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Reabilitação e Reforço de Estruturas
Mestrado em Engenharia Civil
2011 / 2012
0/752011/2012
Paulo Lopes Pinto
Reabilitação e Reforço de EstruturasAula 19: Reforço de fundações.
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Sumário
1. Tipos e materiais de fundação
2. Condicionantes– Movimentos – Capacidade de carga
3. Patologias– Manifestações– Causas– Diagnóstico
1/752011/2012
– Diagnóstico
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
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Sumário
1. Tipos e materiais de fundação2. Condicionantes
– Movimentos – Capacidade de carga
3. Patologias– Manifestações– Causas– Diagnóstico
2/752011/2012
– Diagnóstico
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
Reabilitação e Reforço de Estruturas
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)
3/752011/2012
– Perfis metálicos (estacas cravadas)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Tipos e materiais de fundação
4/752011/2012
Alvenaria(pedra ou tijolo)
Grelhas c/ perfis metálicos
Betão armado
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Tipos e materiais de fundação
Fundações em alvenaria
• Fundação de pilares• Fundação de paredes• Fundação por arco apoiado em poços
5/752011/2012
• Fundação por arco apoiado em poços
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Tipos e materiais de fundação
Estacas de madeira
6/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Tipos e materiais de fundação
7/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
1. Tipos e materiais de fundação
8/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Sumário
1. Tipos e materiais de fundação
2. Condicionantes– Movimentos – Capacidade de carga
3. Patologias– Manifestações– Causas– Diagnóstico
9/752011/2012
– Diagnóstico
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
Reabilitação e Reforço de Estruturas
2. Condicionantes
• Movimentos – Assentamentos– Rotações– Vibrações
• Capacidade de carga
10/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
2. Condicionantes
Principais causas de danos em edifícios
Obras sobre aterros mal
compactados25%
Solos moles10%
Outras15%
11/752011/2012
Saturação20%Assentamentos
diferenciais20%
Obras adjacentes a outras
10%
10%
Reabilitação e Reforço de Estruturas
2. Condicionantes
Estrutura com uma parte fundada sobre um aterro e outra sobre um solo natural
12/752011/2012
Aterro Escavação Terreno natural
Fissura
Reabilitação e Reforço de Estruturas
2. Condicionantes
Patologias em alvenarias devidas a assentamentos da fundação
13/752011/2012
Fissuras devidas à deformação côncava
Fissuras devidas à deformação convexa
Fissuras devidas a assentamentos diferenciais
Reabilitação e Reforço de Estruturas
2. Condicionantes
Tipos de movimentos
s smin smax
L
14/752011/2012
a) b)
c)
smax
Assent. dife rencial δ=∆s=smax-smin
Distorção angular α=∆s/L= δ/L
smin smax δ
L Assentamento uniforme
Assentamento não uniforme
Inclinação
Reabilitação e Reforço de Estruturas
2. Condicionantes
Assentamento uniforme
15/752011/2012
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)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
2. Condicionantes
Inclinação
16/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
2. Condicionantes
Ponte de Penacova
17/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
2. Condicionantes
Movimentos admissíveis (Sowers, 1962)Tipo de movimento
Factor limitativo Assentamento máximo
Assentamento total
DrenagemAcessosProbabilidade de assentamentos diferenciais:- estruturas em paredes de alvenaria- estruturas em pórtico- chaminés, silos, ensoleiramentos
150 – 300 mm300 – 600 mm
25 – 50 mm50 – 100 mm75 – 300 mm
Inclinação Estabilidade em relação ao derrube Depende da altura (H) e da
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Inclinação Estabilidade em relação ao derrube
Rotação de chaminés, torres, etc.Circulação de vagõesEmpilhamento de materiaisOperação de máquinas de fiação de algodãoOperação de turbo-geradoresCarris de gruasDrenagem de pavimentos
Depende da altura (H) e da distância entre apoios (L)
0.004L0.01L0.01L0.003L
0.0002L0.003L
0.01 – 0.02L
Assentamentos diferenciais
Muros de alvenariaFábricas de cerâmica de 1 piso (fissuras)Fissuração de rebocosEstrutura em betão armadoEstruturas com paredes de betão armadoEstruturas contínuas em açoEstruturas em aço de 1 tramo.
