluto médio seja independente. Com isto, pode-se admitir que o recalque absoluto médio seja função apenas do carregamento total da estrutura e das propriedades de deformação do terreno. Conseqüentemente, a diferença entre os valores do recalque médio medido e estimado pode ser associada à representatividade do modelo tensão-deformação adotado (Fig. 9).

A distribuição dos recalques e, consequentemente a ISE, pode ser associada a sua dispersão, representada através do coeficiente de variação CV (relação entre o desvio-padrão e a média do recalque absoluto). Com isto, a diferença entre os valores do coeficiente de variação medido e estimado pode ser associada à representatividade do modelo de ISE adotado. S MEDIDO ESTIMADO CONVENCIONALMENTE Si = S + Si S = f ( tensão-deformação )

Si = f ( interação solo-estru tura )

Figura 8. Modelos para estimativa do recalque de edificações (Gusmão, 1994).

Figura 9. Influência da rigidez na distribuição dos recalques de edificações (Gusmão, 1994).

(11)

(12)

A Tabela 10 mostra algumas características referentes à distribuição dos recalques estimados e medidos. Os recalques médios têm a mesma ordem de grandeza, revelando uma boa representatividade do modelo tensão-deformação adotado na previsão dos recalques. No entanto, como era de se esperar, o coeficiente de variação dos recalques medidos é menor que o dos recalques estimados, devido à influência da rigidez da estrutura na tendência à uniformização dos recalques.

3.4 Efeito da ISE nos Recalques

Diversos trabalhos têm mostrado que os recalques total e diferencial máximo diminuem de grandeza com o aumento da rigidez relativa estrutura-solo, sendo que os recalques diferenciais são mais influenciados por essa rigidez que os recalques absolutos (Meyerhof, 1953; Barata, 1986; Gusmão, 1990). O recalque médio é praticamente independente da rigidez, ou seja, independe da consideração ou não da ISE.

No Caso 1, como o recalque médio estimado e medido têm a mesma ordem de grandeza, pode-se compará-los diretamente para avaliar os efeitos da ISE (Fig. 14). Observa-se que para os pilares em que os recalques estimados são inferiores ao valor médio (linha tracejada), os recalques estimados são menores que os medidos. Já para os pilares que têm recalque previsto acima da média, ocorre o inverso, ou seja, os recalques estimados são maiores que os medidos. Isso mostra que à medida que os recalques ocorrem, há uma transferência de carga dos pilares mais carregados (alívio) para os menos carregados (acréscimo).

Tabela 10. Características da distribuição dos recalques. Recalques

Característica Estimado sem

ISE Medido Média (mm) 79,2 82,3 Desvio-padrão (mm) 15,0 13,4 Coeficiente de variação – CV 0,189 0,162

A Figura 15 apresenta a comparação entre os recalques diferenciais (ou rotação) estimados sem ISE e medidos (desprezou-se a inclinação de corpo rígido do prédio). Observa-se que os recalques diferenciais medidos são menores que os estimados, e que a previsão sem ISE era que várias rotações atingissem valores maiores que 1/300, que é o limite de início de fissuramento de painéis de alvenaria em estruturas aporticadas de concreto (Bjerrum, 1963). De fato, até a época da última medição dos recalques, o prédio não apresentava quaisquer patologias relacionadas a movimentos da

fundação.

0 40 80 120

RECALQUE ESTIMADO SEM ISE (mm)

0 40 80 120 R E C A L Q U E M E D I D O ( m m ) Sest < Smedido (ACRÉSCIMO) Sest > Smedido (ALÍVIO) Sest < MÉDIA Sest > MÉDIA

Figura 14. Recalque absoluto estimado

convencionalmente versus medido – Caso 1.

0 2 4 6 8 10

VÃO ENTRE PILARES (m)

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 R E C A L Q U E D I F E R E N C I A L ( m m ) 1 / 150 1 / 300 1 / 500 1 / 1000 ROTAÇÃO MEDIDA ESTIMADA CONVENCIONALMENTE INÍCIO DE FISSURAMENTO EM PAINÉIS DE ALVENARIA (BJERRUM, 1963)

Figura 15. Rotação estimada convencionalmente versus medida – Caso 1.

(13)

3.5 Efeito da ISE na Carga dos Pilares

Gusmão (1990) definiu o fator de recalque (AR), que serve para avaliar os efeitos da redistribuição de cargas nos pilares:

m i

S S

AR = (1)

onde: Si = recalque absoluto do apoio i; Sm =

recalque absoluto médio.

