Sistemas construtivos de reabilitação e reforço de fundações
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SISTEMAS CONSTRUTIVOS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DE FUNDAÇÕES DIOGO JOÃO QUINTAS DA SILVA MAGALHÃES DISSERTAÇÃO DE MESTRADO APRESENTADA À FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO EM MIEC – MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL M 2014
SISTEMAS CONSTRUTIVOS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DE FUNDAÇÕES DIOGO JOÃO QUINTAS DA SILVA MAGALHÃES Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL — ESPECIALIZAÇÃO EM GEOTECNIA Orientador: Professor Doutor José Manuel Leitão Borges JULHO DE 2014
MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2013/2014 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-508 1446 [email protected] Editado por FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440 [email protected] http://www.fe.up.pt Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil - 2013/2014 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2014. As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respetivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir. Este documento foi produzido a partir de versão eletrónica fornecida pelo respetivo Autor.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações A meus Pais e Irmã “A man may die, nations may rise and fall, but an idea lives on.” John F. Kennedy
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações i AGRADECIMENTOS A elaboração do presente documento teve o importante apoio e colaboração de algumas pessoas que contribuíram direta ou indiretamente para o resultado final do mesmo, a quem o autor não poderia esquecer de expressar o seu sincero agradecimento. Assim sendo, o autor manifesta um especial obrigado ao orientador da sua dissertação, o Professor Doutor José Manuel Leitão Borges, pela sua orientação ao longo de todo o processo, pela disponibilidade demostrada, pela cedência de elementos necessários à elaboração do trabalho, pelos valiosos conselhos dados e pela revisão crítica efetuada. Seguidamente o autor agradece aos seus pais e irmã por todo o amor, dedicação, amizade e apoio incondicional apresentados ao longo de toda a sua vida, bem como pelo incentivo e conselhos dados ao longo de todo o processo. Por último, o autor dirige uma palavra de gratidão aos seus amigos pelo companheirismo, apoio e entreajuda demostrados.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações iii RESUMO O presente documento tem como objetivo a descrição alargada dos sistemas construtivos relativos aos diferentes tipos de tecnologias que podem ser aplicadas nos trabalhos de reabilitação e reforço de fundações. Na dissertação são abordadas e analisadas as seguintes técnicas: a consolidação do material das fundações, o alargamento de fundações, o recalce das fundações, o reforço de fundações através de microestacas e corpos de jet grout e a criação de caves sob edifícios existentes ou fachadas a manter. Em cada uma delas é efetuada uma apreciação geral da solução, avaliando-se as suas vantagens e desvantagens, o seu campo de aplicação, os materiais, os equipamentos e as fases construtivas, sendo apresentados alguns casos de obra. Para além disto, realiza-se também uma avaliação dos fatores que estão na origem da necessidade de se reabilitar e reforçar as fundações, referindo-se algumas das suas patologias e descrevendo-se também os estudos e trabalhos preliminares necessários de realizar antes do início das obras. Por fim, tecem-se algumas considerações finais de carater geral. PALAVRAS-CHAVE: tipos de fundações, patologias de fundações, reabilitação e reforço de fundações, sistemas construtivos, casos de obra.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações x 7.8.3. TRABALHOS NA ESTAÇÃO CENTRAL DE AMESTERDÃO ..................................................................... 145 8.CONSTRUÇÃO DE CAVES SOB EDIFÍCIOS EXISTENTES OU FACHADAS A MANTER .................................................................................. 149 8.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS ................................................................................................................ 149 8.2. PAREDES MOLDADAS ...................................................................................................................... 150 8.2.1. DEFINIÇÃO ................................................................................................................................... 150 8.2.2. CAMPO DE APLICAÇÃO ................................................................................................................. 151 8.2.3. EQUIPAMENTOS ........................................................................................................................... 152 8.2.4. FASES DE EXECUÇÃO DE PAREDES MOLDADAS “IN SITU” ................................................................. 153 8.2.4.1. Preâmbulo .............................................................................................................................. 153 8.2.4.2. Implantação em obra .............................................................................................................. 154 8.2.4.3. Execução dos muros guia ...................................................................................................... 155 8.2.4.4. Produção das lamas bentoníticas .......................................................................................... 157 8.2.4.5. Escavação das trincheiras para a execução dos painéis ...................................................... 158 8.2.4.6. Colocação das juntas dos painéis .......................................................................................... 159 8.2.4.7. Colocação da armadura ......................................................................................................... 159 8.2.4.8. Betonagem do painel .............................................................................................................. 161 8.2.4.9. Escavação no interior do perímetro delimitado pela parede moldada e estabilização da mesma ................................................................................................................................................. 161 8.3. PAREDES TIPO BERLIM .................................................................................................................... 162 8.3.1. DEFINIÇÃO ................................................................................................................................... 162 8.3.2. CAMPO DE APLICAÇÃO .................................................................................................................. 163 8.3.3. PAREDES TIPO BERLIM PROVISÓRIAS E DEFINITIVAS ....................................................................... 163 8.3.4. FASES DE EXECUÇÃO DE PAREDES TIPO BERLIM DEFINITIVAS ......................................................... 164 8.3.4.1. Furação, instalação dos perfis metálicos e selagem .............................................................. 166 8.3.4.2. Execução da viga de coroamento .......................................................................................... 166 8.3.4.3. Escavação dos painéis primários do primeiro nível ............................................................... 167 8.3.4.4. Execução da armadura e betonagem dos painéis primários do primeiro nível ..................... 167 8.3.4.5. Instalação das ancoragens nos painéis primários do primeiro nível ...................................... 168 8.3.4.6. Execução dos painéis secundários do primeiro nível ............................................................ 169 8.3.4.7. Execução dos painéis dos restantes níveis ........................................................................... 169 8.4. SISTEMA CONSTRUTIVO DE CAVES ................................................................................................... 169 8.4.1. PREÂMBULO ................................................................................................................................ 169 8.4.2. FASES DE EXECUÇÃO DE PAREDES DE CAVES UTILIZANDO A TECNOLOGIA DE PAREDES MOLDADAS ... 170 8.4.3. FASES DE EXECUÇÃO DE PAREDES DE CAVES UTILIZANDO A TECNOLOGIA DE PAREDES TIPO BERLIM . 174 8.4.4. FASES DE EXECUÇÃO DE PAREDES DE CAVES UTILIZANDO A TECNOLOGIA DE JET GROUTING............. 178 8.4.5. FASES DE EXECUÇÃO DE PAREDES DE CAVES ESTABILIZADAS ATRAVÉS DE BANDAS DE LAJE ............. 178 8.5. CASOS DE OBRA ............................................................................................................................. 183 8.5.1. EXECUÇÃO DE QUATRO PISOS ENTERRADOS NUM EDIFÍCIO CENTENÁRIO EM LISBOA ........................ 183 8.5.2. CONTENÇÃO PERIFÉRICA E RECALÇAMENTO DO EDIFÍCIO Nº25 AV. DA REPÚBLICA, LISBOA .............. 185
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações xi 8.5.3. CONSTRUÇÃO DE UM PISO DE CAVE NUM EDIFÍCIO EM AVEIRO ........................................................ 187 9.CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................ 189 BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................................... 191
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações xii
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações xiii ÍNDICE DE FIGURAS Fig.1.1 - Fundação da parede por sucessivas camadas de troncos de madeira [84] ............................ 3 Fig.1.2 – Reforço da fundação da parede através da construção da nova fundação de betão [84] ...... 4 Fig.2.1 – Esquema de fundações diretas: a) sem sobrelargura; b) com sobrelargura [72] .................... 8 Fig.2.2 – Alguns tipos de fundações diretas de edifícios antigos em St. Petersburgo: 1-granito, 2pedras grandes, 3-pedras pequenas, 4-troncos de madeira, 5-camada de tijolo [52] ........................... 8 Fig.2.3 – Fundação semi-direta por poços encabeçados por arcos [62] ................................................ 9 Fig.2.4 – Esquema de fundação semi-direta através de poços: a) e b) encimados por arcos; b) com arcos invertidos [72] .............................................................................................................................. 10 Fig.2.5 – Representação da fundação de um edifício pombalino [adaptado de 62] ............................. 10 Fig.2.6 – Alguns tipos de fundações por estacas de madeira em St. Petersburgo: 1-granito, 2-camada de tijolo, 3-troncos de madeira, 4-estacas de madeira [52] .................................................................. 11 Fig.2.7 – Esquema: a) da preparação da plataforma de trabalho; b) da cravação das estacas [72] ... 11 Fig.2.8 – Esquema: a) da colocação das longarinas sobre as estacas; b) da colocação das travessas sobre as longarinas [72] ........................................................................................................................ 11 Fig.2.9 – Esquema da execução do massame de envolvimento da grelha [72] .................................. 12 Fig.2.10 – a) Fundação mista em estacas de madeira e poços com arcos: a) alçado; b) corte [72] ... 12 Fig.2.11 – Esquemas de diversas geometrias possíveis para sapatas isoladas [21] ........................... 13 Fig.2.12 – Esquema de conexão entre sapatas isoladas: uma com pilar excêntrico e outra com pilar centrado [adaptado 21] ......................................................................................................................... 14 Fig.2.13 – Agrupamento de sapatas através de vigas de travamento: a) representação; b) construção [adaptado de 46] ................................................................................................................................... 14 Fig.2.14 – Esquema representativo de sapatas corridas: a) para paredes; b) sob pilares [21] ........... 15 Fig.2.15 – Grelha de fundação: a) esquema; b) construção [adaptado de 46] .................................... 15 Fig.2.16 – Planta representativa de um ensoleiramento geral [adaptado de 6] ................................... 16 Fig.2.17 – Corte representativo de um ensoleiramento geral [6] .......................................................... 16 Fig.2.18 – Fundações semi-diretas por poços [24] ............................................................................... 17 Fig.2.19 – Estacas pré-fabricadas cravadas: a) de betão; b) metálicas; c) de madeira [91] ................ 18 Fig.2.20 – Estacas moldadas: a) de trado contínuo; b) escavada com lamas bentoníticas [91] .......... 18 Fig.2.21 – Saneamento das estacas para a posterior execução dos maciços de encabeçamento [91] ............................................................................................................................................................... 19 Fig.3.1 – Assentamentos ocorridos em edifícios perto de escavações suportadas [95] ...................... 24 Fig.3.2 – Movimentos associados a edifícios adjacentes a escavações suportadas [89] .................... 24 Fig.3.3 – Representação esquemática da disposição de elementos arqueológicos [55] ..................... 26 Fig.3.4 – a) Restos mortais danificados; b) Sarcófago encontrado nos trabalhos de reforço das fundações da Basílica St. Maria em Tongeren [41] .............................................................................. 26 Fig.3.5 – Princípio do nível ótimo e aceitável do risco [17] ................................................................... 29 Fig.3.6 – Representação de uma investigação insuficiente [20] ........................................................... 32 Fig.3.7 – Corte BB’ do subsolo da obra [adaptado de 20] .................................................................... 33 Fig.3.8 – Corte AA’ do subsolo da obra [adaptado de 20] .................................................................... 33 Fig.3.9 – Presença de blocos no local de implantação das fundações [90] ......................................... 34 Fig.3.10 – Influência da vegetação nas fundações [89] ........................................................................ 35 Fig.3.11 – Formação de cavidades nas camadas de solos devido à carsificação [89] ........................ 35 Fig.3.12 – Zona de sobreposição de tensões passível de assentar e provocar danos nos edifícios [adaptado de 96] ................................................................................................................................... 36 Fig.3.13 – Esquema da atuação do atrito negativo numa estaca [20] .................................................. 37 Fig.3.14 – Esquema representativo do efeito de Tschebotarioff [90] ................................................... 37 Fig.3.15 – Aplicação de diferentes sistemas de fundações numa estrutura [adaptado de 90] ............ 38 Fig.3.16 – Danos provocados por diferentes níveis de carregamento numa mesma estrutura [adaptado de 90] ................................................................................................................................... 38 Fig.3.17 – Fundações assentes em solos diferentes devido à escavação e posterior aterro [adaptado de 20] ..................................................................................................................................................... 40 Fig.3.18 – Fundação assente sobre um aterro mal executado [90] ...................................................... 40 Fig.3.19 – Desvios de execução entre o estipulado no projeto e o construído [90] ............................. 41 Fig.3.20 – Efeitos da deposição de materiais pesados na vizinhança de estruturas [adaptado de 90] 42
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações xiv Fig.3.21 – Colapso de um edifício devido à realização de uma escavação na sua proximidade [20] .. 43 Fig.3.22 – Erosão e consequentes danos nas fundações das pontes localizadas sobre o rio Ingazeira e Pojuca no Brasil [94] ........................................................................................................................... 43 Fig.3.23 – Deterioração do betão: a) Fissuração; b) Descamação; c) Delaminação; d) Quebras nos cantos [26] ............................................................................................................................................. 45 Fig.3.24 – Esquema da meteorização de uma fundação: N1-nível do terreno antes da escavação; N2nivel do terreno após a escavação [2] ................................................................................................... 45 Fig.4.1 - Investigação das fundações através de poços: a) esquema representativo; b) exame efetuado nos trabalhos de reforço das fundações do edifício principal da Universidade de Tartu [2, 5] ............................................................................................................................................................... 49 Fig.4.2 – Sondagem da fundação por furação: a) esquema representativo; b) furo realizado nos trabalhos de reforço das fundações da Basílica St. Maria em Tongeren [2, 42] .................................. 49 Fig.4.3 – Esquema de execução do ensaio Borehole Radar [23] ......................................................... 50 Fig.4.4 – Esquema de execução do ensaio sísmico paralelo [23] ........................................................ 51 Fig.4.5 – a) Vista da realização do ensaio SPT; b) Amostrador aberto após o ensaio [93] ................. 54 Fig.4.6 – Ensaio CPT(U): a) cones e equipamentos de registo de dados; b) equipamento de cravação [93] ......................................................................................................................................................... 55 Fig.4.7 – Esquema do ensaio de corte rotativo [97] .............................................................................. 56 Fig.4.8 – Esquema do ensaio Lugeon: a) obturador simples; b) obturador duplo [48] ......................... 57 Fig.5.1 - Equipamento de injeção do material de consolidação [99] ..................................................... 60 Fig.5.2 - Esquema da consolidação de fundações sem estrutura de contenção [55] .......................... 61 Fig.5.3 – Esquema da consolidação com auxílio de chapas metálicas [adaptado de 55] .................... 62 Fig.5.4 – Esquema da consolidação com auxílio de muretes de betão [adaptado de 55] .................... 63 Fig.5.5 – Esquema do reforço de fundação por alargamento da sua base [2] ..................................... 63 Fig.5.6 – Esquema de algumas geometrias possíveis aplicadas no alargamento de fundações contínuas [55] ........................................................................................................................................ 64 Fig.5.7 – Ligação do alargamento à fundação existente através: a) de varões; b) cinta de betão armado [55] ............................................................................................................................................ 64 Fig.5.8 – Alargamento conjugado com reforço da fundação: a) atravessando a própria fundação; b) atravessando a parede assente na fundação [55] ................................................................................ 65 Fig.5.9 – Alargamento executado só de um lado da fundação [55] ...................................................... 65 Fig.5.10 – Esquema do reforço de fundação por recalçamento [2] ...................................................... 66 Fig.5.11 – Esquema representativo de diferentes soluções mistas por recalce e alargamento [55] .... 67 Fig.5.12 – Esquema de escoramento possível durante os trabalhos de alargamento da fundação [55] ............................................................................................................................................................... 68 Fig.5.13 – Esquemas de escoramento possíveis durante os trabalhos de recalce da fundação [55] .. 68 Fig.5.14 – Esquema de reforço de uma sapata isolada por alargamento [22] ..................................... 69 Fig.5.15 – Reforço das fundações isoladas por alargamento, na obra de requalificação do Mercado do Bom Sucesso: a) introdução dos varões nos furos realizados na fundação; b) e b.1) construção da armadura de cintagem; c) construção da cofragem [85] ....................................................................... 70 Fig.5.16 – Escavação do terreno por troços alternados: a) equipamento de escavação; b) fundação visível e acessível aos trabalhos [55] .................................................................................................... 71 Fig.5.17 – Corte da fundação através de um disco [55] ........................................................................ 71 Fig.5.18 – Trabalho na fundação existente: a) perfuração; b) introdução dos varões fixados por buchas químicas [55] ............................................................................................................................. 72 Fig.5.19 – Trabalho na fundação existente: a) realização da armadura; b) execução da cofragem [55] ............................................................................................................................................................... 72 Fig.5.20 – Visão geral do trabalho de reforço por alargamento [55] ..................................................... 72 Fig.5.21 – Esquema de alargamento com reforço superior [9] ............................................................. 73 Fig.5.22 – Escavação do terreno por troços alternados: a) equipamento de escavação; b) fundação visível e acessível aos trabalhos [55] .................................................................................................... 74 Fig.5.23 – Execução do betão de limpeza e da armadura do recalce [55] ........................................... 74 Fig.5.24 – Visão da cofragem efetuada e do recalce betonado [55] ..................................................... 75 Fig.5.25 – Diferentes soluções de transferência de carga: a) argamassa com cimento expansivo; b) macacos planos perdidos; c) injeção de calda de cimento; d) injeção de resinas; e) calços ajustáveis [55] ......................................................................................................................................................... 75 Fig.5.26 – Realização do chanfro de canto [55] .................................................................................... 76 Fig.5.27 – Execução da armadura nos troços escavados de um dos lados da fundação [55] ............. 76