0.0005 – 0,0001L0.001 – 0.002L
0.001L0.0025 –0.004L
0.003L0.002L0.005L
Reabilitação e Reforço de Estruturas
2. Condicionantes
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
19/752011/2012
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
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2. Condicionantes
Capacidade de Carga
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Transcona (1913)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
2. Condicionantes
Rotura por falta de capacidade de carga
21/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
2. Condicionantes
Código de Hamurabi (2200 AC)
22/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
2. Condicionantes
“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)
23/752011/2012
...
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”
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Sumário
1. Tipos e materiais de fundação
2. Condicionantes– Movimentos – Capacidade de carga
3. Patologias– Manifestações– Causas– Diagnóstico
24/752011/2012
– Diagnóstico4. 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
Reabilitação e Reforço de Estruturas
3. Patologias
• Deterioração dos materiais das fundações– Recobrimento das armaduras– Corrosão das armaduras
Manifestações
25/752011/2012
– Esmagamento do betão– Apodrecimento das estacas de madeira– Corrosão das estacas metálicas
Reabilitação e Reforço de Estruturas
3. Patologias
Como avaliar a perda de segurança?
26/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
3. Patologias
Problemas com a obra– Assentamentos e desaprumos– Alvenarias fissuradas– Danos estruturais
Manifestações
27/752011/2012
– Danos estruturais– etc
Reabilitação e Reforço de Estruturas
3. Patologias
Arquitectónicos– Fissuras em paredes e acabamentos– Roturas de painéis de vidroO reforço é opcional
Tipos de danos
28/752011/2012
Funcionais– Rotura de canalizações– Mau funcionamento de portas e janelas– Desgaste excessivo de calhas de elevadoresO reforço depende do nível dos danos
Reabilitação e Reforço de Estruturas
3. Patologias
Estruturais– Danos em vigas, pilares e lajesO reforço é sempre necessário
Tipos de danos
29/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
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
30/752011/2012
• 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
Reabilitação e Reforço de Estruturas
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
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– Sondagens com recuperação de amostras (através da fundação)
– Controle da posição do nível freático
• Instrumentação da obra
Reabilitação e Reforço de Estruturas
3. Patologias
Abertura de poço de inspecção
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
3. PatologiasColocação de testemunhos de gesso
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
3. Patologias
Controle da abertura de fissuras
34/752011/2012
Fissurómetro
Reabilitação e Reforço de Estruturas
3. Patologias
Controle dos movimentos da estrutura
• Alvos topográficos
• Deflectómetros
• Inclinómetros
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• Inclinómetros
• Clinímetros
• Acelerómetros (vibrações)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
3. Patologias
Fissurómetros
Alvos topográficos
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Fissurómetro e testemunho de gesso
Reabilitação e Reforço de Estruturas
3. Patologias
Clinímetro
Fissurómetros
37/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Sumário
1. Tipos e materiais de fundação
2. Condicionantes– Movimentos – Capacidade de carga
3. Patologias– Manifestações– Causas– Diagnóstico
38/752011/2012
– Diagnóstico
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
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
• Permanentes• Temporárias• Substituição da fundação• Escoramentos auxiliares para a execução dos
reforços
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reforços
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Escoramento auxiliar para a execução de reforço
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Tipos de Soluções
• Reforço do terreno de fundação– Injecções– Jet-grout
• Reparação e/ou Reforço da fundação– Injecção c/ caldas
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– Injecção c/ caldas– Alargamento da base / recalçamento– Encamisamento– Substituição– Fundações indirectas
• Intervenção na estrutura– Enrijecimento da estrutura
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Injecção de compactação
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Jet-grouting
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Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
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
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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
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Aumento da área de apoio
Alargamento e recalce
45/752011/2012
Confinamento lateral
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Recalçamento da fundação
Verificações a efectuar:1. Determinação das cargas transmitidas à fundação2. Avaliação da carga máxima que pode ser transmitida ao terreno3. Determinação da área total, final de contacto solo/fundação, tendo
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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 recalçamento5. 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
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Fundações adicionais