A ISE faz com que haja um alívio de carga nos pilares mais carregados e uma sobrecarga nos pilares menos carregados. A Figura 16 mostra a comparação entre os valores de AR estimados convencionalmente e medidos. Observa-se que, para a maioria dos pilares que têm recalque absoluto estimado maior que a média (Arest > 1), há uma tendência do valor de AR estimado ser maior que o AR medido (ARest > ARmed), evidenciando um alívio de carga. Já nos pilares que têm recalque absoluto estimado menor que a média (Arest < 1), há uma tendência do valor de AR estimado ser menor que o AR medido (ARest < ARmed), evidenciando um acréscimo de carga.

3.6 Efeito da Seqüência Construtiva

Normalmente é admitida a hipótese do carregamento da estrutura ocorrer apenas no final da sua construção. Gusmão e Gusmão Filho (1994) mostraram, no entanto, que à medida que a estrutura vai sendo construída, vai havendo um aumento do seu carregamento e dos recalques absolutos. Mas, há também um aumento da rigidez da estrutura, que faz com que haja uma tendência de uniformização dos recalques (Fig. 17).

Gusmão et al. (2003) apresentaram resultados de monitoramento de recalques de 20 prédios em Recife. A Figura 18 mostra a variação dos valores de AR (máximo e mínimo) com a evolução do carregamento. Observa-se claramente que há uma tendência dos recalques máximo e mínimo se aproximarem da média (AR = 1), à medida que a estrutura vai sendo construída, e a sua rigidez vai aumentando.

A Figura 19 mostra a evolução do CV com o carregamento da estrutura. Nota-se que mesmo havendo um aumento do carregamento (e dos recalques absolutos), há uma tendência de redução do valor de CV, especialmente no início da construção do edifício.

0.40 0.80 1.20 1.60 ARest 0.40 0.80 1.20 1.60 A R m e d ARest < A Rmed (ACRÉSCIMO) ARest > A Rmed (ALÍVIO) ARest < 1 ARest > 1

Figura 16. Comparação entre os valores de AR estimado convencionalmente e medido – Caso 1.

Figura 17. Efeito da seqüência construtiva (Gusmão e Gusmão Filho, 1994). 0 20 40 60 80 100 CARREGAMENTO (%) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 A R ARmax ARmin

Figura 18. Evolução dos valores de AR com o carregamento – banco de dados (Gusmão et al., 2003).

(14)

0 20 40 60 80 100 CARREGAMENTO (%) 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 C V

Figura 19 Evolução dos valores de CV com o carregamento – banco de dados (Gusmão et al., 2003).

3.7 Influência dos Primeiros Pavimentos

No item anterior foi mostrado que o aumento do número de pavimentos da edificação promove um aumento da rigidez da estrutura, e diminui a dispersão do recalques. É importante notar, no entanto, que esta tendência à uniformização dos recalques não cresce de maneira linear com o número de pavimentos.

A Figura 20 apresenta a evolução do CV ao longo do tempo para o Caso 1. Já na Figura 21 é apresentada a evolução dos valores de AR máximo e mínimo. Em ambos os casos, nota-se claramente que há uma altura limite, que em geral corresponde aos cinco primeiros pavimentos, em que praticamente não há mais aumento da rigidez para fins de uniformização dos recalques (Gusmão Filho e Guimarães, 1997).

Isso ocorre devido ao fato de estruturas aporticadas abertas com painéis se comportarem, segundo planos verticais, de maneira semelhante a uma viga parede. Com isso as partes mais baixas da estrutura sofrerão apenas deformações de flexão (Goshy, 1978), como mostrado na Figura 22. Este fato deve ser levado em consideração no caso de enrigecimento de estruturas com o objetivo de se diminuir o nível dos recalques diferenciais (Gusmão e Gusmão Filho, 1990).

0 100 200 300 400 TEMPO (dias) 0.00 0.20 0.40 0.60 C V PRIMEIROS PAVTOS

Figura 20. Evolução dos valores de CV medido – Caso 1.

0 100 200 300 400 TEMPO (dias) 0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 A R ARmax ARmin PRIMEIROS PAVTOS

Figura 21. Evolução dos valores de AR medido – Caso 1.

(15)

4 INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA E DANOS EM EDIFÍCIOS

4.1 Danos Causados por Recalques

Um projeto de fundações deve sempre contemplar três requisitos básicos: (i) estabilidade, ou seja, deve haver uma adequada segurança contra a ruptura do terreno e do elemento estrutural da fundação (sapata, estaca, etc); (ii) desempenho satisfatório, ou seja, os movimentos da fundação para as condições de trabalho (estado limite de serviço) devem ser compatíveis com as características da estrutura, a fim de se evitar danos à edificação (estéticos, funcionais ou estruturais); (iii) durabilidade, ou seja, a vida útil da fundação não deve ser inferior à da própria estrutura.