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações xv Fig.5.28 – Execução da metade da armadura correspondente ao outro lado da fundação [55] .......... 76 Fig.5.29 – Visão do recalce após a sua finalização [55] ....................................................................... 77 Fig.5.30 – Execução do antepoço: a) alçado; b) planta [32] ................................................................. 77 Fig.5.31 – Execução do escoramento do antepoço: a) alçado; b) planta [32] ...................................... 78 Fig.5.32 – Prolongamento e escoramento do antepoço sob a fundação a recalçar: a) alçado; b) planta [32] ......................................................................................................................................................... 78 Fig.5.33 – Continuação da escavação do poço sob a fundação até à profundidade desejada [32] .... 78 Fig.5.34 – Visão do recalce por poços realizado [32] ........................................................................... 79 Fig.5.35 – Planta da basílica, com as fases de escavação [51] ........................................................... 79 Fig.5.36 – Fases do recalce realizado [86] ........................................................................................... 81 Fig.5.37 – Escavação e entivação da zona da sapata [adaptado de 86] ............................................. 81 Fig.5.38 – Execução da armadura do recalce e da viga de travamento [adaptado de 86] .................. 81 Fig.5.39 – Betonagem do quadrante do recalce efetuado e da viga de travamento [adaptado de 86] 82 Fig.5.40 – Esquema da fundação existente e do reforço realizado: a) corte; b) planta [10] ................ 83 Fig.6.1 - Esquema clássico de reforço de fundações: a) corte; b) planta [4] ........................................ 86 Fig.6.2 – Estrutura reforçada pelo sistema “reticuli di pali radice“: a) alçado; b) planta do reforço das colunas [adaptado de 4] ........................................................................................................................ 87 Fig.6.3 – Processo de execução de microestacas moldadas: a) início da furação; b) furação até à cota pretendida; c) retirada do equipamento de furação; d) colocação da armadura e injeção da calda de cimento de preenchimento; e) injeção a alta pressão; f) maciço ou viga de encabeçamento [4] ........ 88 Fig.6.4 – Representação de algumas aplicações das microestacas: a) reforço de fundações; fundações de torres; c) estruturas de contenção de terras; d) estabilização de taludes [adaptado de 4, 54] .......................................................................................................................................................... 90 Fig.6.5 – Microestaca reforçada com barra Gewi: a) esquema geral; b) pormenor da barra [adaptado de 98] ..................................................................................................................................................... 91 Fig.6.6 – Esquema representativo da formação do “filtercake” [39] ..................................................... 92 Fig.6.7 – Esquema do preenchimento do furo com calda de cimento injetada [39] ............................. 92 Fig.6.8 – Aspeto final da microestaca [39] ............................................................................................ 92 Fig.6.9 – Esquema do reforço de uma microestaca através de um perfil tubular e de três varões de aço [4] .................................................................................................................................................... 93 Fig.6.10 – Exemplo de uma aplicação de microestacas Tipo 1 [4] ....................................................... 95 Fig.6.11 – Exemplo de uma aplicação de microestacas Tipo 2 [4] ....................................................... 96 Fig.6. 12 – Exemplo de um equipamento perfurador para a execução de microestacas [1]................ 98 Fig.6.13 – a) Varas de furação; b) Bits ou cabeças de furação [1] ....................................................... 98 Fig.6.14 – Perfis tubulares para microestacas: a) tubos manchete; b) pormenor da válvula manchete; c) elementos de união exterior [34] ..................................................................................................... 100 Fig.6.15 – Tubo tampão de fundo [34] ................................................................................................ 100 Fig.6.16 – Esquemas exemplificativos de ligação das microestacas aos restantes elementos da estrutura [4] ......................................................................................................................................... 102 Fig.6.17 – Sistemas de reação para ensaios de microestacas: a) à compressão; b) à tração [4] ..... 104 Fig.6.18 – Esquema representativo de reforço por atravessamento de microestacas [2].................. 105 Fig.6.19 – Recalçamento de uma fachada através de microestacas e vigas de recalçamento [8] .... 106 Fig.6.20 – Esquema de recalce de fundações com microestacas encabeçadas por vigas de betão armado que atravessam a fundação existente ou a parede que suporta: a) alçado; b) planta; c) perspetiva [1] ....................................................................................................................................... 107 Fig.6.21 – Esquema de recalce em consola: a) perspetiva; b) planta [36] ......................................... 108 Fig.6.22 – Esquema de reforço de sapatas isoladas [22] ................................................................... 108 Fig.6.23 – Fachada principal do Palácio Camposagrado [35] ............................................................ 109 Fig.6.24 – Parede interior: a) parcialmente em ruinas; b) com elementos de diferentes rigidezes [35] ............................................................................................................................................................. 110 Fig.6.25 – Esquema representativo das fases de execução relativas às paredes exteriores: a) 1º fase; b) 2º fase [35] ...................................................................................................................................... 111 Fig.6.26 – Esquema representativo das fases de execução relativas às paredes exteriores: a) 3º fase; b) 4º fase [35] ...................................................................................................................................... 111 Fig.6.27 – Esquema representativo das fases de execução relativas à parede interior: a) 1º fase; b) 2º fase [35] ............................................................................................................................................... 112 Fig.6.28 – Esquema representativo das fases de execução relativas à parede interior: a) 3º fase; b) 4º fase [35] ............................................................................................................................................... 113
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações xvi Fig.6.29 – a) Perspetiva da cortina de microestacas ancorada; b) perspetiva da cortina com camada de betão; c) perspetiva do recalce da parede interior [35] .................................................................. 113 Fig.6.30 – Trabalhos de escavação [63] ............................................................................................. 115 Fig.6.31 – Recalce das paredes interiores [63] ................................................................................... 115 Fig.6.32 – Soluções adotadas para a cortina periférica e para o recalce das fundações das paredes interiores [63] ....................................................................................................................................... 116 Fig.6.33 – Esquema em planta do reforço das paredes interiores a preservar [63] ........................... 116 Fig.6.34 – Esquema da planta do edifício [68] .................................................................................... 117 Fig.6.35 – Corte longitudinal 1-1 representado no esquema da planta [68] ....................................... 117 Fig.6.36 – Perspetivas do recalçamento: a) dos pilares de entrada; b) de pilares interiores; c) de pilares e paredes onde apoiam os balcões [68] .................................................................................. 118 Fig.6.37 – Vista do palácio no início da obra [66] ............................................................................... 119 Fig.6.38 – Esquema representativo do recalce: a) microestacas e grelha de vigas de recalçamento; b) pormenor do recalce realizado [67] ..................................................................................................... 119 Fig.6.39 – Recalce das paredes: a) grelha de vigas; b) visualização das microestacas realizadas [66] ............................................................................................................................................................. 120 Fig.6.40 – Contenção do palácio: a) planta esquemática; b) preparação do terreno para a construção da viga do 1º nível; c) execução da armadura da viga do 1º nível; d) montagem dos cabos de préesforço [67] .......................................................................................................................................... 120 Fig.6.41 – Contenção do palácio: a) perspetiva das vigas de cintagem; b) perspetiva da cortina de estacas moldadas [67] ......................................................................................................................... 121 Fig.7.1Comparação da aplicabilidade do jet grouting relativamente a outras técnicas de tratamento [58] ....................................................................................................................................................... 125 Fig.7.2 – Esquemas de algumas aplicações: a) recalce de fundações; b) cortinas de contenção; c) laje de fundo de contraventamento e impermeabilização; d) poço de contenção; e) consolidação do emboquilhamentos de túneis; f) reforço de ensoleiramentos; g) proteção de pilares de pontes contra a erosão; h) recalçamento de serviços que não podem ser deslocados [54] ........................................ 127 Fig.7.3 – Esquema do procedimento de execução do jet grouting: a) introdução da vara; b) saída do jato de água, de ar ou de ambos; c) elevação rotacional da vara com a injeção simultânea da calda para a criação de uma coluna; d) criação de uma parede de colunas [71] ........................................ 129 Fig.7.4 – Sistemas base de jet grouting: a) jet 1, b) jet 2 e c) jet 3 [71] .............................................. 130 Fig.7.5 – Representação do sistema Super Jet [75] ........................................................................... 131 Fig.7.6 – Sistema X-jet [88] ................................................................................................................. 132 Fig.7.7 – Esquema de estruturas em jet grout: a) cortina de colunas, b) painel simples; c) painel duplo [75] ....................................................................................................................................................... 132 Fig.7.8 – Elementos de jet grout: a) A - um quarto de coluna, B - meia coluna e C - coluna completa; b) painel [43] ........................................................................................................................................ 133 Fig.7.9 – Gamas dos diâmetros das colunas realizadas em solos incoerentes [18] .......................... 135 Fig.7.10 – Gamas dos diâmetros das colunas realizadas em solos coesivos [18] ............................. 136 Fig.7.11 – a) Coluna de teste; b) recolha de amostras [76] ................................................................ 137 Fig.7.12 – Refluxo originado durante os trabalhos de jet grouting [76] ............................................... 138 Fig.7.13 – Recalce da fachada do hotel por colunas de jet grout: a) corte; b) secção da coluna [73] 141 Fig.7.14 – Execução das colunas periféricas de jet grout [64] ............................................................ 141 Fig.7.15 – Esquema do recalçamento periférico realizado e da cortina de contenção e estanqueidade [64] ....................................................................................................................................................... 142 Fig.7.16 – Recalce dos pilares originais e construção dos novos pilares interiores [64] .................... 142 Fig.7.17 – Esquema dos trabalhos nos pilares interiores: a) reforço dos pilares existentes; b) construção dos novos pilares; c) demolição dos pilares originais [64] ............................................... 143 Fig.7.18 – Esquema em planta da laje de fundação: a) original; b) após o reforço [63] ..................... 143 Fig.7.19 – Trabalhos para a execução das colunas no interior do edifício [63] .................................. 144 Fig.7.20 – Esquema da ligação das colunas que não confrontam diretamente com o canal [63] ...... 144 Fig.7.21 – Esquema da ligação das colunas que confrontam diretamente com o canal [63] ............. 145 Fig.7.22 – Esquema da solução adotada [7] ....................................................................................... 145 Fig.7.23 – Esquema da transmissão de cargas para a cortina [7] ...................................................... 146 Fig.7.24 – Esquemas da cortina: a) planta; b) pormenor [7] ............................................................... 146 Fig.7.25 – Visão da cortina executada [62] ......................................................................................... 147 Fig.8.1Esquema representativo da parede moldada no solo [22] .................................................... 150
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações xvii Fig.8.2 – Casos de aplicação de paredes moldadas: a) obras no Campo Pequeno; b) Obras no edifício Revilla, em Lisboa [11] ............................................................................................................ 151 Fig.8.3 – Equipamento: a) silos de armazenamento e tanque de mistura; b) tanques de armazenamento das lamas bentoníticas; c) tanques de reciclagem das lamas bentoníticas; d) hidrofresa; e) balde de maxilas [83] .................................................................................................... 153 Fig.8.4 – Esquema representativo da construção de uma parede moldada: 1-muro guia; 2-escavação da trincheira para o painel; 3-colocação da armadura; 4-betonagem do painel [83] .......................... 154 Fig.8.5 – Execução de muros guia: a) escavação da vala; b) colocação da armadura; c) muros guia executados; d) muros guia construídos próximos de estruturas contíguas [33, 71] ........................... 156 Fig.8.6 – Esquemas de muros guia: a) tipo leve; b) tipo reforçado [22] ............................................. 157 Fig.8.7 – Esquema representativo da escavação de uma trincheira para a execução de um painel [83] ............................................................................................................................................................. 158 Fig.8.8 – Exemplos de soluções para escavações de forma alternada [22] ...................................... 159 Fig.8.9 – Alguns exemplos de diferentes tipos de juntas [71] ............................................................. 159 Fig.8.10 – Operação de colocação da armadura: a) elevação da armadura; b) introdução no interior da trincheira; c) armadura colocada [33, 83] ....................................................................................... 160 Fig.8.11 – Betonagem de um painel [74] ............................................................................................ 161 Fig.8.12 – Trabalhos de escavação [71] ............................................................................................. 162 Fig.8.13 – Esquemas em planta representativos de paredes tipo Berlim: a) definitiva; b) provisória [37] ............................................................................................................................................................. 164 Fig.8.14 – Fases de execução de uma parede tipo Berlim definitiva [37] .......................................... 165 Fig.8.15 – Detalhe das fases de execução da parede compreendidas entre a escavação dos painéis e a realização da sua cofragem para posterior betonagem [37] ............................................................ 165 Fig.8.16 – Esquema em planta representativo da colocação dos perfis ao longo do perímetro da escavação [45] .................................................................................................................................... 166 Fig.8.17 – Viga de coroamento: a) esquema representativo; b) perspetiva da armadura incorporando o perfil vertical [45, 80] ........................................................................................................................ 167 Fig.8.18 – Escavação dos painéis primários: a) esquema; b) situação em obra [45] ........................ 167 Fig.8.19 – Armadura de um painel: a) Execução; b) negativo na zona da ancoragem [71, 12] ......... 168 Fig.8.20 – Execução do painel: a) cofragem; b) betonagem [12] ....................................................... 168 Fig.8.21 – Execução do nível seguinte: a) painéis primários construídos e armadura dos painéis secundários executada; b) fim da construção dos painéis do nível e tensionamento das ancoragens [45] ....................................................................................................................................................... 169 Fig.8.22 – Construção de cave: a) escavação para a colocação dos pilares e execução das barretas; b) colocação dos pilares [55] ............................................................................................................... 172 Fig.8.23 – Construção de cave: a) construção da laje superior; b) escavação por níveis e construção da laje de cada um dos níveis [55] ...................................................................................................... 173 Fig.8.24 – Construção da cave: a) reforço das fundações; b) escavação e execução dos painéis do primeiro nível [55] ................................................................................................................................ 175 Fig.8.25 – Construção da cave: a) escavação e construção dos painéis do segundo nível de escavação; b) construção da laje superior [55] ................................................................................... 176 Fig.8.26 – Construção da cave: a) colocação em carga das sapatas isoladas; b) corte das microestacas [55] ................................................................................................................................ 177 Fig.8.27 – Construção da cave: a) instalação dos perfis; b) construção das bandas de laje [55] ...... 180 Fig.8.28 – Construção da cave: a) escavação do primeiro nível; b) construção dos painéis das paredes [55] ......................................................................................................................................... 181 Fig.8.29 – Construção da cave: a) construção do segundo nível; b) construção das fundações dos pilares, da laje de fundo, dos pilares e das restantes lajes [55] ......................................................... 182 Fig.8.30 – Vista das fachadas a preservar: a) perspetiva exterior; b) perspetiva interior [69] ........... 183 Fig.8.31 – Construção da parede tipo Berlim: a) escavação; b) construção da armadura [69].......... 184 Fig.8.32 – Estrutura de recalçamento: a) fiada de microestacas; b) vigas de recalçamento [69] ...... 184 Fig.8.33 – Estrutura de travamento: a) perspetiva em obra; b) esquema [69] ................................... 185 Fig.8.34 – Paredes a preservar: a) fachadas exteriores; b) paredes interiores [70] ........................... 185 Fig.8.35 – Estabilização das paredes através das bandas de lajes e das treliças metálicas [70] ..... 186 Fig.8.36 – Perspetiva do recalçamento das fachadas [70] ................................................................. 186 Fig.8.37 – Planta do edifício onde se pode observar a cortina de contenção periférica e os escoramentos [25] ............................................................................................................................... 187 Fig.8.38 – Travamento da cortina através de escoras metálicas [25] ................................................ 188
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações xviii
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações xix ÍNDICE DE QUADROS Quadro 5.1 – Composição das caldas injetadas em cada uma das fases [42] .................................... 80 Quadro 7.1 – Valores limite dos parâmetros intervenientes na tecnologia de jet grouting [18] ......... 134
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 4 escoras de madeira para realizar o escoramento gradual da escavação e da parede, à medida que se avançava em profundidade e se retirava a antiga fundação. Após se ter atingido a profundidade desejada e tendo-se removido a antiga fundação, construiu-se a cofragem para a nova fundação, betonando-se de seguida. Entre a fundação de betão e o fundo da parede foi deixado um espaço de 300 mm, posteriormente preenchido por uma mistura cimentícia de modo a assegurar a ligação entre a parede e a nova fundação de betão (Thorburn e Littlejohn,1993). Fig.1.2 – Reforço da fundação da parede através da construção da nova fundação de betão [84] Em suma, o procedimento dado por Alberti, tal como o trabalho executado no edifício Long Storehouse, constituem dois exemplos dos vários existentes na literatura técnica da área, que refletem a cuidadosa atenção que já se prestava aos problemas de fundações há várias centenas de anos. 1.4. ESTADO DA ARTE Atualmente existem várias técnicas de reabilitação e reforço de fundações, de entre as quais se destacam: As técnicas de consolidação do material de fundações, geralmente aplicadas a fundações de alvenaria cujo material se encontra degradado, por exemplo devido à percolação das águas subterrâneas e à sua agressividade ou à deficiente utilização das técnicas construtivas durante a execução das mesmas; As técnicas de alargamento de fundações aplicadas quando a capacidade de carga do terreno de fundação é suficiente, pretendendo-se corrigir uma deficiente execução das mesmas ou para fazer face a aumentos de carga transmitidas ao solo resultantes, por exemplo, de intervenções de remodelação nas estruturas;
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 5 As técnicas de recalçamento de fundações através de elementos de betão ou de betão armado, empregues quando a camada superficial do solo de fundação não possui as características adequadas para receber as cargas transmitidas pelas fundações, sendo por isso necessário conduzi-las para camadas mais competentes localizadas em profundidade; A tecnologia de microestacas utilizada quando se verificam carências do terreno de fundação, sendo reduzida a viabilidade de realizar um reforço superficial, pretendendo-se assim transferir as cargas para camadas mais profundas. As microestacas permitem reforçar as fundações pelo seu atravessamento ou com a sua execução nas proximidades das fundações a reforçar, sendo posteriormente solidarizadas a estas através de vigas de recalçamento; A tecnologia de jet grouting também aplicada quando se pretende conduzir as cargas transferidas pelas fundações para camadas de solo de melhores características mecânicas, situadas a maiores profundidades; A tecnologia de paredes moldadas e de paredes tipo Berlim definitivas que se revelam como ferramentas fundamentais na construção de paredes de caves sob edifícios existentes. Estas numa primeira fase funcionam como elementos de contenção e/ou estanqueidade, permitindo a escavação na zona da futura cave em segurança, e numa fase posterior funcionam também como elementos estruturais de suporte do próprio edifício. Apesar disto, salienta-se a relevância das tecnologias de microestacas e de jet grouting que pela sua versatilidade, grande adaptabilidade, bem como pela capacidade de se complementarem uma à outra, se afiguram como duas das técnicas mais importantes e mais frequentemente aplicadas nas soluções adotadas para este tipo de obras.