Objectivo: Reduzir a tensão transmitida ao terreno
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Estacas Prensadas
• Estacas seccionais (0,5 a 1,0 m de comprimento)• Colocadas com macacos hidráulicos
48/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Estacas prensadas
49/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Microestacas
• Tipos e execução• Dimensionamento• Ensaios de carga• Casos de obra
50/752011/2012
• Casos de obra
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Microestacas - Aplicações
Redução/Eliminação de assentamentos
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Suporte de novas cargas em zonas congestionadas
Redução/Eliminação de assentamentos
Suporte de escavações em zonas confinadas
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Microestacas - Aplicações
Resistência a cargas de tracção ou dinâmicas
52/752011/2012
Reabilitação sísmica
dinâmicas
Recalce de fundações Estabilização de taludes
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Microestacas
53/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Microestacas
54/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Microestacas
55/752011/2012
Reforço adicional para confinar o betão
Cabeça de ancoragem
Tubo corrugado
Cabeça de ancoragem
Reforço de varão
Reforço adicional para confinar o betão
Microestacas de varão
GEWI PILE - Dywidag Sistems International
Espaçador
Calda de cimento
Varão Dywidag (φ32 a φ62.5)
Conector
Espaçador
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Sistemas de injecção
A. GravidadeB. Pressão através do tuboC. Injecção Global e Única (IGU)
- Feita a partir da cabeça da microestaca, com obturador
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- 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
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Execução
58/752011/2012
Varão, com IRS Tubo TM, com IRS
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Execução
59/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Disposição geométrica das microestacas
• Estacas verticais• Estacas “raiz”
60/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Ds = diâmetro da selagem
Ls = comprimento de selagem
Dd = diâmetro do furo
Dimensionamento - Método de Bustamante
ssL LDT ⋅⋅⋅= πτ
ds DD ⋅= α
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ds
Solo α Quantidades mínimas de calda aconselhada, Vi
IRS IGU
SeixoSeixo arenosoAreia médiaArgilaMarga ou calcário margoso
1,81,6 a 1,81,4 a 1,51,8 a 2,01,8
1,3 a 1,41,2 a 1,41,1 a 1,21,21,1 a 1,2
1,5 Vs1,5 Vs1,5 Vs2,5 a 3 Vs para IRS e 1,5 a 2 Vs para IGU1,5 a 2 Vs para camada compacta
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Método de BustamanteAtrito lateral para argila e silte
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Reabilitação e Reforço de Estruturas
600
700
800
IRS
IGU
4. Soluções de reforço
Método de BustamanteAtrito lateral para areia e seixo
63/752011/2012
0
100
200
300
400
500
0 20 40 60 80 100 120 140
NSPT
ττ ττ max
(kP
a)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Método de BustamanteAtrito lateral para marga e calcário margoso
600
700
800
IRS
IGU
64/752011/2012
0
100
200
300
400
500
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
NSPT
ττ ττ max
(kP
a)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Método de BustamanteAtrito lateral para rocha alterada e fragmentada
1000
1200
1400
IRS
IGU
65/752011/2012
0
200
400
600
800
0 50 100 150 200
NSPT
ττ ττ max
(kP
a)
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Coeficientes de segurança
Tipo de fundação injectada
Duração da utilização
Valor do coeficiente de segurança em serviço
Tracção Compressão
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Ancoragem Provisória 1,8 -
Definitiva 2,0 -
Microestaca Provisória 2,0 1,8
Definitiva 2,2 2,0
FS
TT L
adm =
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Ensaio de compressão
67/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Ensaio de tracção
68/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Ensaio de tracção
69/752011/2012
Reabilitação e Reforço de Estruturas
4. Soluções de reforço
Esquemas de carregamento (FHWA)
• Ensaio de rotura• Ensaio de verificação
– Carga de ensaio = FS * Carga de serviço
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• Ensaio de recepção– Carga de ensaio = 1.67 * Carga de serviço
• Ensaio de fluência
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Sumário
1. Tipos e materiais de fundação
2. Condicionantes– Movimentos – Capacidade de carga
3. Patologias– Manifestações– Causas– Diagnóstico
71/752011/2012
– Diagnóstico
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
Reabilitação e Reforço de Estruturas
5. Casos de obra
72/752011/2012
Fundação do Pilar da Ponte de S. João
Reabilitação e Reforço de Estruturas
5. Casos de obra
Estacas “tradicionais”
• Estacas moldadas• Estacas cravadas
73/752011/2012
- Limitação: Dificuldade no acesso ao local
Reabilitação e Reforço de Estruturas
5. Casos de obra
Enrijecimento da estrutura
74/752011/2012
Viga de rigidez
Travamento
Reabilitação e Reforço de Estruturas
Bibliografia
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5. Gotlieb M. (1999). “Reforço de Fundações”, in Fundações – Teoria e Prática, Ed. Pini, São Paulo, Brasil.
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75/752011/2012
7. Logeais, L. (1971). “Pathologie des Fondations”, Annalles de L’Institut Technique du Batiment et de Travaux
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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.