Os danos causados pelos movimentos da fundação podem ser classificados em estéticos, funcionais e estruturais (Burland et al., 1977). Por outro lado, a maioria dos critérios usados para avaliação de danos em edificação faz a comparação entre os movimentos da fundação e valores ditos como limites ou admissíveis (Tabela 10)

Como já foi mostrado anteriormente, a ISE influencia significativamente os valores dos recalques da edificação, especialmente os recalques diferenciais. Logo, o uso desses critérios para avaliação de danos sem a consideração da ISE pode levar a soluções conservadoras de fundação.

4.2 Patologias Típicas

A ocorrência de recalques diferenciais causa o aparecimento de esforços secundários nos elementos estruturais. A Figura 23 (Gusmão e Gusmão Filho, 1995), por exemplo, mostra o caso de um painel de alvenaria apoiado em uma viga de concreto armado. Admitindo-se que haja um recalque diferencial da coluna central em relação aos demais apoios (situação muito comum de ocorrer na prática), o recalque afeta a parede, a viga e os pilares.

Tabela 10. Critérios para avaliação de danos em edificações (Gusmão e Gusmão Filho, 1995).

Parâmetro Dano Associado Referências Recalque Absoluto Máximo -Estético -Funcional -Terzaghi e Peck (1987) -Polshin e Tokar (1957) -Sowers (1962) Distorção Angular Máxima -Estético -Funcional -Estrutural -Skempton e MacDonald (1956) -Bjerrum (1963) Tensão Máxima de Tração -Estético -Estrutural -Burland e Wroth (1974)

Surgem tensões cisalhantes nas faces na parede, e uma tração máxima a 45º. Dependendo da magnitude, pode ocorrer o fissuramento da parede nesta direção, normalmente na junta entre os tijolos (Holanda Jr., 2002).

O recalque também provoca o surgimento de momentos negativo e positivo nos apoios periférico e central da viga, respectivamente. Se a viga não estiver devidamente armada, pode haver fissuramento (Fig. 23).

Finalmente, o recalque também provoca uma redistribuição das cargas nos pilares, havendo uma migração de carga do pilar central para os pilares extremos. O acréscimo de carga pode provocar o esmagamento do pilar.

Segundo Maffei et al. (2003), há que se considerar a rigidez da estrutura na redistribuição dos esforços na estrutura. Se a deformada de recalques for uniforme, há apenas uma translação da estrutura (sem inclinação), e não surgem esforços adicionais na estrutura, mesmo sendo a mesma flexível ou rígida.

Figura 23. Patologias típicas em uma estrutura aporticada de concreto (Gusmão e Gusmão Filho, 1995).

(16)

Se, ao contrário, a deformada não for uniforme, a estrutura perfeitamente flexível acompanha os movimentos do terreno e também não há esforços adicionais na estrutura. Se, no entanto, for uma estrutura rígida, há uma significativa redistribuição de esforços.

No caso de estruturas de concreto armado, como a seção de armadura varia ao longo das vigas, o momento resistente é variável, o que facilita a formação de rótulas plásticas, tornando a estrutura isostática. Isso faz com que deixem de ocorrer esforços adicionais devido a novos recalques. O colapso da estrutura só ocorre após ser esgotada a capacidade de rotação das rótulas plásticas. Portanto, as estruturas de concreto podem se adaptar a recalques diferenciais, desde que devidamente armadas, de modo a manter o equilíbrio entre os esforços solicitantes e os resistentes (Maffei et al., 2003).

4.3 Exemplo – Caso 2

Para exemplificar a influência da ISE nos danos de edifícios, será considerado o caso de um conjunto residencial composto por 07 prédios em concreto armado com 17 pavimentos, que foram construídos no Recife

(Gusmão e Gusmão Filho, 1994).

O projeto previa que as estacas tivessem comprimento variando entre 30 e 42 m, dependendo da profundidade da camada resistente (Fig. 24). Na execução do estaqueamento, ficou comprovado que algumas estacas não atingiram a camada resistente. Mesmo diante do impasse, o empreendedor resolveu continuar a construção sem nenhum reforço da fundação, que se fosse necessário seria feito a durante a construção dos prédios. Foi, feito, então, o monitoramento de todos os 30 pilares de todos 07 prédios, durante 18 meses. Neste período, surgiram vários danos na estrutura nos blocos.

A Figura 29 mostra as isorecalques da última medição do Bloco F, que foi onde houve a maior incidência de danos. A maior parte dos danos eram fissuras nas alvenarias, mas também havia fissuras em lajes e vigas. Apesar do prédio ser simétrico, houve uma pequena inclinação de corpo rígido da ordem de 1/4000.