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Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 7 2 CARACTERIZAÇÃO DAS FUNDAÇÕES 2.1. CARACTERIZAÇÃO DAS FUNDAÇÕES DE EDIFÍCIOS 2.1.1. NOTA INTRODUTÓRIA No presente trabalho, considera-se que os edifícios antigos são aqueles construídos antes do surgimento do betão armado, com o recurso às tecnologias de construção tradicionais, para a execução das suas estruturas. Com o surgimento do betão armado, no início dos anos 40 do século XX, e tirando partido das suas vantagens, como a obtenção de grandes resistências e a maior facilidade de execução de peças geometricamente complexas, observou-se uma mudança profunda nas tipologias construtivas e nas dimensões das estruturas projetadas, que relegaram para segundo plano as tecnologias tradicionais. Deste modo, considera-se que um edifício antigo é aquele que apresenta, no mínimo, uma idade entre 50 a 60 anos, tendo por isso cumprido a função para o qual foi construído, admitindo-se um tempo de vida útil de 50 anos. Assim sendo, para além de uma grande história humana, estes contêm em si informações valiosas quanto aos materiais e técnicas de construção utilizadas pelos nossos antepassados, que permitem perceber melhor a evolução sofrida pelas tecnologias construtivas ao longo dos tempos (Appleton, 2011). Quanto aos edifícios recentes, estes caracterizam-se, na sua maioria, por uma estrutura de betão armado e apresentam uma idade inferior a 50 anos. 2.1.2. FUNDAÇÕES DE EDIFÍCIOS ANTIGOS Relativamente ao tipo de fundações existentes nos edifícios antigos, dependendo da sua profundidade, estas classificam-se essencialmente em três grupos: Fundações diretas ou superficiais (Figura 2.1 e 2.2), consistindo-se no prolongamento das próprias paredes resistentes, com a mesma largura ou um ligeiro alargamento, até ao terreno de fundação; Fundações semi-diretas, construídas através de poços de alvenaria de pedra, encimados por arcos de alvenaria de pedra ou tijolo (Figuras 2.3 e 2.4); Fundações indiretas ou profundas, através de estacaria de madeira, com o objetivo de se atingir as camadas resistentes situadas a maiores profundidades. As fundações diretas dos edifícios antigos são normalmente constituídas por sapatas isoladas, para os pilares, ou contínuas, para as paredes. Construídas através de alvenaria de pedra ou tijolo, estas
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 8 apresentam uma constituição semelhante à observada nas paredes resistentes, diferindo unicamente nos dois aspetos seguidamente expostos (Appleton, 2011): Na sobrelargura da fundação (Figura 2.1b). Esta deve-se essencialmente ao facto da fundação ser o elemento de transição entre a parede e o solo de fundação, que é muitas vezes o elemento menos resistente, sendo portanto necessário uma área de contacto superior à da parede para possibilitar a diminuição das tensões a um nível que garanta a segurança do terreno. Esta sobrelargura também pode estar subjacente à fase de construção das fundações, permitindo absorver erros de execução, quando esta não é conduzida com rigor, nomeadamente no que toca às dimensões; Na qualidade da alvenaria da fundação. Sendo a fundação o elemento de transição entre os elementos resistentes e o solo, é admissível que a sua resistência mecânica, conferida pelos seus materiais constituintes, se integre numa classe intermédia comparativamente com a dos anteriores. A sobrelargura anteriormente referida pode naturalmente não existir (Figura 2.1a), nomeadamente quando as fundações assentam sobre maciços de elevada resistência, como os maciços rochosos de granito, calcário ou basalto. Fig.2.1 – Esquema de fundações diretas: a) sem sobrelargura; b) com sobrelargura [72] Fig.2.2 – Alguns tipos de fundações diretas de edifícios antigos em St. Petersburgo: 1-granito, 2-pedras grandes, 3-pedras pequenas, 4-troncos de madeira, 5-camada de tijolo [52] No entanto, muitas vezes as camadas resistentes situavam-se a alguns metros de profundidade, o que inviabilizava a adoção de fundações diretas, a não ser que se executassem caves, de modo a que o
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 9 pavimento inferior se situasse a uma determinada cota que permitisse a sua realização, pelos processos já mencionados. Não sendo possível a realização da solução anteriormente descrita, ter-se-ia de recorrer a fundações semi-diretas ou profundas. Quanto às fundações semi-diretas existentes nos edifícios antigos (Figuras 2.3 e 2.4), estas consistem em poços (ou pegões), escavados localmente no solo de 3 em 3 metros (por exemplo), com uma secção transversal aproximadamente quadrada ou circular e com uma altura suficiente para se atingir as camadas resistentes do solo. Habitualmente, estes eram realizados em boa alvenaria de pedra, encontrando-se também aqueles que eram preenchidos por enrocamento de pedra misturado com argamassa (Appleton, 2011). Os poços são encimados por arcos, geralmente de tijolo maciço, de pedra ou mistos, sobre os quais nascem as paredes estruturais. A opção de arcos em detrimento de vigas, cuja conceção se afigura mais simples, explica-se por estes serem uma forma estrutural mais adequada a um material que não resiste à tração. Fig.2.3 – Fundação semi-direta por poços encabeçados por arcos [62] Para além dos arcos construídos nos seus topos, era usual também a realização de poços com arcos invertidos nas suas bases, cujo objetivo era possibilitar uma degradação mais homogénea das cargas nos diferentes poços, diminuindo assim os riscos de assentamentos diferenciais (Pires, 2009).
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 10 Fig.2.4 – Esquema de fundação semi-direta através de poços: a) e b) encimados por arcos; b) com arcos invertidos [72] No que toca às fundações profundas existentes nos edifícios antigos, estas materializam-se através de estacas de madeira (Figuras 2.5 e 2.6), que apresentam algumas limitações, nomeadamente no que se refere à natureza dos solos atravessados e aos seus limites de resistência. São necessárias camadas brandas e regulares, sem a presença de singularidades, como blocos de pedras, que possibilitem a cravação das estacas, sem a sua destruição na ponta, nem na cabeça, por ação do martelo bate-estacas. Possivelmente por estas razões, é que este tipo de solução está tão presente em edifícios localizados em zonas inundadas perto de rios e lagos, onde predominam camadas aluvionares brandas e areias regulares (Appleton, 2011). Outro cuidado a ter com este tipo de solução, está relacionado com alterações nas suas condições de humidificação. Isto porque, caso estas fiquem expostas ao ar, devido a rebaixamentos do nível freático, o risco de se degradarem por ação de fungos e bactérias é bastante alto. Fig.2.5 – Representação da fundação de um edifício pombalino [adaptado de 62]
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 11 Fig.2.6 – Alguns tipos de fundações por estacas de madeira em St. Petersburgo: 1-granito, 2-camada de tijolo, 3troncos de madeira, 4-estacas de madeira [52] Sempre que as camadas resistentes se situavam a uma profundidade mais elevada, também se adotava uma solução mista de estacaria de madeira onde assentavam poços de alvenaria de pedra. Para tal, procedia-se do seguinte modo (Pinto, 2014): Preparava-se a plataforma de trabalho, removendo-se as camadas superficiais do solo (Figura 2.7a); Seguidamente implantavam-se e cravavam-se as estacas de madeira (Figura 2.7b); Depois colocavam-se as longarinas sobre as estacas e as travessas sobre as longarinas (Figura 2.8); Posteriormente, realizava-se uma fixação conjunta das longarinas e das travessas à cabeça das estacas; Executava-se o massame de envolvimento da grelha e das cabeças das estacas (Figura 2.9); Por fim, construíam-se os poços e os seus arcos (Figura 2.10). Fig.2.7 – Esquema: a) da preparação da plataforma de trabalho; b) da cravação das estacas [72] Fig.2.8 – Esquema: a) da colocação das longarinas sobre as estacas; b) da colocação das travessas sobre as longarinas [72]
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 12 Fig.2.9 – Esquema da execução do massame de envolvimento da grelha [72] Fig.2.10 – a) Fundação mista em estacas de madeira e poços com arcos: a) alçado; b) corte [72] 2.1.3. FUNDAÇÕES DE EDIFÍCIOS RECENTES Tal como nos edifícios antigos, a classificação das fundações para os edifícios recentes faz-se em fundações diretas, semi-diretas e indiretas. Comparativamente aos edifícios antigos, estas diferem sobretudo nas dimensões e nos materiais utilizados para a sua execução, já que atualmente as fundações da maior parte dos edifícios são executadas em betão armado. Não há uma separação rigorosa entre as fundações ditas superficiais e as fundações ditas profundas, embora seja frequente aparecer, na literatura da especialidade, o seguinte tipo de distinção (Coelho, 1996): Fundações diretas ou superficiais (sapatas continuas, isoladas ou ensoleiramentos) D/B < 4 Fundações semi-profundas 4≤ D/B < 10 (pegões) Fundações indiretas ou profundas D/B ≥ 10 onde D corresponde à profundidade e B à largura ou diâmetro.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 13 Como se verá seguidamente, a distinção substancial entre as fundações superficiais e profundas reside no facto das fundações profundas aproveitarem o efeito de atrito dos terrenos laterais sobre o fuste enterrado das mesmas, para além da resistência do terreno de apoio da base. Quanto às fundações superficiais, estas são adotadas quando o terreno de fundação se encontra relativamente próximo da superfície. As solicitações são transmitidas ao terreno exclusivamente pela face inferior do elemento de fundação, sendo desprezada qualquer outra forma de transferência de cargas. Geralmente, estas são materializadas através de blocos, sapatas isoladas (para pilares), sapatas contínuas (para paredes), sapatas com vigas de equilíbrio, grelhas de fundação e ensoleiramentos gerais. Em regra as fundações superficiais não assentam diretamente sobre o terreno, mas sim sobre uma camada de regularização ou de limpeza. Os blocos de fundação são corpos prismáticos, cuja altura é maior que a menor dimensão da base (h>B), que suportam predominantemente esforços de compressão. Os blocos são elementos estruturais bastante rígidos e normalmente não armados, uma vez que neste tipo de fundação, a tensão máxima de tração não ultrapassa a correspondente tensão admissível para o betão. Este tipo de fundação só é aplicável em terrenos de fundação com grande capacidade resistente, já que a área de contacto com o solo é relativamente pequena (Barreiros Martins, 2002). Para além de em betão simples, os blocos podem também ser executados em betão ciclópico e alvenarias de pedra ou tijolo. A solução por blocos é geralmente aplicada quando a camada resistente se encontra entre 0.5 e 1 metro de profundidade (Melhado et al., 2002). Relativamente às sapatas, estas trabalham à compressão, bem como à flexão, pelo que necessitam de ser armadas para resistir a este tipo de solicitação, sem sofrerem fendilhação. Quanto às sapatas isoladas, estas transmitem para o solo as cargas recebidas por um pilar, podendo ser construídas com diversas geometrias e dimensões, de modo a fazer face às exigências e condicionantes existentes (Figura 2.11). Fig.2.11 – Esquemas de diversas geometrias possíveis para sapatas isoladas [21] Por vezes é necessário construir as fundações muito próximas dos limites de terreno de implantação, de modo a se rentabilizar mais as áreas úteis dos espaços, pelo que é comum, nestas situações, que não se consiga construir a sapata centrada com o pilar, ficando a carga excêntrica. Isto pode levar a sapata a rodar e a produzir momentos fletores e deslocamentos indesejados nos pilares.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 20
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 21 3 AVALIAÇÃO DA NECESSIDADE DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DE FUNDAÇÕES 3.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS Com os atuais ambientes urbanos cada vez mais densos, os espaços para a realização de construções novas são cada vez mais diminutos, o que tem originado a enorme importância que a reabilitação urbana tem assumido nas últimas décadas. Deste modo, ainda sendo habitual a construção de raiz (nos espaços livres existentes), a necessidade de intervenção no património edificado torna-se assim cada vez mais expressiva. As fundações de qualquer estrutura sendo responsáveis pela transmissão das cargas para o terreno, são elementos de enorme relevância no que toca ao comportamento mecânico da mesma. Assim sendo, o reforço de fundações é uma das operações mais recorrentes e relevantes, nos trabalhos de reabilitação, principalmente das estruturas antigas, mas também de algumas contemporâneas, cuja concretização se deve a vários fatores. Entre estes destacam-se as alterações das condições geológico-geotécnicas e hidrogeológicas dos solos, alterações estruturais e nas utilizações tipo dos edifícios, escavações contíguas às estruturas que causam descompressão do solo, incorreto projeto de fundações ou imperfeições de execução nas mesmas e as diversas patologias que podem afetar o seu desempenho, como a degradação dos seus materiais constituintes (Paulo e Branco, 2006 citados por Borges e Moreira, 2014). Nos edifícios, tal como nas restantes estruturas, quando estes sofrem deformações, que possam por em causa o seu desempenho ou originar o colapso de partes ou mesmo da sua totalidade, devido a movimentos das suas fundações ou devido a trabalhos que se desenvolvem nos mesmos, a determinação das causas dessas deformações é crucial para averiguar se a operação de reabilitação e reforço de fundações, por si própria, pode solucionar o problema. Em caso afirmativo, previamente à intervenção, é necessário adquirir um correto conhecimento do estado de equilíbrio do edifício, da condição das suas fundações, bem como da condição do solo de fundação, para que o trabalho de reabilitação e reforço das fundações seja bem-sucedido. Para tal os “caminhos” percorridos pelas cargas na estrutura necessitam de ser exaustivamente investigados, tal como os possíveis locais de concentração de esforços. À medida que os trabalhos se vão desenvolvendo, qualquer alteração identificada num destes aspetos deve ser registada, tomando-se as medidas adequadas de forma a garantir a segurança (Thorburn e Littlejohn,1993). A recolha da informação necessária deve ser feita a partir de um estudo aprofundado dos projetos da estrutura em causa e através de investigações “in situ”, como poços para a investigação das
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 22 fundações, furos para a medição do nível freático, etc. No entanto, é importante referir que a recolha desta informação se pode revelar uma árdua tarefa, já que muitas vezes não se conseguem obter os projetos que permitiram a construção da estrutura, podendo também ser difícil examinar as fundações, particularmente quando os meios de acesso e os espaços para os trabalhos investigatórios são exíguos. Anteriormente à execução dos trabalhos de reforço das fundações, outro aspeto a ter em especial atenção é a instalação dos suportes temporários. A sua necessidade geralmente é avaliada através da integridade da estrutura onde se intervém, pelo possível aumento temporário de pressões na zona onde se executam os trabalhos de reforço e pelo estado das fundações a serem reforçadas. Os suportes temporários podem ser materializados com diversos elementos e configurações e a sua interação com os elementos de reforço tem de ser tida em conta na fase de projeto. Nas fases finais das operações, é necessário um especial cuidado, aquando da retirada destas estruturas que garantem o apoio, já que se vai dar a transferência da totalidade das cargas para as fundações reforçadas (Goldberg et al., 1976). Como referido anteriormente, algumas formas de reabilitação e reforço envolvem operações de escavação para o aprofundamento ou alargamento das fundações existentes ou para a construção de novas fundações profundas ou caves. A realização de escavações remove parte do solo que confina e suporta as fundações, até a execução do trabalho estar terminada, pelo que é necessário assegurar todas as medidas necessárias para que a estrutura sujeita à intervenção se mantenha segura. Assim sendo, em alguns destes casos, a realização de paredes de contenção, apresenta-se como uma solução bastante eficaz, no que toca à necessidade de retenção de movimentos, aquando da realização deste tipo de trabalhos, que levam à retirada de parte do suporte e confinamento das fundações. Os trabalhos de demolição, que possivelmente possa ser necessário executar, como por exemplo no caso da demolição de um edifício antigo onde se pretende preservar as fachadas e paredes interiores, também devem ser tidos em conta na fase de projeto. Estes devem ser efetuados com precaução de modo a não danificar os elementos a preservar, bem como as estruturas adjacentes. Os projetos de reforço de fundações e de suporte temporário devem ter um carácter conservativo, uma vez que subsistem sempre incertezas, mesmo quando é possível a realização de um aprofundado estudo através dos arquivos respeitantes à estrutura e investigações “in situ” (Thorburn e Littlejohn,1993). Deste modo, pelo facto de acarretar riscos durante a sua execução e ser um processo moroso e consequentemente oneroso, o recalçamento de fundações só deve ser considerado em última análise. Por último, mostra-se evidente que a escolha da solução a adotar é dependente das condições geológico-geotécnicas e hidrogeológicas do local, do tipo e forma da estrutura, do valor da carga a suportar e das condições do local onde se executa o trabalho (Shvets et al., 1996). Em conclusão, o reforço de fundações é um domínio onde é necessário um envolvimento direto de todas as partes envolvidas, de forma a realizar uma adequada preparação, através dos estudos e investigações pertinentes acerca do local e da estrutura a intervir. A sua realização é originada por diversos fatores, devendo-se prestar os cuidados necessários no que toca aos trabalhos precedentes ao reforço das fundações, nomeadamente no que diz respeito às estruturas de suporte temporário. Por ser um tipo de obra geralmente complexo, envolvendo várias áreas da Engenharia Civil, onde surgem sempre incertezas e onde todos os trabalhos são diferentes de caso para caso, é importante que estas se situem do lado conservativo, de forma a minimizar os riscos a elas associados.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 23 3.2. FATORES NA ORIGEM DA NECESSIDADE DE REABILITAÇÃO E REFORÇO Genericamente, as causas que justificam os trabalhos de reabilitação e reforço de fundações podem ser classificadas em três grandes grupos: Trabalhos de remodelação; Trabalhos de proteção; Trabalhos de reparação e fortalecimento. Uma parte significativa do volume de trabalhos de reforço de fundações existentes, é devido à realização de obras de remodelação nos edifícios. Habitualmente, a este tipo de trabalhos estão subjacentes transformações nos edifícios, com o intuito de os dotar de novas e mais atualizadas utilizações, isto é, mudanças na sua utilização-tipo (Carreto, 1985). Segundo Coelho (1996), estas operações envolvem muitas vezes o aumento do número de pisos, de cargas de utilização e a supressão e substituição de divisórias e apoios, contribuindo todos estes fatores para alterações na distribuição de pressões transmitidas ao solo de fundação, surgindo assim a necessidade de melhorar e reforçar as fundações que se tornaram insuficientes. A remodelação de edifícios é efetuada por vários motivos, dando-se como exemplos a preservação de partes ou da totalidade de edifícios de relevo histórico, a adaptação aos novos códigos e regulamentações, a valorização comercial que se pode obter com a alteração das utilizações-tipo e também o facto de se minimizar as despesas com construções novas, aproveitando as já existentes, o que permite consequentemente uma poupança de recursos (Thorburn e Littlejohn,1993). Quanto ao segundo caso, os trabalhos de proteção podem ser necessários nas seguintes situações (Thorburn e Littlejohn,1993): Construção de novos edifícios (que em vários casos envolvem grandes escavações) na proximidade de edifícios existentes, que justifiquem a realização de trabalhos de reforço das fundações, bem como de estruturas de contenção, com o objetivo de limitar os movimentos; A construção de caves em edifícios existentes ou em edifícios em remodelação; A construção de novas estruturas subterrâneas, como túneis e condutas, cuja execução pode levar a grandes deslocamentos; O crescimento de árvores em solos argilosos, que causam variações do teor em água no solo, provocando assentamentos; A construção de estruturas com instalações mecânicas que possam causar grandes vibrações; Rebaixamento do nível freático. Como supracitado, a construção de caves é um dos muitos fatores que originam a necessidade de se reforçar as fundações de um edifício, já que as escavações necessárias à sua execução provocam deslocamentos suscetíveis de por em causa o equilíbrio do edifício onde se realizam as obras, ou dos edifícios contíguos. Deste modo, é pertinente a menção ao gráfico apresentado na Figura 3.1, interpretado por Peck (1969) e citado por Thorburn e Littlejohn (1993), que mostra os deslocamentos verticais passíveis de ocorrer em função da distância às fachadas dos edifícios, perto dos quais se executam escavações suportadas. Os assentamentos e as distâncias são adimensionais, já que se apresentam sob a forma de uma fração onde o denominador é a profundidade máxima da escavação. Apesar deste gráfico ter sido realizado para um conjunto relativamente pequeno de observações (em diferentes tipos de solos), este é bastante útil na medida em que possibilita uma avaliação aproximada dos assentamentos que os edifícios na proximidade da escavação podem experimentar, o que é uma
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 24 informação fundamental aquando da realização de trabalhos de reforço de fundações (Thorburn e Littlejohn,1993). Chama-se a atenção para o facto das zonas apresentadas no gráfico dizerem respeito aos diferentes tipos de solos onde as escavações e as observações foram realizadas. Fig.3.1 – Assentamentos ocorridos em edifícios perto de escavações suportadas [95] Para além dos movimentos verticais, as escavações suportadas provocam também movimentos horizontais. As deformações sofridas pelos edifícios contíguos às escavações são dependentes dos tipos dos solos, do seu estado e do tipo de sustentamento dado à escavação (Figura 3.2), assumindo tipicamente a forma convexa ou côncava (Viana da Fonseca, 2005). Fig.3.2 – Movimentos associados a edifícios adjacentes a escavações suportadas [89] Por último, o terceiro caso, está relacionado com a degradação progressiva quer da capacidade de suporte do terreno, usualmente relacionada com fenómenos de erosão ou de alteração do nível freático, quer das fundações, como o apodrecimento das estacas de madeira devido ao rebaixamento dos níveis de água subterrâneos e a corrosão das estacas metálicas devido a ações químicas ou eletrolíticas (Carreto, 1985). Assentamento Altura máxima da escavação % Distância à escavação Altura máxima da escavação Zona I: Areia e argila mole a dura; Zona II: Argila muito mole a mole até uma profundidade pequena relativamente ao fundo de escavação; Zona III: Argila muito mole a mole até uma profundidade significativa relativamente ao fundo da escavação.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 25 A construção de fundações em betão armado em meios agressivos, onde a presença de determinadas substâncias químicas, como os sulfatos, que levam à destruição das camadas superficiais do betão, provocando consequentemente corrosão das armaduras, é também um motivo para se proceder a trabalhos de reparação e reforço das fundações (Shvets et al., 1996). Erros no estudo, projeto e construção das fundações também podem estar na origem dos trabalhos de reparação e reforço. Entre estes referem-se o insuficiente estudo do solo, fundações excêntricas em relação à carga, falta de consideração da sobrecarga atuante no nível térreo do edifício, estacas não cravadas até à profundidade adequada, rotura das estacas, sobretudo por sobrecravação, estacas com defeitos de execução na sua cravação ou betonagem, atrito negativo provocado pelo assentamento do terreno, que leva à ultrapassagem da capacidade de carga disponível na estaca, etc. 3.3. ASPETOS QUE INFLUENCIAM OS TRABALHOS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO A execução de obras de reabilitação e reforço de fundações é influenciada por distintos fatores, aos quais as soluções propostas têm de se adaptar. Entre estes evidenciam-se os relacionados com o congestionamento do subsolo, a preservação de artefactos arqueológicos e os espaços e acessos disponíveis na obra. O congestionamento do espaço subterrâneo é um dos principais aspetos que afeta os trabalhos de reabilitação e reforço de fundações em áreas urbanas e será cada vez mais significativo à medida que estas se desenvolvem de dia para dia. Este congestionamento é caracterizado pela presença de túneis subterrâneos, construídos para a circulação do metro, veículos ou peões e infraestruturas de serviços, como as instalações de abastecimento de água, energia, saneamento básico, etc. O movimento, a reparação ou substituição de qualquer uma destas infraestruturas é extremamente dispendioso, moroso e causaria inúmeros contratempos aos seus proprietários e utilizadores, pelo que a sua existência implica a adoção de soluções de reforço de fundações capazes de não comprometer a sua integridade e desempenho. Sempre que se realize qualquer obra nas proximidades destas infraestruturas, as entidades e indivíduos de direito têm de ser informados (Butcher et al. 2006). Quanto à questão da preservação dos artefactos arqueológicos (Figura 3.3), esta é de grande interesse, na medida em que estes permitem reconstruir e perceber o meio natural inicial e as sucessivas ações humanas que aí se desenrolaram, sendo pois elementos chave para a compreensão das civilizações da antiguidade, bem como da história dos locais.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 26 Fig.3.3 – Representação esquemática da disposição de elementos arqueológicos [55] A maioria das cidades, principalmente nos seus centros históricos (onde as operações de reabilitação são muito comuns), é propensa a possuir artefactos ou vestígios arqueológicos nos seus subsolos, conhecendo-se em muitos casos o seu paradeiro. Assim sendo, em muitos centros urbanos as leis municipais obrigam a presença de determinadas autoridades em obras que envolvam escavações, de forma a se assegurar a proteção dos bens arqueológicos. Em zonas arqueológicas particularmente importantes, o tipo e profundidade das fundações que é passível construir também são restritos, para não se danificarem os possíveis artefactos aí existentes (Figura 3.4). Esta restrição condiciona consequentemente o leque das soluções de reforço de fundações passível de adotar (Butcher et al. 2006). Fig.3.4 – a) Restos mortais danificados; b) Sarcófago encontrado nos trabalhos de reforço das fundações da Basílica St. Maria em Tongeren [41] Por fim, os acessos para a mobilização de equipamentos e a amplitude dos espaços para a sua circulação e manuseamento, são também eles aspetos que influenciam o tipo de tecnologia de reforço
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 27 a adotar, uma vez que diferentes técnicas exigem equipamentos distintos, tanto no seu modo de operação, como na sua dimensão e forma. 3.4. CARACTERÍSTICAS COMUNS AOS TRABALHOS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO Quaisquer trabalhos de reabilitação e reforço de fundações, independentemente dos motivos que estejam na sua origem, são afetos a certas características comuns. Seguidamente apresentam-se aquelas que mais se evidenciam. Previamente à execução do reforço de fundações, uma análise da estrutura a ser recalçada deve ser realizada, tendo como objetivos a determinação das cargas atuantes nas fundações e dos percursos realizados pelas mesmas ao longo da estrutura, tal como referido em 3.1. Este é um trabalho exigente, que requer da parte do engenheiro projetista um adequado espirito crítico no estudo dos elementos de projeto existentes e na observação da estrutura em intervenção. Com esta avaliação, pretende-se obter informações esclarecedoras fundamentalmente quanto à definição dos elementos resistentes verticais, espessura das paredes, direção das cargas nos pavimentos, espessura exata e constituição dos pavimentos, tipo e materiais da construção, sobrecargas nos pavimentos e o fator sísmico (Carreto, 1985). Porém, também como mencionado em 3.1, são muitas as vezes em que os elementos do projeto estão incompletos e desatualizados ou simplesmente não existem. Isto deve-se ao facto destes não conterem as alterações que se processaram nos edifícios no decorrer do tempo e devido aos edifícios serem muito antigos, respetivamente. Quando isto sucede, existem logo adversidades na estimativa das cargas elementares, sendo-se forçado a desenvolver os trabalhos com dados insuficientes. Posto isto, tendo em vista a diminuição das incertezas, é necessário realizar uma vistoria especialmente cuidada do edifício a intervir, onde segundo Coelho (1996), a experiência do engenheiro pode influenciar a recolha de um maior ou menor conjunto de informações, tais como: As formas como os esforços são transmitidos e como ocorrem as consequentes deformações, podem muitas vezes ser inferidas pelas fissuras existentes; O exame de todos os pavimentos é indispensável, já que a extrapolação dos resultados da análise de uns pisos para outros pode revelar-se perigosa, principalmente em edifícios antigos, onde as variações entre pisos são bastante frequentes; A estrutura das paredes pode ser deduzida através de alguns sinais, como o facto dos pilares surgirem frequentemente mais escuros sob fundos mais claros das paredes. A auscultação das mesmas possibilita também distinguir zonas maciças e de enchimento. O estudo dos elementos de projeto e as observações anteriormente referidas, para além da determinação das cargas e da sua distribuição, possibilitam também avaliar a rigidez da estrutura e a sua sensibilidade às deformações (Carreto, 1985). Sendo as obras de reforço de fundações propensas a pequenos movimentos da estrutura interessada, os conceitos de rigidez, flexibilidade, fragilidade e ductilidade são imprescindíveis para perceber se a construção é mais ou menos sensível, refletindo-se na importância das precauções a tomar (Coelho, 1996). A análise das fissuras pode possibilitar a dedução das causas das deformações nas construções, como referido anteriormente. No entanto, se se pretender avaliar a evolução sofrida por essas deformações, deve-se ter a capacidade de distinguir (Coelho, 1996):
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 28 As fissuras mais recentes das mais antigas, através da coloração e preenchimento de material que possuem; O desenvolvimento mais recente das fissuras e o aparecimento de novas, nomeadamente na fase de execução dos trabalhos, para o que poderá ser necessário recorrer a testemunhos. Estes dados permitem detetar a formação de novas fissuras e concluir se as já existentes estão ou não em fase de estabilização, sendo informações bastante importantes para o controlo das operações de reforço e para garantir a segurança da estrutura onde se realizam as obras, bem como das adjacentes. Por fim, os reconhecimentos geológico-geotécnico e hidrogeológico devem ser detalhados, determinando-se o comportamento mecânico dos solos, as condições da água nos solos, a localização do “bed-rock”, de material compressível e de aterro (Carreto, 1985). 3.5. GESTÃO DOS RISCOS ASSOCIADOS AOS TRABALHOS DE REFORÇO Assim como na generalidade das atividades de construção, as obras de reabilitação e reforço de fundações compreendem riscos, quer pela sua singularidade e pelo nível de incertezas, quer pelo grau de restrições e condicionantes que existem. Os riscos e as incertezas estão intimamente relacionados, sendo a principal diferença entres estes o facto do risco ser razoavelmente objetivo, logo quantificável, enquanto que as incertezas são geralmente mais subjetivas e normalmente não quantificáveis (Doran et al., 2009). Vulgarmente está sempre associada uma conotação negativa ao conceito de risco, o que não é totalmente correto, já que em qualquer empreendimento, há a possibilidade de ocorrência de eventos cujas consequências podem ser benéficas ou ameaças ao sucesso. No entanto, é comum enfocar-se potenciais danos humanos, materiais e económicos que podem suceder (Doran et al., 2009). Deste modo, pode-se definir risco, como sendo a combinação da probabilidade de um dado evento e as suas consequências ocorrerem ou, alternativamente, como sendo a probabilidade de existirem desvios relativamente aos resultados esperados. Posto isto, apontam-se de seguida alguns dos riscos mais significativos nos trabalhos de reforço de fundações: Danos, instabilidade, ou no limite colapso estrutural, na estrutura em que se intervém ou nas estruturas adjacentes; Possibilidade de danificar infraestruturas, como túneis e instalações de serviços de água, gás e eletricidade, durante as operações de perfuração, cravação, vibração e por assentamentos ou impactos; Possibilidade de colapso das escavações, que possa ser necessário realizar, se não forem adequadamente suportadas ou se ocorrer infiltração de água; Riscos associados ao transporte e manuseamento de equipamentos em espaços muitas vezes exíguos e de difícil acesso; Riscos de saúde através da exposição a vapores, ruídos e vibrações em espaços confinados, mas também a possibilidade de contacto direto ou indireto com agentes contaminantes. Através da execução de um projeto cuidadoso e da aplicação de um plano de gestão de risco apropriado, os riscos inerentes aos trabalhos de reforço de fundações podem ser controlados e mitigados. A execução do projeto requer uma boa compreensão geotécnica e estrutural do local onde
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 29 se intervém, sendo a recolha e análise das informações necessárias uma tarefa essencial para o sucesso da obra. Quando este trabalho de recolha e análise de informação é bem executado os riscos são menores, porém quando isto não acontece os riscos aumentam e os cuidados necessários a precaver são maiores. A gestão do risco é deste modo parte fundamental dos trabalhos e é feita através da seguinte metodologia (Butcher et al. 2006): Identificação dos potenciais riscos através da informação recolhida e dos estudos e investigações realizados, como por exemplo no que diz respeito à condição das fundações existentes, ao seu modo de operação, etc; Análise dos principais riscos identificados e avaliação da suficiência dos estudos e investigações realizadas; Tomada das medidas necessárias para mitigar os riscos existentes; Controlo durante e após a execução dos trabalhos através da monitorização para confirmar as hipóteses de projeto. Tradicionalmente era assumido que ao se propor a solução com menores custos, os interesses dos clientes eram servidos, deixando-se muitas vezes a questão dos riscos para segundo plano. A minimização dos custos tinha então um peso bastante significativo nos critérios de decisão. No entanto, esta atitude evidenciada face à escolha da solução a adotar tem vindo a mudar nas últimas décadas, uma vez que cada vez mais se reconhece que a solução menos dispendiosa pode não ser a mais apropriada à luz dos atuais códigos e regulamentos, que especificam o nível de risco aceitável para a sociedade, que tem de ser respeitado. Com isto pretende-se assegurar a segurança pública e garantir que as construções são fiáveis. Para ilustrar o exemplo acima referido, na Figura 3.5 representa-se o princípio do nível de risco ótimo e aceitável. Como se pode verificar, a solução ótima em termos de custos não é suficiente para garantir a segurança exigida, impondo-se pelos códigos e regulamentos uma solução mais segura e consequentemente mais dispendiosa (Butcher et al. 2006). Fig.3.5 – Princípio do nível ótimo e aceitável do risco [17] Custo total Nível ótimo do risco Nível aceitável do risco Custo do empreendimento Custo dos riscos Custos Maior nível de investimento Sentido para um menor risco
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 36 Um caso típico de patologias envolvendo o comportamento do solo é a adoção do perfil de projeto otimista, sem se realizar uma correta caracterização das singularidades presentes no subsolo, como a presença de camadas de menor resistência ou compressíveis. Quanto a alguns dos problemas relacionados com mecanismos de interação solo-estrutura, as suas causas podem dever-se (Milititsky et al., 2005 citados por Viana da Fonseca, 2006): À sobreposição de tensões, que conduzem a assentamentos dos solos na zona de intersecção das mesmas e consequentemente das estruturas fundadas nesse local (Figura 3.12); Fig.3.12 – Zona de sobreposição de tensões passível de assentar e provocar danos nos edifícios [adaptado de 96] A estacas ou grupos de estacas fundados numa camada resistente de pequena espessura, sobreposta a uma camada mais frágil, como solos argilosos moles. Daqui pode resultar o colapso da camada resistente devido a fenómenos de compressibilidade ou consolidação da camada de argila mole, resultando na rotura das fundações; Erro no cálculo da resistência de um grupo de estacas. Este não pode ser feito somando as cargas de rotura das estacas consideradas individualmente, pois isto pode resultar num valor superior ao real; Não consideração da possível ocorrência de atrito negativo, que diminui a capacidade de carga das estacas, provocando assentamentos (Figura 3.13);
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 37 Fig.3.13 – Esquema da atuação do atrito negativo numa estaca [20] À formação de encurvadura de estacas esbeltas em solos moles, devido à falta de travamento; “Efeito de Tschebotarioff”, que ocorre, por exemplo, quando se constroem aterros de geometria assimétrica sobre solos moles, levando a compressões distintas da camada e à produção de solicitações horizontais nas estacas, pondo em causa o seu desempenho (Figura 3.14). Fig.3.14 – Esquema representativo do efeito de Tschebotarioff [90] No que toca às patologias motivadas pelo desconhecimento do verdadeiro comportamento das fundações, destacam-se as seguintes: Estruturas fundadas através de diferentes sistemas de fundação sem a execução de juntas, isto é, em certas partes da estrutura esta encontra-se fundada em fundações superficiais e noutras partes através de fundações profundas (Figura 3.15). Entre outras razões, este tipo de solução pode ser motivada, pela variação das solicitações e pela localização das camadas de solo resistentes. Assim sendo, pela concretização deste tipo de solução, gerase uma incompatibilidade de assentamentos e consequentemente danos na estrutura;
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 38 Fig.3.15 – Aplicação de diferentes sistemas de fundações numa estrutura [adaptado de 90] Existência de níveis de carregamento bastante distintos numa mesma estrutura, constituída por um único sistema de fundação sem a realização de uma junta, o que provoca assentamentos diferenciais (Figura 3.16). Fig.3.16 – Danos provocados por diferentes níveis de carregamento numa mesma estrutura [adaptado de 90] Relativamente às patologias relacionadas com a estrutura da fundação, evidenciam-se as seguintes causas (Milititsky et al., 2005 citado por Carvalho, 2010): Erros na determinação das solicitações atuantes nas fundações; Conceção do projeto de fundações sem a avaliação das cargas variáveis e acidentais, que possam sobrecarregar as mesmas; Consideração apenas das cargas máximas durante a execução do projeto, não se tendo em conta as cargas mínimas, o que em certos casos pode conduzir à formação de esforços de tração que não foram tidos em conta no projeto de fundações;
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 39 Reforço das fundações com armaduras muito densas ou complexas que provocam dificuldades no momento da sua execução ou mesmo deficiências construtivas; Ligação defeituosa entre diferentes elementos estruturais, como a ligação de estacas aos maciços de encabeçamento, levando à degradação dos elementos e pondo em causa o bom desempenho do sistema. Quanto às patologias resultantes de erros relativos às especificações construtivas ou da sua inexistência apontam-se as seguintes : a) Problemas em fundações superficiais: A não descrição do tipo e das características do solo onde se vão executar as fundações; Erros na localização e nas cotas de implantação das fundações, não sendo atingidas as camadas com as características de resistência e deformabilidade exigidas; A não pormenorização das características do betão, da espessura de recobrimento a garantir, má pormenorização das armaduras, etc; A não especificação de medidas de proteção das fundações contra a erosão e os agentes agressivos do meio. b) Problemas em fundações profundas: Não especificação das profundidades mínimas a atingir pelas estacas, o que possibilita a incorreta transferência das cargas para o solo; A não pormenorização do modo como se devem realizar as emendas, bastante importantes nos elementos submetidos a solicitações de tração, corte e flexão, pois a sua má concretização pode criar zonas de fragilidade; A utilização de equipamentos com características desadequadas para a execução das fundações, como por exemplo, comprimento insuficiente das ferramentas, que põem em causa a qualidade das fundações construídas. Finalmente, é importante referir que a construção de fundações em aterros não é aconselhável, pois estes facilmente sofrem assentamentos, caso não se tomem cuidados especiais na sua construção. Os assentamentos de fundações assentes sobre aterros podem dever-se (Logeais, 1971 citado por Araújo, 2000): À deformação do próprio aterro, devido ao seu peso próprio ou às cargas transmitidas pelas fundações de estruturas sobre ele construídas; A deformações nas camadas de solo localizadas subjacentes ao aterro, provocadas pela alteração de tensões, devido ao peso do aterro e às cargas transmitidas pela superestrutura. 3.7.3. EXECUÇÃO DAS FUNDAÇÕES A execução das fundações representa também numa fonte significativa de patologias, pelo que é necessário uma rigorosa fiscalização nesta fase da obra, para que se assegure a realização das mesmas de acordo com o estipulado no projeto. Os problemas podem estar relacionados com limitações ou condicionantes tecnológicas e de equipamentos, erros na aplicação e manuseamento dos materiais, inexperiência e falta de habilidade dos operários e ausência de supervisão dos trabalhos. As patologias decorrentes da fase de construção das fundações podem ser divididas em problemas relacionados com a execução das fundações superficiais e profundas.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 40 Deste modo, de seguida expõem-se as patologias mais comuns associadas a cada um deste tipo de fundação (Milititsky et al., 2005 citados por Viana da Fonseca, 2006; Logeais, 1971 citado por Araújo, 2000): a) Patologias relacionadas com a execução de fundações superficiais: O desenvolvimento de assentamentos diferenciais provocados pela execução das fundações em solos com características e comportamentos distintos. Este é um problema corrente quando a camada resistente, onde serão implantadas as fundações, é destruída devido a escavações excessivas, sendo posteriormente necessário aterrar essas zonas, para a implantação das fundações se dar à mesma cota (Figura 3.17); Fig.3.17 – Fundações assentes em solos diferentes devido à escavação e posterior aterro [adaptado de 20] Utilização de materiais desadequados ou mal dispostos e compactados para a execução de aterros, conduzindo a assentamentos, rotações, etc. nas fundações aí executadas (Figura 3.18); Fig.3.18 – Fundação assente sobre um aterro mal executado [90] Construção das fundações em níveis distintos, o que leva a possíveis instabilidades nas fundações situadas em cotas superiores; Roturas em tubagens de sistemas de abastecimento de água ou de recolha de águas pluviais ou residuais, existentes nas proximidades, provocados pela realização dos trabalhos, cujo derrame leva à perda de resistência do solo de fundação; Erros quanto à dimensão e geometria das fundações, o que altera as tensões desenvolvidas e transmitidas ao solo, podendo levar ao mau desempenho das mesmas (Figura 3.19);