A Figura 30 mostra as rotações medidas entre os pilares vizinhos. Observa-se que várias rotações atingiram valores entre 1/300 e 1/500, o que era coerente com alguns dos danos observados. 0 10 20 30 40 10 30 0 20 N-SPT SONDAGEM SP-01 AREIA ARGILOSA ARGILA SILTOSA PROF.(m) ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO COM COMPRIMENTO VARIÁVEL ARGILA SILTOSA

AREIA FINA SILTOSA

AREIA MÉDIA E FINA

Figura 24. Perfil do subsolo – Caso 2.

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P18 P19 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 P28 P29 P30 0 2 4 6 8

Figura 25. Isorecalques medidos – Caso 2.

0 2 4 6 8 10

VÃO ENTRE PILARES (m)

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 R E C A L Q U E D I F E R E N C I A L ( m m ) 1 / 150 1 / 300 1 / 500 1 / 1000 ROTAÇÃO MEDIDA

(17)

No entanto, havia a suspeita dos danos terem sido provocados não apenas por recalques. Foi, então, feito um levantamento completo de todas as patologias em todos os 17 andares do prédio (Fig. 27). Observa-se que os danos ocorreram em todos os pavimentos, mas houve de fato uma maior incidência nos primeiros pavimentos.

Com isso, ficou comprovado que os danos surgidos não foram provocados apenas por recalques, mas também por deformação excessiva de alguns elementos estruturais (lajes e vigas). Estes danos eram fáceis de serem identificados, pois se repetiam em todos os pavimentos com a mesma intensidade, diferentemente dos danos provocados por recalque, que eram mais intensos nos primeiros pavimentos.

5 PREVISÃO DE RECALQUES

CONSIDERANDO-SE A ISE EM EDIFÍCIOS 5.1 Histórico

Em 1953, Meyerhof publicou um trabalho que é considerado uma das primeiras tentativas de se considerar os efeitos da ISE em edificações.

0 20 40 60 NÚMERO DE FISSURAS 0 10 20 30 40 50 A L T U R A D O P R É D I O ( m ) 5o. PAVTO PRÉDIO BLOCO F ESTR. FUNDAÇÃO

Figura 27. Distribuição dos danos nas alvenarias por pavimento e suas prováveis causas – Caso 2.

A análise está baseada na teoria da elasticidade tanto para o solo, quanto para a estrutura. São apresentados diversos gráficos que mostram a influência da rigidez relativa estrutura-solo nos recalques e momentos fletores na fundação. O autor sugere também fórmulas que permitem substituir a edificação real por outra com rigidez equivalente, simplificando as análises de ISE.

Em 1954, Samuel Chamecki publicou um dos mais importantes trabalhos da história da geotecnia no Brasil, onde foi apresentada uma metodologia para análises de ISE. O método requer uma análise iterativa, até que haja a convergência das reações de apoio e recalques.

Poulos (1975) apresentou uma metodologia geral para estimativa do recalque de uma edificação, na qual a superestrutura, fundação e terreno de fundação são tratados como um sistema único. Na realidade a metodologia é semelhante à proposta por Chamecki (1955), mas foi desenvolvida na forma matricial, o que facilita a sua implementação em programas computacionais.

Barata (1986) apresentou uma metodologia, em caráter experimental, para previsão de recalques levando-se em consideração a rigidez da estrutura. Neste trabalho o autor tenta exprimir graficamente a relação entre a deflexão relativa e o recalque absoluto máximo, e a rigidez da estrutura, que é representada pela relação entre a altura do prédio e o seu comprimento em planta. Gusmão (1990), mostrou que a metodologia apresentou resultado satisfatório para o Caso 1 (Fig. 28).

Figura 28. Aplicação da metodologia proposta por Barata (1986) ao Caso 1 (Gusmão, 1990).

(18)

Há várias pesquisas no mundo com proposição de metodologias para a consideração da ISE na previsão de recalques. No Brasil, em particular, destacam-se os trabalhos desenvolvidos na USP/São Carlos coordenados por Nelson Aoki e José Cintra; na UFPE, por Antônio Oscar da Fonte; na COPPE/UFRJ por Fernando Danziger e Paulo Santa Maria; na UERJ e UFF por Bernadete Danziger e Eliane Carvalho; na USP/São Paulo por Carlos Maffei e Heloísa Gonçalves; na UENF por Paulo Maia; na UnB por Renato Cunha; e na UPE por Alexandre

Gusmão.