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 41 Fig.3.19 – Desvios de execução entre o estipulado no projeto e o construído [90] Conceção das fundações sem a realização da camada de regularização, levando a que o betão fique diretamente em contato com os agentes agressivos do meio e pondo em causa o recobrimento necessário a garantir; Problemas durante a betonagem das fundações, relacionados com a presença de água, com a vibração ou com a densidade e disposição das armaduras, que conduzem ao enfraquecimento das qualidades do betão e à criação de vazios. b) Patologias associadas à construção de fundações profundas: A construção das estacas em locais diferentes daqueles indicados no projeto, que impede a correta transferência das cargas para o solo; Erros quanto à geometria e dimensões das estacas, que levam a uma diminuição da sua resistência, e desvios relativamente à inclinação indicada no projeto, que alteram a distribuição de cargas projetada. Estes problemas podem levar assim à instabilidade da estrutura suportada; Deformações provocadas pela deficiente ligação entre as estacas e os maciços de encabeçamento; Desrespeito da profundidade mínima requerida, levando a que as estacas não atinjam a camada resistente, podendo provocar assentamentos e comprometendo o desempenho das mesmas; Danos provocados nas estacas devido a má betonagem ou a obstruções existentes; Corrosão da armadura das estacas ou da própria estaca, no caso de esta ser metálica; Nas estacas de madeira, surgem problemas de origem orgânica, como o ataque de fungos e bactérias, quando estas ficam expostas ao ar livre, devido ao rebaixamento do nível freático. Isto leva à deterioração das mesmas e consequentemente põe em causa a segurança da estrutura; Danos, como fissuração ou rotura, devido à excessiva energia de cravação, no caso de estacas cravadas. Na cravação das mesmas também se pode dar o levantamento de outras estacas cravadas na vizinhança, bem como a diminuição da resistência do solo envolvente. 3.7.4. EVENTOS APÓS A CONSTRUÇÃO DAS FUNDAÇÕES A ocorrência de certos eventos posteriores à execução das fundações, quer sejam devidos a intervenções antrópicas quer a fenómenos naturais, podem ser também indutores de patologias nas
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 42 fundações e consequentemente provocar danos na estrutura por elas suportadas, podendo por mesmo em causa a sua segurança e estabilidade. Assim sendo, para este tipo de casos, as patologias das fundações podem dever-se, genericamente, a alterações nas cargas da estrutura, a movimentos do solo devido a ações externas, a sismos e a vibrações e impactos. Tal como já foi referido em 3.2, as obras de remodelação de estruturas e a alteração da utilização-tipo dos edifícios são duas das principais razões que conduzem à necessidade de executar intervenções de reabilitação e reforço de fundações. Isto deve-se ao facto deste tipo de obras implicarem a realização de transformações nas estruturas, que normalmente provocam incrementos nas cargas transmitidas às fundações, como também alterações na sua distribuição. Caso as fundações não sejam reforçadas para suportar o acréscimo de cargas, estas não conseguem resistir ao novo carregamento, o que acabará por provocar o assentamento e a fissuração das mesmas e danos na superestrutura. Quanto às patologias induzidas por movimentos do solo devido a ações externas, estas estão associadas: À construção de novas estruturas nas vizinhanças de uma estrutura já existente, sem o cuidado de realizar uma junta de separação entre elas (Logeais, 1971 citado por Araújo, 2000); À deposição de materiais pesados, em quantidades significativas, nas vizinhanças de uma estrutura já existente. Isto leva a um aumento de tensões no solo podendo conduzir a assentamentos das fundações, caso estas sejam superficiais, ou à geração de um impulso em fundações por estacas (Figura 3.20); Fig.3.20 – Efeitos da deposição de materiais pesados na vizinhança de estruturas [adaptado de 90] À realização de escavações nas proximidades de estruturas, que provocam movimentos no solo, alterando as tensões iniciais e possivelmente a posição do nível freático. Na Figura 3.21 apresenta-se o exemplo do colapso de um edifício em Xangai, motivado pela realização de uma escavação na sua proximidade, para a execução de um parque automóvel subterrâneo;
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 43 Fig.3.21 – Colapso de um edifício devido à realização de uma escavação na sua proximidade [20] À erosão do solo envolvente das fundações (Figura 3.22), que é um fenómeno bastante comum em fundações de pontes, onde o material do fundo do rio vai sendo removido por arrastamento através da força das correntes existentes. Isto leva a que as fundações fiquem muito vulneráveis às ações exteriores, aumentando consideravelmente a possibilidade de sofrerem danos. Portanto, as cotas das fundações devem ser definidas tendo em conta a erosão prevista para o leito do rio (Vitório e Carneiro de Barros, 2012). No caso dos edifícios, a erosão do solo de fundação, pode ser devida à rotura de tubagens de infraestruturas de serviços, como de abastecimento de água ou de recolha de águas residuais. A água procura caminhos de percolação através dos meios porosos e o regime de escoamento criado pode levar ao arrastamento das partículas finas, originando vazios que provocam assentamentos. Para além de assentamentos, a erosão provoca também problemas de capacidade de carga. Fig.3.22 – Erosão e consequentes danos nas fundações das pontes localizadas sobre o rio Ingazeira e Pojuca no Brasil [94]
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 44 A ocorrência de sismos surge também com uma das causas mais relevantes de geração de patologias, nomeadamente nos monumentos históricos e edifícios mais antigos, cuja construção não seguiu as especificações construtivas e de dimensionamento atualmente existentes nos códigos e regulamentos, que tornam as construções contemporâneas mais seguras relativamente a este fenómeno natural. A extensão dos danos provocados por um sismo depende não só da magnitude e da intensidade do mesmo, mas também do tipo de construção praticada no local onde este ocorre, nomeadamente do sistema de fundações adotado, bem como das suas características de resistência, rigidez e ductilidade. Segundo Viana da Fonseca (2005), as grandes sapatas corridas e os ensoleiramentos gerais apresentam maior segurança que as sapatas isoladas. As fundações por estacas, apesar de possibilitarem a transmissão das vibrações do subsolo para a superestrutura, apresentam a vantagem de aumentarem significativamente a segurança em relação à liquefação, cuja probabilidade de ocorrência é bastante alta em solos arenosos de baixa compacidade e com nível freático elevado. A liquefação é um fenómeno que se caracteriza pela anulação da resistência ao corte do solo, quando o valor da pressão neutra iguala o valor da tensão total, reduzindo para zero o valor das tensões efetivas. Terminado o sismo, a dissipação do excesso de pressões na água dos poros processa-se rapidamente e as partículas do solo tendem a reorganizar-se com uma maior compacidade. Isto conduz a problemas de capacidade de carga e a grandes assentamentos à superfície do terreno, e consequentemente das fundações da estrutura aí assente, podendo levar mesmo ao seu colapso. Posto isto, é fácil de concluir que os efeitos causados nas estruturas, derivados da ocorrência deste fenómeno, são catastróficos. O aparecimento de fendas ou grandes falhas no solo são também problemas subsequentes à ocorrência de um sismo. Estas, para além de outros danos, provocam assentamentos, fissuras ou colapso nas fundações, podendo levar à derrocada da estrutura. O levantamento de solos e o colapso de taludes são mais dois exemplos de problemas derivados da ocorrência de sismos, que afetam as fundações. Por fim, é importante referir as patologias associadas a atividades que envolvem a produção de vibrações ou choques, nomeadamente aquelas que decorrem nas proximidades de fundações superficiais assentes sobre solos granulares, já que estes são particularmente suscetíveis a um aumento de compacidade, originada pela reorganização das partículas quando sujeitas a vibrações, conduzindo a assentamentos das camadas e consequentemente das fundações. A origem destas ações pode deverse a trabalhos de demolição, de compactação de solos, de cravação de estacas, explosões em escavações ou pedreiras nas vizinhanças, circulação de tráfego pesado, equipamentos industriais, etc. 3.7.5. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS CONSTITUINTES DAS FUNDAÇÕES A degradação dos materiais constituintes das fundações é um processo que ocorre ao longo do tempo de vida útil da construção, que se deve fundamentalmente a erros durante o projeto e execução das fundações e à ação dos agentes agressivos do meio. Desta forma, seguidamente apresentam-se algumas das patologias mais comuns derivadas deste tipo de problema: Deterioração do betão devido a erros na definição das suas classes de exposição e resistência durante a fase de projeto, ou devido à deficiente colocação, vibração e tempo de cura do betão na fase de execução. No caso de fundações em betão armado, a despassivação das armaduras devido ao decréscimo do pH do betão por ação do CO2 (carbonatação) ou pela penetração de cloretos, leva à corrosão das armaduras. Isto provoca a redução da secção das mesmas e consequentemente da resistência do aço e
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 45 danifica o betão de recobrimento, provocando a sua fendilhação, descamação, delaminação ou quebras nos cantos (Figura 3.23) (Coutinho, 2011); Fig.3.23 – Deterioração do betão: a) Fissuração; b) Descamação; c) Delaminação; d) Quebras nos cantos [26] Corrosão das estacas metálicas, devido ao contacto com a água, o ar, ou agentes químicos e biológicos presentes no solo. No caso das estacas executadas em ambiente aquático (rio ou mar) ou próximo deste, as variações do nível da água e os sais presentes na mesma também provocam a sua degradação; O apodrecimento das estacas de madeira, devido aos ataques de fungos e bactérias, normalmente associados a alterações nas condições de humidificação da madeira, sempre que estas ficam expostas ao ar pelo rebaixamento do nível freático; Meteorização das fundações, pela sua exposição após escavações periféricas e desagregação das argamassas de assentamento das alvenarias, pela ação da água. Estas patologias provocam movimentos das fundações, devido à diminuição da área de superfície de contacto entre as fundações e o solo, ou à deterioração das características mecânicas do betão ou das alvenarias (Figura 3.24) (Appleton, 2011). Fig.3.24 – Esquema da meteorização de uma fundação: N1-nível do terreno antes da escavação; N2-nivel do terreno após a escavação [2] Concluindo, verifica-se que existe uma grande variedade de patologias associadas às fundações, cuja ocorrência conduz à formação de danos estéticos, funcionais, estruturais ou mesmo ao colapso da estrutura, dependendo da sua severidade. O ponto-chave quando se está perante problemas de patologias de fundações é identificar as causas que estão na sua origem, de modo a se encontrar uma solução de intervenção em tempo útil. No entanto, esta é uma árdua tarefa, já que na maior parte dos
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 52 A execução de perfis do terreno, identificando-se, em termos geológico-geotécnicos, as distintas camadas que compõem o terreno, até a uma profundidade adequada ao tipo de obra e ao próprio maciço de fundação; A caracterização das condições da água no terreno, como o seu regime de circulação, os níveis piezométricos, etc; Recolha de amostras perturbadas ou inalteradas, através de sondagens por furação (por exemplo); A caracterização, física, mecânica e hidráulica dos solos constituintes do terreno, cujo comportamento condicione de alguma forma a obra a executar. Para o cumprimento desta tarefa, são fundamentais os ensaios de campo, bem como os laboratoriais, na medida em que estes últimos permitem o ensaio das amostras recolhidas. Por uma questão de orientação, relativamente ao número e disposição das operações de prospeção, segundo as especificações do LNEC E 217-1968, estas devem ser realizadas de tal forma, que permitam detetar eventuais alterações na espessura, profundidade, estrutura ou propriedades das formações interessadas. De uma forma geral, os planos de prospeção devem iniciar-se com uma malha larga, de acordo com o conhecimento da zona a prospetar, que será posteriormente apertada conforme os resultados obtidos, de modo a esclarecer eventuais problemas ou dúvidas que surjam (Coelho, 1996). Posto isto, é compreensível a grande influência que os trabalhos de prospeção e caracterização geotécnica possuem, relativamente ao sucesso das obras de reabilitação e reforço de fundações, onde as informações relativas aos tipos e características dos solos, bem como das condições da água subterrânea, são fundamentais para a seleção do tipo de solução a adotar, tal como no estudo dos possíveis movimentos originados no desenrolar da obra. 4.3.2. SONDAGENS EXPLORATÓRIAS A investigação do terreno onde a obra se vai realizar, através de sondagens exploratórias, pode ser executada por três métodos distintos: Sondagens por poços e valas ou trincheiras; Sondagens de penetração; Sondagens por furação. Quanto às sondagens através de poços e valas ou trincheiras, estas apresentam as vantagens de possibilitarem a inspeção visual do terreno, possibilitando a recolha de amostras remexidas de qualquer tipo de solo, bem como a colheita de amostra intactas, particularmente de blocos de dimensões relativamente significativas, que são a posteriori divididos para a preparação de provetes de ensaio (Matos Fernandes, 2011). Apesar disto, estes meios de prospeção apresentam algumas limitações, fundamentalmente no que se refere aos acessos e espaços para a mobilização e operação dos equipamentos necessários, que muitas vezes são exíguos, principalmente no tipo de obras de reabilitação de estruturas. Outro aspeto menos positivo é o facto dos códigos de segurança exigirem a realização de uma estrutura de contenção, a partir de profundidades bastante reduzidas, o que torna a operação mais onerosa. Relativamente às sondagens de penetração, estas envolvem numa vara de aço de ponta cónica, que penetra no terreno por percussão (impactos de um martelo) ou de modo contínuo (por ação de macacos
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 53 hidráulicos), sendo adicionadas novas varas à inicial, à medida que a ferramenta avança em profundidade (Matos Fernandes, 2011). Este tipo de sondagem não permite a recolha de qualquer tipo de amostras e aplica-se, essencialmente, para determinar a resistência à penetração do terreno. Por último, no que toca às sondagens de furação, contrariamente às de penetração, estas permitem a recolha de amostras, e podem ser realizadas à percussão e à rotação. As sondagens de furação à percussão, desagregam o terreno através dos impactos produzidos por um trépano, que desce em queda livre desde a superfície até ao fundo do furo. O material fragmentado é posteriormente recolhido por uma limpadeira. O furo de sondagem é revestido por uma tubagem em aço, instalada à medida que a furação progride, à exceção dos solos coesivos bastante resistentes e das rochas brandas (Matos Fernandes, 2011). As sondagens de furação à rotação podem ser executadas tanto em solos mais duros, como nos mais brandos, e contrariamente às sondagens à penetração a recolha de amostras é contínua, isto é, não é realizada em pontos discretos em profundidade. Estas sondagens são realizadas com uma ferramenta abrasiva designada coroa, colocada na extremidade inferior de um tubo amostrador, que desgasta o terreno pelo atrito provocado pela sua rotação. À medida que se dá o desgaste, o tubo amostrador vai penetrando o terreno e uma amostra deste é recolhida no interior do tubo (Matos Fernandes, 2011). 4.3.3. ENSAIOS “IN SITU” Neste subcapítulo, faz-se uma breve descrição de alguns dos ensaios de campo mais comummente realizados, nos trabalhos de prospeção referentes a obras de reabilitação e reforço de fundações, nomeadamente, os ensaios SPT (Standard Penetration Test), CPT/CPTU (Cone Penetration Test e Piezocone Penetration Test) e o VST (Vane Shear Test). O ensaio SPT (Figura 4.5) é o ensaio de campo mais frequentemente aplicado em todo o mundo. Este classifica-se como um ensaio de penetração dinâmico, uma vez que consiste na cravação no fundo de um furo de sondagem de um amostrador normalizado, pela aplicação dos golpes exercidos por um martelo de 63,5 kg de peso, que desce em queda livre de uma altura de 76 cm. O ensaio SPT executa-se em duas fases sucessivas. Na primeira fase contabiliza-se o número de golpes necessários a exercer no martelo, de forma a que o amostrador penetre 15 cm no terreno. Como o que se pretende com esta primeira fase é o atravessamento do amostrador do solo mais perturbado abaixo do fundo do furo, considera-se que o número de pancadas relativas a esta primeira fase é simplesmente informativo. Na segunda fase, conta-se o número total de golpes aplicados no martelo para fazer penetrar o amostrador no solo, sequencialmente, de 15 cm mais 15 cm, sendo este número total de pancadas, N, considerado como o resultado do ensaio. Se o número de golpes aplicados no martelo atingir o valor de 50, sem que se verifique uma penetração do amostrador no terreno de 15 cm ou 30 cm, na primeira e segunda fase, respetivamente, suspende-se o ensaio, registando-se o comprimento de penetração observado.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 54 Fig.4.5 – a) Vista da realização do ensaio SPT; b) Amostrador aberto após o ensaio [93] As principais vantagens do ensaio SPT são o facto de ser um ensaio de baixos custo e complexidade de execução, de permitir a colheita de amostras remexidas para ensaios de identificação e do resultado obtido ser correlacionável, após a realização das devidas correções, com a compacidade dos solos arenosos e a consistência dos solos argilosos. Apesar disto, é de salientar que este ensaio, devido às suas características, é pouco significativo no caso dos solos argilosos moles, pelo que a sua aplicação é diminuta, mas no que se refere aos solos arenosos, este já permite a obtenção de algumas características mecânicas, como o ângulo de atrito (ϕ’). Relativamente aos ensaios CPT e CPTU (Figura 4.6), devido à quantidade e qualidade da informação que podem fornecer, são atualmente dos ensaios “in situ” mais correntemente aplicados nas campanhas de prospeção geotécnica. Este tipo de ensaios é totalmente automatizado, pelo que torna os seus resultados totalmente reproduzíveis e, habitualmente, são acompanhados de sondagens de furação, para inspeção do terreno, já que é impossível a recolha de amostras no decorrer dos mesmos. O ensaio CPT baseia-se na cravação contínua no terreno, a uma taxa constante, de uma ponteira de aço que acopla uma extremidade cónica e uma manga, através de um sistema hidráulico ou mecânico. À medida que se dá a penetração, este ensaio permite a medição da resistência de ponta (qc) e da resistência lateral (fs). O ensaio CPTU só difere do ensaio CPT no facto de, para além de medir as resistências de ponta e lateral, aquele também medir a pressão na água dos poros (u), junto à ponteira, o que é bastante útil na interpretação qualitativa dos registos obtidos, particularmente no que que se refere à identificação estratigráfica, já que os solos arenosos, sendo mais permeáveis do que os argilosos, normalmente apresentam um excesso de pressão neutra próxima de zero. Deste modo, o ensaio CPT(U) apresenta a vantagem de ser o único capaz de fornecer um registo de resultados contínuo em profundidade, permitindo distinguir a presença de camadas de solos de pequena espessura intercaladas em estratos de grande possança.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 55 Fig.4.6 – Ensaio CPT(U): a) cones e equipamentos de registo de dados; b) equipamento de cravação [93] A partir dos parâmetros medidos podem estabelecer-se correlações, que permitem determinar algumas das propriedades mecânicas mais relevantes dos solos, como o ângulo de atrito (ϕ’), a resistência não drenada (cu) e o módulo de Young (E). Por fim, o ensaio de corte rotativo ou vane test, como é vulgarmente designado, é o ensaio mais indicado para a determinação da resistência não drenada (cu) de solos coesivos, nomeadamente de solos argilosos brandos. Este ensaio é realizado com o auxílio de um molinete, que é uma ferramenta caracterizada por possuir quatro lâminas retangulares soldadas a uma vara central (Figura 4.7). Essencialmente, o ensaio consiste na transmissão de um momento torsor (Mt) ao molinete, através de um dispositivo mecânico situado à superfície, que o obriga a rodar com uma velocidade de rotação (θ) constante. Há que salientar no entanto, que de acordo com o EC7, a resistência não drenada (cu) determinada necessita de um coeficiente de correção, baseado na experiência do local e dependente, por exemplo, do limite de liquidez, do índice de plasticidade e da tensão efetiva vertical.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 56 Fig.4.7 – Esquema do ensaio de corte rotativo [97] 4.3.4. ENSAIOS HIDRÁULICOS Os estudos acerca da existência de água no solo, bem como do seu comportamento, possuem uma significativa importância nas obras de reforço de fundações e a sua realização é feita durante a fase de prospeção. Assim sendo, o nível freático da água e a sua variação sazonal podem ser determinados através da instalação de piezómetros no terreno e quanto às propriedades hidráulicas do solo, estas podem ser avaliadas através de ensaios de campo, como os ensaios Lefranc e Lugeon. O piezómetro é um dispositivo que possibilita a medição da pressão da água num ponto situado no interior do maciço. Verifica-se que em grande parte dos casos, o nível atingido pela água no piezómetro corresponde ao do nível freático na vertical do piezómetro (Coelho, 1996). Quanto ao ensaio Lefranc, este consiste, fundamentalmente, em injetar ou bombear água numa cavidade de geometria conhecida, previamente aberta no fundo de um furo, no local onde se pretende determinar a permeabilidade. O furo deve estar preparado de tal forma que a circulação da água se faça apenas pela cavidade realizada no seu fundo e não pelas paredes do furo. Este ensaio pode ser executado com carga hidráulica constante (injeta-se ou bombeia-se um caudal constante) ou variável (injeta-se ou bombeia-se um dado volume de água) (Coelho, 1996). Como este ensaio só permite determinar a permeabilidade local e tendo em consideração que este é um ensaio cujo tempo e custos de execução são relativamente baixos, é importante que se realize um número significativo de ensaios, para que se possa ter um melhor conhecimento sobre a permeabilidade geral.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 57 Por último, refere-se o ensaio Lugeon (Figura 4.8), análogo ao ensaio Lefranc, uma vez que este também consiste na injeção de água num furo de sondagem. A água é injetada radialmente, a uma pressão constante, no trecho do furo onde se pretende fazer a medição, e após o estabelecimento do seu regime de escoamento permanente, mede-se a quantidade de água que entra para o maciço durante 10 minutos (Lima, 2010). Fig.4.8 – Esquema do ensaio Lugeon: a) obturador simples; b) obturador duplo [48] 4.3.5. ENSAIOS LABORATORIAIS A grande vantagem da utilização de ensaios laboratoriais para a caracterização mecânica dos solos, reside no facto de, geralmente, ser possível uma clara definição do estado de tensão (tensões totais, pressões neutras e tensões efetivas), do estado de deformação e das condições de drenagem, dos solos ensaiados. Assim sendo, torna-se possível a interpretação dos seus resultados à luz de diversas teorias, o que permite determinar os diferentes parâmetros definidores do seu comportamento mecânico (Matos Fernandes, 2011). As suas limitações relacionam-se fundamentalmente com a incapacidade de obter amostras indeformadas (a não ser através de técnicas sofisticadas muito dispendiosas), nomeadamente dos solos arenosos, e com a dimensão e número dos elementos ensaiados. Por fim, refere-se que os ensaios de laboratório podem ser divididos em ensaios de identificação (granulometria e limites de Atterberg), de avaliação dos índices físicos (teor em água, índice de vazios, peso volúmico, etc.) e ensaios mecânicos ou hidráulicos (edométricos, triaxiais, deformação plana, corte simples, etc.). Pelo facto de, em geral, os ensaios laboratoriais serem caros e demorados, há que ser moderado no seu uso, exigindo-se bastante na sua execução para ser possível a obtenção de resultados de boa qualidade.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 58
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 59 5 REFORÇO DE FUNDAÇÕES POR CONSOLIDAÇÃO, ALARGAMENTO DA BASE E RECALCE 5.1. CONSOLIDAÇÃO DO MATERIAL DE FUNDAÇÃO 5.1.1. PREÂMBULO Como referido em 3.7.5, uma das frequentes patologias em fundações de alvenaria é o facto do material se encontrar muitas vezes desagregado, devido por exemplo à percolação das águas subterrâneas, bem como à sua agressividade, quando ocorrem eventuais vazamentos das condutas de águas residuais. A desagregação das fundações de alvenaria pode ocorrer também devido à própria precariedade dos seus materiais constituintes e à deficiente aplicação das técnicas construtivas durante a sua execução. Os assentamentos diferenciais de grande amplitude são outra das causas apontadas para a formação de fissuras e desagregações das mesmas. Através da avaliação da condição das fundações, pode assim justificar-se a realização de uma intervenção nas mesmas no sentido de melhorar as suas características físicas e mecânicas, através da sua consolidação. A consolidação do material das fundações é uma técnica que consiste na injeção de calda de cimento ou de resinas que preenchem os vazios existentes, permitindo assim uma alteração das características da alvenaria de fundação. Segundo Appleton (2011), os materiais de injeção possíveis de aplicar são vários, dos quais se destacam as caldas de cimento estabilizadas com bentonite ou cal, caldas de cimento especiais, caldas de silicatos de potássio ou sódio e resinas epoxídicas. Este último material, apesar das suas excelentes características, é pouco utilizado devido ao seu elevado custo. Quando não se colocam grandes exigências em termos de resistência mecânica, tem sido comum o recurso a resinas de poliéster. Este tipo de atuação tem em si a vantagem de, em geral, não necessitar de escavações e de ser um processo relativamente rápido quando comparado com outros meios de reforço. Apesar disto, a consolidação das fundações por injeções apresenta a desvantagem do resultado obtido ser um pouco incerto, devido à liberdade de movimentos que o material consolidante possui, durante o processo de injeção, já que este pode ter a tendência de se deslocar para os locais de menor pressão, levando a uma distribuição heterogénea (Pires, 2009). Uma das soluções existentes para contrariar esta possível distribuição heterogénea, diminuindo consequentemente as incertezas, é a realização de uma estrutura de contenção no local de injeção. Esta
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 60 pode ser executada através da cravação de chapas metálicas ou utilizando muretes de betão préfabricados ou executados no local (Mascarenhas, 2012). Para estas duas últimas opções (muretes pré-fabricados ou não), é indispensável a realização de escavações, o que torna os trabalhos de reforço mais onerosos. Após os trabalhos de consolidação pode-se admitir que as alvenarias passam a estar enquadráveis nas alvenarias íntegras de boa qualidade, podendo-se obter resistências à compressão dez vezes superiores à da alvenaria desagregada, antes da consolidação. Deste modo, julga-se que esta é uma solução de máximo interesse, pela generalidade de situações em que pode ser aplicada, já que interessa a todas as alvenarias (Appleton, 2011). 5.1.2. EQUIPAMENTOS Os equipamentos necessários para a execução dos trabalhos de consolidação são (Figura 5.1): Uma misturadora, que permite a mistura dos constituintes do material de consolidação a injetar; Uma bomba de injeção, que disponibiliza a pressão de injeção necessária; Mangueiras flexíveis, que ligam a misturadora à bomba de injeção, e esta última à ponteira de injeção, permitindo assim a circulação do material de consolidação; Ponteira injetora, que permite a injeção do material de consolidação, sendo por isso colocada nas zonas da fundação a tratar. Fig.5.1 - Equipamento de injeção do material de consolidação [99] É importante referir que a bomba de injeção pode não ser necessária, nomeadamente nos casos onde a injeção da calda ou da resina se faz por gravidade. 5.1.3. FASES DE EXECUÇÃO DA CONSOLIDAÇÃO DA ALVENARIA DE FUNDAÇÕES 5.1.3.1. Considerações iniciais Os trabalhos de consolidação de alvenarias de fundações são relativamente simples, compreendendo geralmente as seguintes fases: Perfuração da fundação na zona a tratar; Colocação da ponteira de injeção no furo realizado;
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 61 Injeção da calda ou resina de tratamento; Remoção da ponteira de injeção. No caso dos trabalhos de consolidação se realizarem com contenção periférica, a estas fases são acrescentadas: A cravação da estrutura de contenção, no caso das chapas metálicas; Ou a escavação e colocação/execução da estrutura de contenção, no caso dos muretes de betão (pré-fabricados ou executados no local). 5.1.3.2. Fases de execução da consolidação sem estrutura de contenção A furação da fundação é realizada através de um equipamento de perfuração adequado, podendo ser realizada, por exemplo, através da técnica de carotagem, até à profundidade desejada. Após a execução do furo, a ponteira de injeção é colocada no seu interior, descendo até ao seu fundo, de modo a que o material não caia de uma grande altura, nem forme bolhas de ar. Estando a ponteira corretamente posicionada, dá-se início ao processo de injeção do material consolidante (Figura 5.2). À medida que a injeção vai ocorrendo, vai-se subindo a ponteira de injeção até o processo estar concluído. Por fim retira-se a ponteira. Fig.5.2 - Esquema da consolidação de fundações sem estrutura de contenção [55] Quanto à injeção da calda ou resina de consolidação, esta pode ser feita por gravidade ou a baixas pressões (0,1 a 0,2 MPa), de modo a não se provocarem danos na alvenaria das fundações existentes. Caso se opte, ou seja necessário conferir alguma pressão de injeção, a sua graduação é realizada a partir de ensaios prévios que possibilitem a caracterização da resistência e permeabilidade da alvenaria. Outra solução passa pela realização de um processo iterativo durante o procedimento de execução, iniciando-se com pressões muito baixas e procedendo-se às devidas correções, à medida que se avalia a efetiva capacidade de colmatação dos vazios (Appleton, 2011). 5.1.3.3. Fases de execução da consolidação com estrutura de contenção Quando se considera que há o risco da distribuição da calda se realizar de uma forma heterogénea, e se opta pela realização de uma estrutura de contenção, existem duas hipóteses possíveis. Como referido, uma solução para a realização da estrutura de contenção é a cravação de chapas metálicas no terreno,
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 68 Fig.5.12 – Esquema de escoramento possível durante os trabalhos de alargamento da fundação [55] Fig.5.13 – Esquemas de escoramento possíveis durante os trabalhos de recalce da fundação [55] 5.2.3. ALARGAMENTO DE SAPATAS ISOLADAS 5.2.3.1. Considerações iniciais O reforço de sapatas isoladas, através do seu alargamento, é possível de ser executado cinturando-a com um espartilho de betão armado, tal como se representa na Figura 5.14.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 69 Fig.5.14 – Esquema de reforço de uma sapata isolada por alargamento [22] Tirando partido do efeito de retração do betão realiza-se o aperto do betão novo contra o núcleo da sapata original, que para o efeito foi previamente repicado, para uma maior aderência. Sendo este aperto fundamental para o funcionamento do reforço, deve ser construída uma armadura de cintagem adequada que contorne a base da sapata existente, e até, eventualmente, atravessando a mesma (Coelho, 1996). A zona envolvente do pilar deverá ter uma altura que evite tensões excessivas (compressão e corte) no material do pilar. Também é útil proceder à suspensão da sapata antes de ser reforçada, pelas razões já apontadas. 5.2.3.2. Fases de execução do alargamento de sapatas isoladas O reforço de sapatas isoladas por alargamento é uma operação que envolve, usualmente, as seguintes fases: Escavação do terreno no local da fundação a intervir, com equipamento adequado, de modo a torná-la acessível aos trabalhos; Limpeza cuidadosa da fundação, de forma a assegurar uma boa aderência do betão de reforço; Picagem superficial da fundação, para se obter uma superfície rugosa de maior aderência (caso se justifique); Aplicação de um produto ligante, como resinas epoxídicas, para se obter uma aderência extra entre o betão novo e o material da fundação; Caso o alargamento da fundação seja em betão armado, procede-se à execução da armadura de cintagem a contornar toda a base da sapata e, caso seja necessário, executase a furação da mesma para introdução de varões, fixados, por exemplo, através de buchas químicas (Figuras 5.15a, 5.15b e 5.15b.1); Seguidamente realiza-se a cofragem do reforço, de acordo com a geometria definida em projeto (Figura 5.15c); Posteriormente realiza-se a betonagem; Por fim, após se dar a presa do betão e este possuir a resistência necessária remove-se a cofragem.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 70 Fig.5.15 – Reforço das fundações isoladas por alargamento, na obra de requalificação do Mercado do Bom Sucesso: a) introdução dos varões nos furos realizados na fundação; b) e b.1) construção da armadura de cintagem; c) construção da cofragem [85] 5.2.4. ALARGAMENTO DE FUNDAÇÕES CONTÍNUAS 5.2.4.1. Considerações iniciais Como mencionado em 5.2.1, o reforço das fundações por alargamento pode ser realizado pela execução de vigas longitudinais (longarinas) em betão simples ou armado, adjacentes às fundações existente, ligadas a estas através de resinas ou cabos de pré-esforço (por exemplo). Como também foi referido, esta solução também pode ser conciliada com a execução de um reforço superior através de carlingas, que atravessam a fundação ou a parede assente sobre esta, apoiando-se nas vigas longitudinais construídas. O modo operativo mais corrente consiste em executar os atravessamentos da fundação com as carlingas de betão armado, ligadas por sua vez, às longarinas também de betão armado, bordando a fundação primitiva. O espaçamento desses atravessamentos é de poucos metros e depende do tipo de material de fundação e da sua altura, bem como da altura da parede acima dessa fundação e das respetivas ligações. A
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 71 largura das longarinas é determinada de modo a que a área de contacto fundação-terreno, resultante da soma da área da fundação inicial e da área destas longarinas, seja a pretendida. 5.2.4.2. Fases de execução do alargamento de fundações contínuas O reforço de fundações contínuas por alargamento é um trabalho que envolve, usualmente, as seguintes fases: Escavação do solo por troços alternados, com um equipamento adequado, de forma a tornar visível o local da fundação a intervir, e tirar partido do efeito de arco que se desenvolve na parede e na fundação em direção ao solo das zonas não escavadas (Figura 5.16); Fig.5.16 – Escavação do terreno por troços alternados: a) equipamento de escavação; b) fundação visível e acessível aos trabalhos [55] O efeito de arco que se desenvolve, permite a redistribuição das pressões das zonas mais frágeis (locais escavados) para as zonas mais resistentes (locais não escavados), o que permite realizar os trabalhos de reforço das fundações sem colocar em perigo a segurança da estrutura. Após a fundação ficar acessível, procede-se ao seu corte (também por troços) com um equipamento adequado, como por exemplo um disco (Figura 5.17); Fig.5.17 – Corte da fundação através de um disco [55] Perfuração da fundação existente, com um equipamento adequado, limpeza da mesma e introdução de varões de aço (de ligação entre a fundação existente e o reforço) fixados por buchas químicas (Figuras 5.18a e 5.18b);
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 72 Fig.5.18 – Trabalho na fundação existente: a) perfuração; b) introdução dos varões fixados por buchas químicas [55] Seguidamente, caso o reforço seja em betão armado, procede-se à execução da armadura e da cofragem (Figura 5.19); Fig.5.19 – Trabalho na fundação existente: a) realização da armadura; b) execução da cofragem [55] Posteriormente efetua-se a betonagem do reforço; Por último, após o tempo de cura do betão e este ter ganho a resistência adequada remove-se a cofragem (Figura 5.20). Fig.5.20 – Visão geral do trabalho de reforço por alargamento [55] Caso o alargamento se faça conjuntamente com carlingas, além das fases anteriormente descritas, são acrescentadas ao processo as seguidamente apresentadas: Realização de um rasgo atravessando a fundação ou a parede, com as dimensões necessárias para a introdução das carlingas; Limpeza da abertura realizada; Eventual aplicação de um material ligante, para uma melhor aderência entre o material da fundação (ou da parede) e as carlingas (caso seja necessário);
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 73 Colocação das carlingas pré-fabricadas, apoiando-as no alargamento efetuado (Figura 5.21). Fig.5.21 – Esquema de alargamento com reforço superior [9] 5.2.5. RECALCE DE FUNDAÇÕES 5.2.5.1. Considerações iniciais Como referido em 5.2.1, o recalçamento das fundações é uma solução de reforço adotada quando a camada superficial do solo de fundação não é adequada para receber os níveis de carga que as fundações lhe estão a transmitir. Deste modo, para fazer face a este problema, substitui-se essa camada superficial do solo de fundação, de fracas características mecânicas, por betão simples ou armado, até à profundidade onde se encontra solo com características suficientes para receber as cargas transmitidas pelas fundações. O recalçamento é uma solução de reforço que tanto pode ser aplicada em sapatas isoladas, como em fundações contínuas. Nas duas situações as fases de execução do método são as mesmas, diferindo apenas no facto de, no caso das fundações contínuas, devido à sua grande extensão, a escavação realizada ser efetuada por troços alternados ao longo do comprimento da mesma. Tal como o reforço por alargamento, o recalçamento de fundações contínuas pode ser executado em simultâneo pelos dois lados das mesmas, ou caso haja alguma restrição, como a presença de estruturas vizinhas, só de um dos seus lados. Também como referido, esta é uma solução de reforço que pode ser superficial ou profunda, dependendo da profundidade até à qual é necessário realizar o reforço. Seguidamente, descrevem-se então as fases de execução habitualmente aplicadas na realização de recalces superficiais e profundos. 5.2.5.2. Fases de execução de recalces superficiais de fundações O reforço de fundações por recalçamento superficial pode ser executado com cofragem do elemento de reforço, ou através da sua moldagem contra o terreno. Assim sendo, quanto à solução com cofragem, as fases envolvidas no recalce são, usualmente, as seguintes:
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 74 Escavação do solo por troços alternados, com um equipamento adequado, de forma a tornar visível o local da fundação a intervir, e tirar partido do efeito de arco que se desenvolve na parede e na fundação em direção ao solo das zonas não escavadas (Figura 5.22). Esta deve ser realizada até a uma profundidade onde o solo apresente boas características mecânicas; Fig.5.22 – Escavação do terreno por troços alternados: a) equipamento de escavação; b) fundação visível e acessível aos trabalhos [55] Após a fundação ficar acessível aos trabalhos, procede-se à limpeza da mesma e do local onde se vai construir o reforço; Seguidamente executa-se o betão de limpeza e após a sua presa, inicia-se a construção da armadura do recalce (Figura 5.23); Fig.5.23 – Execução do betão de limpeza e da armadura do recalce [55] Finalizada a montagem da armadura, executa-se a cofragem do elemento de reforço, de acordo com a geometria definida em projeto, procedendo-se à sua betonagem de seguida (Figura 5.24);
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 75 Fig.5.24 – Visão da cofragem efetuada e do recalce betonado [55] Por último, após o tempo de cura do betão e este ter ganho a resistência adequada remove-se a cofragem e coloca-se em carga o recalce, através de uma argamassa de cimento expansivo, macacos planos perdidos, caldas de cimento ou resinas injetadas à pressão ou calços ajustáveis (por exemplo) (Figura 5.25); Fig.5.25 – Diferentes soluções de transferência de carga: a) argamassa com cimento expansivo; b) macacos planos perdidos; c) injeção de calda de cimento; d) injeção de resinas; e) calços ajustáveis [55] Relativamente à solução sem cofragem, as fases envolvidas no recalce são, usualmente, as seguintes: Escavação do solo de um só lado da fundação, por troços alternados, com um equipamento adequado, de forma a tornar visível o local da fundação a intervir, e tirar partido do efeito de arco que se desenvolve na direção do solo das zonas não escavadas (Figura 5.22). Esta deve ser realizada até a uma profundidade onde o solo apresente boas características mecânicas;
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 76 Após a fundação ficar acessível aos trabalhos, procede-se à limpeza da mesma e do local onde se vai construir o reforço; Seguidamente realizam-se chanfros nos cantos inferiores da fundação, de modo a retirar os vértices pronunciados, que podem causar problemas durante a betonagem (Figura 5.26); Fig.5.26 – Realização do chanfro de canto [55] Execução de metade da armadura e realização da betonagem contra o solo (Figura 5.27); Fig.5.27 – Execução da armadura nos troços escavados de um dos lados da fundação [55] Após a presa do betão e este possuir resistência adequada, procede-se à escavação do outro lado da fundação, também por troços; Posteriormente executa-se a metade da armadura correspondente a esse lado da fundação (Figura 5.28); Fig.5.28 – Execução da metade da armadura correspondente ao outro lado da fundação [55] Por fim, realiza-se a betonagem da metade do recalce em falta, finalizando-se a execução do reforço (Figura 5.29).