Um interessante trabalho foi desenvolvido por Reis (2000), que inclusive conquistou o Prêmio Icarahy da Silveira da ABMS. Neste trabalho estuda-se a ISE de grupo de edifícios com fundações superficiais, em maciço de solos de argila mole. O comportamento ao longo do tempo da argila mole é analisado com o modelo reológico de Kelvin. Os parâmetros do modelo são determinados através do ajuste entre as curvas recalque–tempo do modelo e as curvas medidas em três prédios, construídos simultaneamente, na cidade de Santos/SP.

A ISE provoca uma tendência de uniformização dos recalques, e isto fica evidente ao compararem-se os recalques calculados com procedimento convencional com os recalques calculados considerando o efeito da rigidez da superestrutura. O mecanismo de transferência de carga entre os pilares provoca recalques maiores que os determinados convencionalmente nos pilares periféricos. Nos pilares centrais, o mecanismo de transferência de carga produz recalques menores que os calculados sem interação (Fig. 29). Outro ponto importante é o fato do valor do recalque de uma fundação não ser condicionado apenas pela carga que chega nesta fundação, e sim pelo estado de tensões a que o maciço está submetido. Este estado de tensões depende de todas as cargas, em todos os pilares, inclusive de prédios vizinhos (Reis, 2000).

Paramonov et al. (2005), apresentaram um software de previsão de ISE com base no MEF, com implementação de vários modelos para a superestrutura, infra-estrutura e terreno de fundação. É apresentado um exemplo de um

prédio modelado como uma caixa. Quando se considera o efeito da ISE, os esforços normais nas paredes externas dos andares inferiores chegam a aumentar até 234% (Fig. 30). Apesar dessa magnitude, os autores concluem que mesmo em análises não lineares considerando-se a plastificação do solo, os valores não considerando-se alteram de modo significativo. Também se observa que os efeitos da ISE não atingem mais que três pavimentos.

Outros modelos para cálculo de recalques considerando-se a ISE podem ser encontrados em Fonte (2000), Iwamoto (2000) e Ribeiro (2005).

Figura 29. Curvas isorecalques calculados com grupo de prédios com e sem ISE (Reis, 2000).

0 1000 2000

ESFORÇO NORMAL NA PAREDE (kN/m)

0 10 20 30 40 A L T U R A D O P R É D I O ( m ) 3o. PAVTO ANÁLISE CONVENCIONAL INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA + 234 % ???

Figura 30. Esforço normal com e sem ISE na parede externa do prédio (adaptado de Paramonov et al., 2005)

(19)

6 DESEMPENHO DE FUNDAÇÕES DE EDIFÍCIOS EM RECIFE

6.1 Prática de Fundações no Recife

Morfologicamente a Cidade do Recife apresenta duas paisagens muito distintas: os morros e a planície. A ocupação da cidade com edificações de grande porte tem se dado, contudo, apenas no espaço confinado entre os morros e a orla marítima, que se constitui em uma grande planície de origem flúvio-marinha.

Neste contexto geológico, o subsolo típico é muito variado. Encontram-se camadas de areia fina e média, de compacidade fofa, intercaladas ou seguidas por outras, seja de argila orgânica mole, seja de areia concrecionada muito compacta ou arenitos bem consolidados. Os depósitos de argila orgânica mole e média são encontrados em cerca de 50% da área da planície, muitas vezes em subsuperfície e com

espessuras superiores a 15 m.

Por tudo isto, a prática atual de fundações no Recife é fortemente direcionada pelas características geológico-geotécnicas do subsolo, ainda que outros fatores influenciem na escolha e sejam assim encontrados diversos tipos de fundação na cidade (Gusmão, 2005).

6.2 Metodologia para Interpretação das Medições de Recalques

Oliveira et al. (2002) apresentaram uma metodologia para interpretação de medições de recalque, como se a construção do prédio fosse um ensaio edométrico no campo. Foi introduzido o conceito de curva normalizada

tensão-deformação da fundação. A

normalização é feita considerando-se a relação entre o recalque médio do prédio de uma dada medição, dividido pela espessura da camada de argila mole (H).

A idéia desta interpretação é analisar leituras de recalque como um ensaio de adensamento no campo, com as devidas ressalvas em termos de condições de contorno, principalmente pelo fato da drenagem ser parcial em cada carregamento. Nesta análise os valores intermediários são obtidos a partir de leituras de recalque ao longo

da construção do prédio e adota-se a tensão vertical final no topo da camada argilosa (Fig. 31 e 32). Para exemplificar a metodologia proposta, serão apresentados alguns casos de

monitoramento de prédios em Recife.