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 77 Fig.5.29 – Visão do recalce após a sua finalização [55] 5.2.5.3. Fases de execução de recalces profundos de fundações O recalce efetuado através de poços (ou pegões) deve ser limitado a terrenos acima do nível freático, de forma a evitar, se realizado abaixo desse nível, que a escavação e a percolação da água arreste finos, que levam a perdas de solo e consequentemente ao assentamento da fundação onde se pretende executar o recalce (Coelho, 1996). As dimensões dos poços são influenciadas pelo método de execução, pelas características do solo e pela natureza e estado da estrutura a recalçar. Quanto pior for o estado da estrutura ou do terreno, menores devem ser as dimensões dos poços de recalçamento, bem como as distâncias entre eles ao longo da fundação. Assim sendo, o recalce por poços é um trabalho que exige grande cuidado e qualidade, de modo a se evitar a descompressão e as perdas de terreno, que ao ocorrerem provocam assentamentos. O processo é realizado de forma sequencial e alternada, ao longo da fundação contínua, até se atingir a profundidade onde se encontra solo firme. Seguidamente, apresentam-se então as fases de execução normalmente utilizadas na execução de recalces por poços (Goldberg et al., 1976): Escavação de um antepoço adjacente (e em frente) à fundação a ser recalçada, de dimensões aproximadas de 1 metro de largura por 1,20 metros de comprimento, até uma profundidade de 1,50 metros (Figura 5.30); Fig.5.30 – Execução do antepoço: a) alçado; b) planta [32] Seguidamente procede-se ao escoramento do antepoço com pranchas de madeira e vigas verticais nos cantos (por exemplo) (Figura 5.31);
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 84
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 85 6 REFORÇO DE FUNDAÇÕES ATRAVÉS DE MICROESTACAS 6.1. EVOLUÇÃO HISTÓRICA As microestacas foram concebidas em Itália nos primeiros anos da década de 50 do século XX, como uma resposta inovadora para uma solução que pretendia reforçar as fundações dos edifícios e monumentos antigos, que suportaram vários danos ao longo dos tempos, e especialmente durante a II Guerra Mundial (Lizzi, 1982 citado por Bruce et al., 1995). Assim sendo, era necessária a conceção de um sistema de reforço fiável, capaz de suportar as cargas estruturais, provocando movimentos mínimos e apto a ser instalado em ambientes de trabalho bastante restritivos em termos de acesso e espaços, bem como em vários tipos de solos. Para além disto, também era essencial que o método construtivo do sistema causasse o mínimo de distúrbios tanto nas estruturas a ser recalçadas, como nas estruturas contíguas existentes. Posto isto, para fazer face à necessidade existente na época, a empresa italiana Fondedile, sob a direção técnica de Fernando Lizzi, desenvolveu então o sistema “pali radice” – em português estacaraiz – para aplicações de reforço. Este sistema consistia numa estaca de pequeno diâmetro, moldada “in situ” e reforçada com armadura de aço e calda de cimento. O seu reduzido diâmetro de cerca de 100 mm possibilitava a construção destas estacas com equipamentos de pequenas dimensões, compatíveis com os trabalhos a realizar em ambientes confinados e capazes de perfurar o solo, bem como através das estruturas existentes, causando perturbações mínimas. Para além disto, a injeção da calda de cimento promovia uma elevada ligação atrítica entre a estaca e o solo circundante (Ruiz, 2003; Bruce et al., 1995). Apesar da escassez de aço existente na Europa do pós-guerra, a mão-de-obra disponível a custos reduzidos era abundante e frequentemente possuía grande perícia mecânica resultante da formação obtida durante o período de conflito. Ensaios de carga conduzidos neste inovador sistema de estacas mediram capacidades superiores a 400 kN, apesar da sugerida capacidade de carga de cálculo – baseada nas metodologias de dimensionamento convencionais da época – apontar para valores menores que 100 kN. Refere-se também que durante os ensaios não se registaram roturas quer do solo, quer das próprias estacas. Os resultados obtidos pelos ensaios de carga foram publicados e surpreenderam a comunidade científica (Armour et al., 2000). Esta conjugação de condições encorajou o desenvolvimento da tecnologia, promovendo assim a sua rápida difusão e aplicação generalizada.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 86 À década de 50 remonta também a primeira aplicação documentada das estacas-raiz, tendo sido utilizadas em Nápoles para reforçar as fundações da escola A. Angiulli. As estacas possuíam um diâmetro de 100 mm, um comprimento de 13 metros e foram reforçadas com um varão de aço de 12 mm de diâmetro (Ruiz, 2003). A título de exemplo, apresenta-se na Figura 6.1 um dos esquemas clássicos utilizados no reforço de fundações através de estacas-raiz. Fig.6.1 - Esquema clássico de reforço de fundações: a) corte; b) planta [4] O uso das estacas-raiz cresceu então em Itália nos anos 50 e posteriormente, em 1962, a empresa Fondedile introduziu mesmo a tecnologia no Reino Unido durante a execução de diversos reforços de estruturas históricas. Em 1965, a técnica começou também a ser aplicada na Alemanha em obras relacionadas com a rede de transportes subterrâneos. Por motivos relacionados com questões de patente, nessa altura, o termo estaca-raiz foi então substituído pela atual denominação de microestacas. Inicialmente, as microestacas eram maioritariamente aplicadas em soluções de reforço de estruturas em ambiente urbano, mas devido a exigências adicionais de engenharia, em 1957, surgiu um novo sistema designado de “reticoli di pali radice” (estacas-raiz reticuladas) (Figura 6.2). Este sistema baseia-se num conjunto de múltiplas microestacas verticais e inclinadas, interligadas numa rede tridimensional, criando uma estrutura que permite o confinamento do solo de fundação. Entre outras aplicações, este novo sistema foi utilizado em soluções de estabilização de taludes, reforço de fundações, proteção de estruturas enterradas, etc. (Armour et al., 2000).
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 87 Fig.6.2 – Estrutura reforçada pelo sistema “reticuli di pali radice“: a) alçado; b) planta do reforço das colunas [adaptado de 4] Na Alemanha, França e Suíça começaram também a ser desenvolvidas variantes das microestacas, pelas empresas locais, tendo a tecnologia sido, posteriormente, exportada para todo o mundo. No entanto, foi a empresa pioneira Fondedile que, em 1973, através de várias obras de reforço de fundações realizadas em Nova Iorque e Boston, introduziu a tecnologia das microestacas nos Estados Unidos da América. Salienta-se contudo, que até meados da década de 80 a tecnologia não obteve uma grande aceitação por parte das empresas americanas, essencialmente devido à descrença e às preocupações existentes no seio do mercado tradicional de estacas, que só foram superadas através da publicação de uma série de casos de obras bem-sucedidos e pela necessidade crescente de se trabalhar em densas zonas urbanas. O contraste entre as velocidades de desenvolvimento e difusão da tecnologia na Europa e na América do Norte reflete em certa medida as distintas situações económico-financeiras vividas. Por um lado, a abundancia de mão-de-obra relativamente barata, a escassez de aço, e a necessidade de planos de reconstrução dos ambientes urbanos, foram fatores que contribuíram para promover um rápido crescimento no uso das microestacas na Europa. Contrariamente, a abundancia de aço barato, os custos de mão-de-obra relativamente altos e o crescimento das cidades para as suas periferias retardou a sua ampla aplicação nos Estados Unidos da América (Armour et al., 2000). Nos dias de hoje, a tecnologia de microestacas está amplamente difundida no mundo, já que os custos da mão-de-obra, dos materiais e as exigências técnicas, são similares em qualquer obra de qualidade e devidamente executada. 6.2. DEFINIÇÃO, CAMPO DE APLICAÇÃO E MATERIAIS 6.2.1. DEFINIÇÃO Segundo Fleming et al. (1985) citados por Bruce et al. (1995), as estacas, quanto ao método de execução, são tipicamente divididas em dois grupos: As estacas moldadas, construídas a partir de um furo previamente executado no solo;
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 88 As estacas cravadas, que pelo seu modo de instalação deslocam o terreno na zona onde são executadas. Assim sendo, no que toca às microestacas, estas também podem ser moldadas ou cravadas. No primeiro caso, as microestacas são elementos estruturais de pequeno diâmetro, tipicamente inferior a 300 mm, moldados no solo, constituídos por calda de cimento de selagem ou de injeção e reforçados por tubos, perfis metálicos ou varões em aço, capazes de receber as cargas transmitidas pela estrutura e transferi-las para camadas de solo mais profundas (Armour et al., 2000; Pereira, 2012). Estas são construídas abrindo um furo no solo, colocando a armadura de reforço e injetando a calda de cimento, como se observa pela Figura 6.3. Fig.6.3 – Processo de execução de microestacas moldadas: a) início da furação; b) furação até à cota pretendida; c) retirada do equipamento de furação; d) colocação da armadura e injeção da calda de cimento de preenchimento; e) injeção a alta pressão; f) maciço ou viga de encabeçamento [4] Como referido anteriormente, as microestacas podem também ser cravadas, sendo neste caso construídas através de pequenos segmentos (0,5 a 1,0 m) de elementos metálicos de reduzido diâmetro, instalados através de macacos hidráulicos e de um sistema de reação (Pereira, 2012). Apesar disto, verifica-se, que na bibliografia da especialidade a definição de microestacas se foca mais comummente no caso das microestacas moldadas. As microestacas são elementos capazes de suportar esforços de compressão, bem como de tração, resultantes de cargas axiais ou laterais. Quanto à transferência de carga, esta dá-se, fundamentalmente, por atrito lateral, resultante da forte ligação entre a calda e o solo circundante existente na interface da microestaca. A força de ligação entre os dois elementos é influenciada pelo tipo de calda utilizado, pelo processo de injeção e de furação, se bem que este último é mais dificilmente quantificável. Devido às suas características geométricas (pequeno diâmetro), a resistência de ponta das microestacas é bastante reduzida, pelo que usualmente é desprezada (Bruce et al., 1995). Relativamente ao seu método de construção, este processa-se causando perturbações mínimas às estruturas em intervenção, bem como às adjacentes, ao solo e ao ambiente envolvente. O equipamento utilizado durante o processo possibilita a execução das microestacas em locais com espaços e acessos exíguos, podendo estas ser instaladas com um ângulo qualquer abaixo da horizontal. Uma vez que a instalação se processa causando vibrações e ruídos mínimos e já que o equipamento é adequado a condições de pé-direito pequeno, as microestacas são muitas vezes aplicadas para o reforço de fundações (Armour et al., 2000; Bruce e Nicholson, 1989).
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 89 Por fim, refere-se que as microestacas são também classificadas consoante a função para a qual foram concebidas e consoante o método de injeção utilizado na sua execução. 6.2.2. CAMPO DE APLICAÇÃO A tecnologia de microestacas foi originalmente desenvolvida como sendo uma solução de reforço de fundações de estruturas existentes, pretendendo-se com a sua implementação (Armour et al., 2000): Impedir e prevenir movimentos estruturais; Aumentar a capacidade de carga das fundações, reforçando-as ou recalçando-as; Reparar/substituir fundações deterioradas ou inadequadas; Aumentar a proteção de fundações suscetíveis de erosão; Corrigir assentamentos de fundações, colocando a estrutura na sua posição original; Transferir as cargas para uma camada mais profunda. Atualmente, no âmbito do suporte estrutural, para além destas aplicações, as microestacas também são executadas: No reforço sísmico de fundações de estruturas existentes, nomeadamente das mais antigas, de modo a adequá-las às especificações presentes nos códigos e regulamentos atuais; Para fundações de novas estruturas a construir nas proximidades de outras existentes, onde se conclui que, por questões relacionadas com dificuldade de acessos, espaços exíguos, vibrações e ruídos, esta se torna a técnica mais adequada; Em ensoleiramentos gerais de edifícios com caves, para fazer face ao impulso hidrostático provocado pela água subterrânea; Para fundações de algumas pontes, onde as técnicas tradicionais não podem ser aplicadas; Para fundações de estruturas esbeltas ou implantadas em locais de difícil acesso como torres de telecomunicação ou de alta tensão, reservatórios, chaminés, postes de eletricidade e gruas; Na execução de caves sob edifícios existentes, servindo de recalce às fundações do mesmo. Atualmente esta é uma aplicação muito corrente em obras de reabilitação e remodelação de edifícios antigos, onde se pretende preservar as suas fachadas, construindo-se vários níveis de caves sob as mesmas; Para fundações das estruturas de suporte de fachadas, em obras de recuperação e remodelação; Em estruturas de contenção de terras. Para além de serem aplicadas na área de suporte estrutural, as microestacas também têm sido utilizadas no reforço de taludes e no melhoramento de solos, onde se utiliza muito o sistema de microestacas reticuladas (“reticoli di pali radice”). Quanto à sua aplicação nestes casos as microestacas são executadas com inclinações distintas, formando uma espécie de rede, onde estas se encontram interligadas, permitindo o confinamento do solo. Desta forma, asseguram uma melhor estabilidade, um aumento da resistência do terreno e permitem uma maior segurança relativamente a eventuais planos de rotura (Brito, 1999 citado por Antunes, 2012). Na Figura 6.4 ilustram-se algumas das aplicações anteriormente descritas.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 90 Fig.6.4 – Representação de algumas aplicações das microestacas: a) reforço de fundações; fundações de torres; c) estruturas de contenção de terras; d) estabilização de taludes [adaptado de 4, 54] 6.2.3. MATERIAIS As microestacas podem ser consideradas um elemento estrutural de secção mista, uma vez que os seus materiais constituintes são a armadura de reforço e a calda de cimento. Relativamente à armadura de reforço a utilizar, esta depende fortemente da capacidade de carga e da rigidez pretendida para a microestaca. As soluções geralmente adotadas passam pelo recurso a varões de aço utilizados em elementos de betão armado, a barras de aço de alta resistência e a perfis de aço. Os varões de aço tipicamente usados podem ser aplicados individualmente, colocando-se centrados com o eixo da microestaca, como também podem ser dispostos em grupo, sendo normalmente cintados por varões helicoidais. Para os varões serem instalados nas posições desejadas utilizam-se centralizadores, que impedem eventuais deslocamentos daqueles. Usualmente, os varões utilizados possuem uma tensão de cedência de 420 e 520 MPa e um diâmetro entre 25 e 63 mm (Armour et al., 2000). Quanto ao reforço por barras de alta resistência, de que são exemplo as barras desenvolvidas pela empresa Dywidag Systems, também conhecidas como barras GEWI, aquelas consistem na utilização de varões roscados ao longo de todo o seu comprimento, normalmente com diâmetros entre 19 e 63 mm e com tensões de cedência até 550 MPa. O sistema de rosca existente nas barras para além de garantir uma boa ligação mecânica à calda de cimento, possibilita também que estas sejam cortadas em qualquer ponto e posteriormente acopladas a uma outra barra, através de um conetor, sem que se perca resistência (Figura 6.5) (Shong e Chung, 2003). O facto das barras serem roscadas também facilita a
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 91 sua ligação aos restantes elementos estruturais, como nas situações onde as barras são ligadas a uma placa de aço através de uma porca de ligação. Fig.6.5 – Microestaca reforçada com barra Gewi: a) esquema geral; b) pormenor da barra [adaptado de 98] Ainda dentro da tecnologia das barras de aço de alta resistência roscadas, as empresas Dywidag Systems e Ischebeck Titan (entre outras), desenvolveram técnicas que consistem em soluções de armaduras autoperfurantes, com bit (ou cabeça de furação) perdido e secção interior oca, que possibilitam a injeção da calda pelo seu interior. Deste modo, o bit de escavação é montado na extremidade inferior da barra e vai perfurando o terreno, até à profundidade desejada, com o auxílio de um jato de ar, água e calda com uma pressão de 2 a 20 bar, que permite limpar o furo e a formação de uma camada de calda em redor do furo, que se designa por “filtercake” (Figura 6.6). Após se ter atingido a profundidade desejada, injeta-se novamente calda de cimento a uma pressão de 20 a 60 bar, formando-se o corpo de calda que envolve a armadura e preenche todo o furo, dando-se por finalizado o processo (Figuras 6.7 e 6.8). O facto das barras serem nervuradas facilita também a furação e penetração, já que funcionam como uma espécie de trado (Ischebeck Titan, 2010; Armour et al., 2000).
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 92 Fig.6.6 – Esquema representativo da formação do “filtercake” [39] Fig.6.7 – Esquema do preenchimento do furo com calda de cimento injetada [39] Fig.6.8 – Aspeto final da microestaca [39] Por fim, outra solução para reforçar as microestacas é através da instalação de perfis metálicos, sendo os perfis tubulares e os perfis HEB os mais vulgarmente utilizados. Com o objetivo de conferir às microestacas uma maior capacidade de carga vertical, melhorando simultaneamente o seu desempenho relativamente às solicitações horizontais, tornou-se muito comum o seu reforço através de perfis metálicos tubulares de aço de alta resistência. Estes podem contribuir
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 93 com uma área de aço significativa, permitindo às microestacas suportarem cargas verticais bastantes elevadas, bem como ter uma boa capacidade para resistir a esforços de corte e de flexão. Para além disto, também promovem um aumento da sua rigidez. O uso de perfis tubulares é frequentemente recomendado para microestacas que funcionem à compressão, pois proporciona boa estabilidade lateral das mesmas sob ações de compressão axial. Refere-se também que esta solução pode ser conjugada com outros elementos de reforço, como varões de aço (Figura 6.9). Fig.6.9 – Esquema do reforço de uma microestaca através de um perfil tubular e de três varões de aço [4] No mercado existem perfis tubulares novos ou reutilizados da indústria petrolífera e os seus diâmetros variam entre 60 e 177,8 mm, com tensões de cedência típicas de 551 MPa para a classe de aço N80, que se observa como sendo a mais aplicada e comercializada. Como esta classe de aço ainda não se encontra normalizada no contexto europeu, a sua utilização é regulada de acordo com as especificações da API (American Petroleum Institution) (Pereira, 2012). Relativamente ao reforço das microestacas através de perfis metálicos HEB refere-se que os mais utilizados são os perfis HEB 120 e HEB 140, sendo normalmente aplicados em microestacas com selagem ou injeção à cabeça, visto que não permitem outro tipo de injeção (Vaz, 2008 citado por Antunes, 2012). No que diz respeito à calda e ao processo de injeção evidencia-se que esta é uma fase que possui uma importância significativa na realização das microestacas, uma vez que esta fase influencia determinantemente a capacidade de carga das mesmas. Geralmente a calda é uma mistura constituída por cimento e água, mas poderá ainda, caso se justifique, conter aditivos e superplastificantes. As caldas são um constituinte essencial para o correto desempenho das microestacas, cujas funções são as seguintes (Shong e Chung, 2003): Transferir as cargas das armaduras para o solo envolvente; Nas secções compostas suportam parte da solicitação quando submetidas a esforços de compressão;
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 100 Fig.6.14 – Perfis tubulares para microestacas: a) tubos manchete; b) pormenor da válvula manchete; c) elementos de união exterior [34] Os tubos TM possuem um troço inicial que serve de tampão de fundo (Figura 6.15), sendo este o primeiro a ser introduzido. Posteriormente, introduzem-se os tubos com válvulas tipo manchete que permitem realizar o bolbo de selagem da microestaca. Após a introdução destes, colocam-se os tubos sem válvulas ao longo de todo o comprimento livre das microestacas (Vaz, 2008 citado por Antunes, 2012). Fig.6.15 – Tubo tampão de fundo [34] A armadura deve ser colocada com espaçadores, de modo a se assegurar o cumprimento do recobrimento estipulado no projeto. Por fim, no que toca à proteção da armadura contra a corrosão refere-se que, segundo a norma europeia EN 14199, esta tem de ter em conta a agressividade do meio, o tipo de microestaca, o tipo de carregamento, o tipo de aço utilizado e o tempo de vida útil definido para o projeto (Sacadura, 2009).