6.3 Terrenos com Camadas de Argila Mole No Bairro de Boa Viagem, há dois perfis

geotécnicos típicos (Fig. 33). No caso (a), a camada argilosa mole aparece a partir de 10 m de profundidade, e a solução de fundação típica para prédios com até 15 lajes, é a adoção de sapatas associadas a um melhoramento do terreno superficial com estacas de compactação. Neste caso, os recalques máximos medidos são

normalmente superiores a 100 mm.

Figura 31. Hipótese para o cálculo da tensão vertical no topo da camada argilosa – fundação com sapatas.

Figura 32. Hipótese para o cálculo da tensão vertical no topo da camada argilosa – fundação com estacas.

po Dpo H 1 2 CAMADA ARGILOSA po Dpo H 2 1 CAMADA ARGILOSA

(20)

35 m 10 m 35 m 20 m NT NT 5 m 8 m ESTACAS DE COMPACTAÇÃO (a) (b) ESTACAS DE COMPACTAÇÃO ARGILA MOLE ARGILA MOLE

Figura 33. Perfis típicos em Boa Viagem e soluções de fundações (Gusmão, 2000).

No caso (b), a camada argilosa aparece a uma pequena profundidade, inviabilizando uma solução em fundação superficial. A solução típica é a utilização de estacas tipo Franki ou pré-moldadas de concreto assentes entre 12 e 18 m de profundidade, trabalhando com carga reduzida (50 a 80% da carga admissível como elemento estrutural). Os recalques máximos medidos para prédios com mais de 15 lajes são normalmente inferiores a 40 mm.

A Figura 34 mostra o perfil geotécnico do subsolo do Caso 3, bem como alguns detalhes da fundação. A Figura 35 apresenta as isorecalques referentes à última medição. Este prédio, junto com o Caso 1, é representativo do perfil tipo (a) mostrado na Figura 33.

A Figura 36 mostra a curva edométrica de campo obtida pela metodologia proposta (Casos 1 e 3). As curvas exibem uma tensão de escoamento ou de sobreadensamento que separa dois tipos de comportamento, com diferentes inclinações na curva tensão-deformação. O escoamento neste caso é uma desestruturação devido à compressão (Oliveira et al., 2002). Para os dois casos, o valor do OCR é igual a 1,24. Este valor é compatível com as pesquisas sobre as argilas moles do Recife, que têm mostrado que as mesmas são levementes sobreadensadas (Coutinho e Bello, 2005).

0 5 10 15 20 25 10 30 0 20 40 N-SPT SONDAGEM ANTES APÓS AREIA FINA E MÉDIA ARGILA ORGÂNICA SILTOSA PROF.(m) SAPATA ESTACAS DE COMPACTAÇÃO (AREIA + BRITA)

2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00

(21)

As Figuras 37 e 38 mostram o perfil geotécnico do subsolo dos Casos 4 e 5, bem como alguns detalhes da fundação profunda. As Figuras 39 e 40 apresentam as isorecalques referentes às últimas medições. Estes dois casos de prédios são representativos do perfil tipo (b) mostrado na Figura 40.

A Figura 41 mostra a curva edométrica de campo. Neste caso, os valores de OCR são ordem de 1,60. Este valor é maior que o obtido para os Casos 1 e 3, onde a camada de argila é

mais superficial. 5 15 25 35 45 0 10 20 30 40 10 30 0 20 40 N-SPT SONDAGEM SP-1 AREIA FINA E MÉDIA ARGILA ORGÂNICA SILTOSA ARGILA ORGÂNICA SILTOSA AREIA FINA SILTOSA PROF.(m) ESTACA PRÉ-MOLDADA DE CONCRETO AREIA MÉDIA E FINA

0 10 20 30 40 10 30 0 20 40 N-SPT SONDAGEM SP-1 AREIA FINA E MÉDIA ARGILA SILTOSA ARGILA SILTOSA AREIA MÉDIA E FINA PROF.(m) ESTACA TIPO FRANKI MELHORAMENTO (AREIA + BRITA)

Esta diferença do OCR entre as camadas

argilosas já havia sido observada por Gusmão (2000) em ensaios edométricos feitos em amostras de boa qualidade (Fig. 42). Este aumento do OCR na camada mais profunda está provavelmente associado ao fato desta camada

ser mais antiga (Massad, 1999). P1 P2 P3 P4 _P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P18 0 2 4 6 8

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 0 2 4 6 8

(22)

0 10 20 30 P R O F U N D I D A D E ( m ) 0 1 OCR 2 3 OCR LABORATÓRIO MONITORAMENTO

Figura 42. Variação do OCR com a profundidade para amostras de boa qualidade (adaptado de Gusmão, 2000).

6.4 Terrenos com Fragmentos de Conchas e/ou Corais

A Figura 43 mostra o perfil geotécnico do subsolo do Caso 6, cuja fundação é superficial. A peculiaridade deste caso está na presença de uma camada de fragmentos de corais e conchas entre 5 e 13 m de profundidade, que aparece com freqüência em várias regiões da cidade do Recife (Pacheco et al., 2000).

A Figura 44 mostra a curva edométrica de campo obtida pela metodologia proposta. Nota-se que há um comportamento próximo de um colapso para uma tensão vertical de 147 kPa. Este fato pode indicar que houve esmagamento dos fragmentos de corais e conchas no campo (“crushing”). Outro aspecto interessante é que mesmo sendo um material com comportamento granular, a sua compressibilidade é da mesma ordem de grandeza de uma argila mole (recalque normalizado igual a 1,1 %), o que mostra que o esmagamento dos grãos deve ser considerado nos projetos de fundações neste tipo de formação geológica.

6.5 Terrenos Arenosos com Melhoramento A técnica de melhoramento com estacas de compactação de areia e brita tem sido largamente utilizada no Recife e várias outras cidades nordestinas desde a Década de 70, com resultados bastante satisfatórios. Esta técnica consiste na execução de uma malha

quadrangular cobrindo toda a área de projeção da lâmina do prédio, estendendo-se uma ou duas filas de estacas além dos limites da lâmina, visando cobrir regiões influenciadas pelo espraiamento das pressões (Gusmão, 2005b).

O objetivo de se compactar camadas superficiais arenosas com baixa compacidade é a melhoria das suas propriedades de resistência, diminuindo os níveis de deformações, e conferindo à camada melhorada uma elevada rigidez. Tal densificação pode ser atribuída à combinação de três efeitos: (i) deslocamento do material no terreno igual ao volume da estaca; (ii) introdução de material compactado; (iii) vibração devido ao processo executivo.

2 6 10 14 18 0 4 8 12 16 20 10 30 0 20 40 N-SPT SONDAGEM SP-6 AREIA FINA E MÉDIA

AREIA FINA E MÉDIA CONCRECIONADA AREIA MÉDIA E FINA PROF.(m) SAPATA FRAGMENTOS DE CORAL E CONCHA, COM AREIA

(23)

O melhoramento possibilita elevar a pressão admissível do terreno para valores de até 600 kPa, implicando em uma significativa diminuição dos volumes de escavação e de concreto. Esta técnica tem permitido a adoção de fundações superficiais em prédios com até 30 pavimentos, em locais que de outra maneira requereriam fundações profundas (Gusmão Filho e Gusmão, 1990; 1994 e 2000).

A Figura 45 mostra o perfil geotécnico do subsolo do Caso 7. Trata-se de uma estrutura aporticada de concreto armado com 24 lajes e 23 pilares na sua lâmina principal. As fundações do prédio são superficiais tipo sapatas para uma pressão de trabalho de 450 kPa, associadas a um melhoramento do terreno com estacas compactação (Gusmão e Calado Jr., 2002).

A Figura 46 mostra a variação do recalque médio com carregamento médio da estrutura. Observa-se uma relação praticamente linear, como seria esperado para um depósito granular. Este mesmo comportamento tem sido observado em vários outros prédios em terrenos melhorados em Recife.

Com o objetivo de se obter o módulo de deformabilidade do maciço (Es), foi feita a retroanálise do recalque médio medido do prédio através da equação clássica da Teoria da

Elasticidade: I Smedio B po Es ⋅ − ⋅ ⋅ = ) 1 ( 2 μ (2)

onde: po = pressão média transmitida pelo prédio; Smedio = recalque médio do prédio; B =

largura do prédio em planta; I = coeficiente que depende da forma em planta do prédio, e da rigidez do prédio (tomado igual a 1 para todos os casos).

Também foi retroanalisado o coeficiente de correlação a entre Es e o valor do NSPT médio

até uma profundidade igual à largura em planta do prédio (B). SPT N MPa Es MPa) ( ) ( = α (3) -10.00 -8.00 -6.00 -4.00 -2.00 0.00 0 No. GOLPES / 30 cm10 20 30 40 50 COTA (m)

AREIA FINA E MÉDIA SILTOSA

AREIA FINA E MÉDIA ARGILOSA

AREIA FINA SILTOSA

SONDAGEM ANTES DEPOIS

Figura 45. Perfil do subsolo – Caso 7 (Gusmão e Calado Jr., 2002). 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 R E C A L Q U E M É D I O ( m m ) 0 20 40 60 80 100 CARREGAMENTO (%) RECALQUE MEDIDO REGRESSÃO LINEAR (r^2 = 0,94)

Figura 46. Evolução do recalque médio com o carregamento – Caso 7.

A Tabela 11 apresenta os valores de Es e a

retroanalisados. Os valores de Es variam de 99 a 196 MPa e são típicos de uma areia medianamente compacta a compacta.

Já o valor de a varia de 6,7 a 10,9 MPa, e tem valor médio de 8,6 MPa (Figura 47). Este valor é maior que o normalmente sugerido em outros trabalhos (Barata, 1986). A provável explicação está no fato do maciço não ser homogêneo, como pressupõe a Equação (2). Na realidade, há uma camada de material resistente (solo melhorado) sobrejacente a uma camada fraca (solo natural), o que faz com o módulo equivalente aumente.

(24)

Tabela 11. Retronálise do módulo de deformabilidade do maciço – Terrenos melhorados.

Caso No. Pavtos Smedio (mm) NSPT Es (MPa) _(MPa)a 8 25 14,65 11 99 9,0 9 23 3,59 18 196 10,9 10 29 23,00 18 147 8,2 11 22 5,82 15 101 6,7 12 26 18,25 20 166 8,3 13 30 20,36 14 122 8,7 14 17 13,46 15 114 7,6 15 16 14,17 12 113 9,4 16 24 14,53 12 128 10,7 17 20 14,47 14 100 7,2 10 12 14 16 18 20 NSPT 80 120 160 200 M Ó D U L O D E D E F O R M A B I L I D A D E D O T E R R E N O ( M P a ) Es = 8,6 . NSPT (MPa)

Figura 47. Correlação entre o módulo de deformabilidade e o NSPT do terreno de fundação.

7 CONCLUSÕES

Apesar de não ser considerada nos projetos convencionais, a interação solo-estrutura é quem comanda o desempenho da fundação e da própria estrutura de uma edificação.

O trabalho mostrou que a ISE promove uma tendência à uniformização dos recalques, e uma redistribuição de esforços nos elementos estruturais. Vários aspectos influenciam a rigidez da estrutura, mas o principal é a altura da edificação, e em especial os seus primeiros pavimentos.

Os casos de obras apresentados mostraram que o monitoramento deve ser desmistificado pelos geotécnicos e engenheiros estruturais, e deve ser considerado como mais um controle tecnológico da construção de um prédio.

Mostra-se, ainda, já há disponíveis ferramentas computacionais que permitem, sem maiores dificuldades, que a ISE seja considerada nos projetos de edificações.

AGRADECIMENTOS

O autor gostaria de agradecer à empresas que autorizaram a divulgação dos resultados dos seus controles, e aos vários profissionais que participaram dos projetos das edificações. Um agradecimento especial é feito aos Engenheiros Jaime de A. Gusmão Filho e Gilmar de Brito Maia, pelas discussões dos resultados.

O autor também agradece o convite feito pela Comissão Organizadora do evento, em

especial, ao Colega Alessander Kormann.

REFERÊNCIAS

Antunes, H. M. C. C. e Iwamoto, R. K. (2000), Comparação entre Resultados Observados in Situ e Modelos Numéricos Para a Interação Estrutura – Solo, Simpósio sobre ISE, São Carlos, CD Rom. Barata, F. E. (1986), Recalques de Edifícios sobre

Fundações Diretas em Terrenos de

Compressibilidade Rápida e com a Consideração da

Rigidez da Estrutura. Tese de Concurso para

Professor Titular do Departamento de Construção Civil, Escola de Engenharia da UFRJ, Rio de Janeiro. Bjerrum, L. (1963), Discussion, Proc. of ECSMFE,

Wiesdaden, Vol.2, pp.135.

Burland, J. B e Wroth, C. P. (1974). Settlements of Buildings and Associated Damage. Proc. of

Conference on Settlements of Structures,

Cambridge/UK, pp. 611-654,

Burland, J. B.; Broms, B. B. e Mello, V. F. B. (1977), Behavior of Foundations and Structures. In: Proc. of IX ICSMFE, Tóquio Vol. 2, pp. 495-546.

Campos, G. C. (2003), Controle de Recalques em Edifícios da Orla Marítima. Workshop Passado, Presente e Futuro dos Edifícios da Orla Marítima de Santos, pp. 105-115.

Cardozo, D. L. S. (2002), Análise dos Recalques de

Alguns Edifícios da Orla Marítima de Santos.

Mestrado, Poli/USP, São Paulo.

Castello, R.R; Polido, U. F.; Bicalho, K. V. e Ribeiro, R. C. H. (2001), Recalques Observados de Sapatas em Solos Terciários de São Paulo, Revista Solos e