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 101 6.4.4. SELAGEM Após a colocação da armadura, procede-se à execução da selagem, devendo o intervalo de tempo entre as duas fases ser o mínimo possível, de forma a se assegurar que o furo se mantem estável e limpo. A selagem pode ser total, no caso da construção de microestacas do tipo A e B, onde o furo é totalmente preenchido pela calda de cimento, ou pode ser parcial, selando apenas o espaço anelar existente entre o furo e a armadura tubular, no caso da construção de microestacas do tipo C e D (Gonçalves, 2010). A calda deve ser colocada de baixo para cima, através de um tubo, normalmente de PVC, levado até ao fundo do furo, ou recorrendo a um obturador posicionado na última válvula do tubo manchete, nos casos das microestacas tipo C e D. Neste último caso a selagem dever ser realizada até ao completo preenchimento do espaço anelar existente e a operação é designada por injeção primária (Antunes, 2012). Para além da selagem, a injeção da calda de cimento permite também realizar o transporte de detritos depositados no fundo do furo até à superfície, devendo, portanto, refluir à superfície limpa e consistente no final dos trabalhos. 6.4.5. INJEÇÃO Esta fase de realização aplica-se às microestacas do tipo C e D, em que se recorre a um tubo manchete para se proceder à Injeção Global Unitária (IGU), no caso das microestacas tipo C, ou à Injeção Repetitiva e Seletiva (IRS), no caso das microestacas tipo D. Para o caso das microestacas do tipo D, após o preenchimento do espaço anelar existente entre o tubo e o furo, realizam-se injeções repetidas de calda de cimento, recorrendo-se a um obturador duplo, que percorre todas as válvulas manchete, desde a que se encontra a uma maior profundidade até à que se situa a uma cota mais elevada. Em cada válvula é injetada uma determinada quantidade de calda de cimento aferindo-se as pressões de abertura da mesmas e a pressão de injeção da calda. Esta operação é executada 12 a 24 horas após a selagem, sendo o processo repetido até se alcançarem pressões de injeção que produzam bolbos capazes de mobilizar a força atrítica pretendida entre a interface da calda injetada e o solo circundante (Antunes, 2012). Para o caso das microestacas tipo C, recorre-se ao método IGU, em que se utiliza um obturador simples, sendo este processo realizado de uma só vez. Posteriormente à conclusão desta operação procede-se à colocação da eventual armadura complementar no interior do tubo manchete, executando-se de seguida a selagem do seu interior, que é preenchido com calda de cimento. 6.4.6. LIGAÇÃO À ESTRUTURA Após a construção das microestacas, estas têm de ser ligadas à restante estrutura através de maciços de encabeçamento ou vigas em betão armado, de forma a que as microestacas trabalhem em conjunto, aumentando a resistência do sistema. Assim sendo, é necessário: Escavar o terreno até à cota de fundação do maciço de encabeçamento ou da viga de betão armado a construir; Realização da limpeza do local e de uma camada de betão de regularização na base da fundação; Execução da armadura do maciço ou da viga;
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 102 Montagem da cofragem do elemento; Betonagem. O modo de ligação entre as microestacas com a viga ou o maciço de encabeçamento, varia consoante a capacidade pretendida para a ligação e com o modo como as microestacas funcionam, isto é, se trabalham unicamente à compressão ou se também trabalham à tração. Tipicamente são utilizadas placas de aço e anéis metálicos nestas ligações (Figura 6.16) (Armour, et al., 2000). Fig.6.16 – Esquemas exemplificativos de ligação das microestacas aos restantes elementos da estrutura [4] 6.5. CONTROLO DA QUALIDADE A qualidade das microestacas é fortemente dependente do seu processo de execução, pelo que se aconselha que a sua instalação seja realizada por uma empresa especialista devidamente qualificada, com larga experiência na área e com métodos executivos consolidados (resultantes de uma ampla investigação e da realização de ensaios), cuja aplicação já deu provas do seu bom funcionamento em obras anteriores. Para além da experiencia possuída pela empresa contratada, a qualidade das microestacas depende também do tipo e capacidade do equipamento utilizado, da caracterização do solo efetuada e da realização dos ensaios mais apropriados, que permitem uma correta avaliação da interação solomicroestaca. De modo a se assegurar a qualidade das microestacas executadas, deve ser seguido um rigoroso plano de controlo, que, entre outros aspetos, deverá ter em conta (Armour et al., 2000): O desempenho previsto para a microestaca e as tolerâncias definidas; A localização e orientação das microestaca; A configuração e dimensões da microestaca; A capacidade prevista para a microestaca; As características e o estado do solo; A adequação do equipamento utilizado; A qualidade da calda utilizada; As técnicas de selagem e de injeção; O estado de conservação da armadura, verificando se não existem gorduras ou outras substâncias presentes na mesma que possam prejudicar a sua aderência à calda;
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 103 A necessidade de utilização de dispositivos como centralizadores ou espaçadores, na colocação da armadura; A necessidade de estabilizar o furo com tubos de suporte provisórios ou fluidos estabilizantes; O plano de instalação, compreendendo as fases do processo e o seu agendamento. 6.6. ENSAIOS De modo a verificar a capacidade das microestacas em suportar as cargas de projeto sem excessivos movimentos e com um adequado fator de segurança durante o tempo útil de vida da estrutura, as microestacas são sujeitas a ensaios. Para além desta avaliação, a execução de microestacas-teste e o seu ensaio permite também verificar a adequabilidade dos métodos de perfuração, selagem e injeção utilizados na execução das microestacas definitivas pela empresa contratada. Assim sendo, na realização destas microestacas-teste, as condições do solo ou do maciço rochoso, bem como o método construtivo aplicado, o equipamento e o operador utilizados devem ser os mesmos que serão aplicados aquando da realização das microestacas definitivas. Caso os ensaios realizados nas microestacas-teste revelem uma deficiente execução ou uma força atrítica na interface calda-solo menor que a definida em projeto, a empresa responsável pela sua execução deverá alterar o seu modo construtivo, realizando as correções necessárias. Se durante a execução das microestacas definitivas algum aspeto ou parâmetro variar relativamente aos ensaios efetuados, ensaios adicionais terão de ser efetuados. Os ensaios realizados são caracterizados por um aumento incremental da carga aplicada na microestaca, medindo-se o deslocamento da sua cabeça provocado por cada um desses incrementos aplicados. Tipicamente o registo dos deslocamentos observados é realizado após a aplicação do primeiro incremento de carga e antes de se proceder à aplicação do incremento de carga seguinte, repetindo-se este procedimento para os restantes incrementos realizados. O valor dos incrementos de carga, o seu tempo de duração e o número de medições realizado para cada incremento é definido no caderno de encargos. Relativamente aos tipos de ensaios refere-se que os ensaios de capacidade de carga última e os ensaios de prova são normalmente executados. Os ensaios de capacidade de carga última são executados em microestacas-teste, levando-se as mesmas à rotura, a qual é caracterizada por um deslocamento excessivo. Estes ensaios permitem determinar a capacidade de carga última e compará-la com a prevista. Quanto aos ensaios de prova, estes são realizados em microestacas definitivas, aplicando-se, normalmente, um único ciclo de carga por incrementos até uma determinada carga pré-definida. Com este tipo de ensaios pretende-se avaliar a capacidade das microestacas suportarem as cargas de serviço em condições de segurança, sem que ocorram grandes deslocamentos durante o seu tempo de vida útil (Armour et al., 2000). Por fim, refere-se que as microestacas podem ser ensaiadas tanto à compressão como à tração. Caso as microestacas suportem os dois tipos de esforços, estas devem ser submetidas aos dois métodos de ensaio. Nestas situações o ensaio de tração normalmente é realizado em primeiro lugar, já que caso ocorra algum movimento residual da microestaca durante o mesmo, esta pode ser colocada na sua posição inicial, para depois ser ensaiada à compressão. A aplicação das cargas pode variar, podendo-se recorrer a um único ciclo de carga, por sucessivos incrementos, ou a vários ciclos de carga, onde os incrementos são aplicados e removidos até se atingir
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 104 uma determinada carga pré-definida. Relativamente a este aspeto, salienta-se que os ciclos de carga múltiplos são preferíveis quando se pretende realizar ensaios até à rotura (Armour et al., 2000). Para ensaios de carga axiais e laterais, os sistemas mais comuns incluem macacos hidráulicos, para aplicação das cargas, e uma estrutura de reação. A estrutura de reação pode ser composta por microestacas adicionais, ancoragens, perfis metálicos, etc. Na Figura 6.17 podem-se observar dois esquemas exemplificativos de sistemas de reação para ensaios de compressão (Figura 6.17a) e tração (Figura 6.17b). Fig.6.17 – Sistemas de reação para ensaios de microestacas: a) à compressão; b) à tração [4] 6.7. DESCRIÇÃO DO SISTEMA CONSTRUTIVO 6.7.1. PREÂMBULO Sempre que se verificam grandes carências do terreno de fundação, sendo reduzida a viabilidade do reforço superficial das fundações, é possível procurar assegurar a colaboração de camadas profundas do terreno, previamente identificadas na campanha de prospeção geotécnica, com melhores características de resistência e deformabilidade, com o objetivo de se transferir as cargas transmitidas pelas fundações para essas camadas localizadas em profundidade. Uma solução possível para o problema é então o recurso à execução de microestacas, podendo o reforço das fundações se concretizar de duas formas, com o atravessamento das fundações pelas próprias microestacas ou com a execução das microestacas nas proximidades das fundações, sendo estas posteriormente ligadas às fundações existentes através de vigas de coroamento que permitem o travamento e encabeçamento das microestacas. Apesar de existirem vários métodos de fundações profundas que poderiam desempenhar esta função, a solução por microestacas é das mais recomendáveis sobretudo pela sua capacidade de execução em espaços de trabalho limitados (de reduzido pé-direito, por exemplo), pelo seu reduzido diâmetro, pela
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 105 possibilidade de serem realizadas com diversas inclinações, pelo equipamento permitir o atravessamento das fundações e pelas reduzidas vibrações que introduzem no solo e por conseguinte na própria estrutura a reforçar, bem como nas estruturas vizinhas. 6.7.2. FASES DE EXECUÇÃO DO REFORÇO DE FUNDAÇÕES POR ATRAVESSAMENTO Nestes casos em que o reforço é realizado atravessando a própria fundação (Figura 6.18), a execução dos trabalhos é relativamente simples, uma vez que a solidarização das microestacas à fundação existente é direta, sendo assegurada pelo processo de injeção das mesmas. Apesar disto, chama-se a atenção para dois aspetos especialmente relevantes que devem ser verificados neste método de reforço. O facto das microestacas atravessarem diretamente a fundação existente implica necessariamente que a fundação a reforçar tenha uma resistência e uma altura suficientes, para ser possível a amarração das mesmas. Fig.6.18 – Esquema representativo de reforço por atravessamento de microestacas [2] Seguidamente apresentam-se as operações usualmente envolvidas no reforço de fundações por atravessamento através de microestacas: Colocação do equipamento de execução das microestacas no local da sua realização, com o eixo do equipamento de furação coincidente com o eixo do furo a realizar. A inclinação a conferir à microestaca é assegurada por níveis situados no equipamento; Realização do furo utilizando o sistema de furação mais adequado, como descrito em 6.4.2.; Colocação da armadura, de acordo com o apresentado em 6.4.3.; Posteriormente procede-se à selagem e injeção consoante o tipo de microestaca executado, conforme o descrito em 6.4.4. e 6.4.5.; 6.7.3. FASES DE EXECUÇÃO DO REFORÇO DE FUNDAÇÕES COM VIGAS DE COROAMENTO O recalce de fundações recorrendo a microestacas solidarizadas no topo através de vigas de coroamento pode ser realizado de ambos os lados ou apenas pelo lado interior, caso o acesso a ambos os lados esteja inviabilizado pela presença de estruturas contíguas, situação essa que se revela cada vez mais frequente, devido à crescente densificação das atuais zonas urbanas.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 106 O recalçamento de fundações através de microestacas pode ser uma solução passiva ou ativa. Caso a estrutura seja escorada previamente à realização das microestacas e das vigas de recalçamento, passando a descarregar sob o conjunto após a sua conclusão, considera-se que o reforço é ativo. Caso contrário, o reforço é considerado passivo, pois só entra em carga para novas solicitações (Appleton, 2011). Quando a fundação a recalçar é acessível por ambos os lados a solução de reforço normalmente adotada passa pela execução de uma fiada de microestacas, realizadas em cada um dos lados da fundação e ao longo de toda a sua extensão longitudinal. Posteriormente à sua execução, estas são ligadas à fundação existente através de vigas de coroamento de betão armado, construídas lateralmente à mesma, que por sua vez são tornadas solidárias entre si e com a fundação original, pela aplicação de barras de aço de alta resistência (por exemplo barras GEWI) que atravessam estes elementos estruturais de um lado ao outro, garantindo deste modo o monolitismo da solução (Figura 6.19). Fig.6.19 – Recalçamento de uma fachada através de microestacas e vigas de recalçamento [8] Uma solução alternativa à anteriormente descrita, consiste em recalçar a fundação existente na mesma através da realização de uma fiada de microestacas em cada um dos seus lados, porém a sua ligação a esta última é efetuada através de maciços ou vigas de encabeçamento transversais (dispostas com um determinado espaçamento), metálicas ou de betão armado, que atravessam a própria fundação a recalçar ou a parede por ela suportada (Figura 6.20).
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 107 Fig.6.20 – Esquema de recalce de fundações com microestacas encabeçadas por vigas de betão armado que atravessam a fundação existente ou a parede que suporta: a) alçado; b) planta; c) perspetiva [1] Relativamente aos casos em que a fundação é acessível por um só dos lados a solução adotada baseiase num sistema em consola (Figura 6.21). Tipicamente, o processo consiste em executar duas fiadas de microestacas nas proximidades da fundação a recalçar, onde as microestacas da fiada mais próxima trabalham à compressão e as da mais distante trabalham à tração, sendo estas posteriormente ligadas entre si e à fundação existente através de uma viga longarina ou de uma banda de laje, que por sua vez se encontra solidarizada à fundação original a recalçar. As vigas de recalçamento utilizadas são frequentemente reforçadas no seu interior por perfis metálicos, de modo a conferir às mesmas uma elevada resistência à torção e à flexão, já que a transferência de carga para as microestacas é realizada excentricamente.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 108 Fig.6.21 – Esquema de recalce em consola: a) perspetiva; b) planta [36] Para além de fundações contínuas, as microestacas também permitem recalçar sapatas isoladas, sendo o processo bastante semelhante ao descrito para o recalce de fundações contínuas acessíveis por ambos os lados. O método consiste na realização de um maciço de cintura da sapata existente, podendo este ser em betão armado, ao qual são ligadas as microestacas previamente executadas. O monolitismo da solução é assegurado pela introdução de uma barra de aço de alta resistência (por exemplo tipo GEWI) no conjunto, atravessando a cinta de betão e a sapata existente (Figura 6.22) (Coelho, 1996). Fig.6.22 – Esquema de reforço de sapatas isoladas [22] A tecnologia de microestacas também pode ser uma solução de reforço de ensoleiramentos gerais, através da realização de uma grelha de furos na laje de betão armado, através da técnica de carotagem, onde posteriormente são executadas as microestacas, sendo estas seladas à laje. No que toca à solução de recalce de fundações através de microestacas encabeçadas por vigas de recalçamento, o processo é semelhante caso se tratem de fundações acessíveis por ambos os lados ou apenas por um deles. Deste modo, seguidamente apresentam-se as principais operações realizadas na execução desta solução de recalce (ver caso de obra na Figura 6.19): Colocação do equipamento de execução das microestacas no local da sua realização, com o eixo do equipamento de furação coincidente com o eixo do furo a realizar. A inclinação a conferir à microestaca é assegurada por níveis situados no equipamento;
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 109 Realização do furo utilizando o sistema de furação mais adequado, como descrito em 6.4.2.; Colocação da armadura, de acordo com o apresentado em 6.4.3.; Posteriormente procede-se à selagem e injeção consoante o tipo de microestaca executado, conforme o descrito em 6.4.4. e 6.4.5.; Escavação do terreno até à cota de implantação da viga de recalçamento; Realização da limpeza do local e de uma camada de betão de regularização na base da fundação; Execução dos elementos de ligação da microestaca com a viga de recalçamento; Execução da armadura da viga de recalçamento; Realização da cofragem da viga de recalçamento; Betonagem da viga de recalçamento; Remoção da cofragem; Introdução das barras de aço de alta resistência. Relativamente ao procedimento anteriormente descrito, a única diferença existente na realização de recalces de fundações acessíveis por um só lado, é o facto da viga de recalçamento ser reforçada com perfis metálicos, para além da armadura realizada com varões de aço. A colocação destes perfis é feita em rasgos abertos nas fundações originais. 6.8. CASOS DE OBRA 6.8.1. RECALCE DO PALÁCIO CAMPOSAGRADO EM AVILÉS O Palácio Camposagrado (Figura 6.23), construído no século XVII, localiza-se na cidade medieval de Avilés e constitui um dos exemplos mais imponentes da arquitetura barroca da região das Astúrias. Fig.6.23 – Fachada principal do Palácio Camposagrado [35] Em 2002 iniciaram-se obras de reabilitação e remodelação no edifício, sendo a construção de uma cave, numa das suas partes, um dos principais objetivos das mesmas. Extensivos estudos levados a cabo antes do arranque dos trabalhos, de modo a conhecer a estrutura e a condição do edifício, revelaram que tanto a natureza das paredes resistentes em alvenaria como das suas fundações eram bastante variáveis. As paredes exteriores possuíam duas camadas de alvenaria, uma exterior em pedra polida trabalhada e uma interior em alvenaria corrente. As paredes interiores possuíam uma só camada de alvenaria corrente. Quanto à profundidade das fundações verificou-se
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 116 Fig.6.32 – Soluções adotadas para a cortina periférica e para o recalce das fundações das paredes interiores [63] A zona delimitada pela elipse vermelha apresentada na Figura 6.32, corresponde à solução adotada para o recalce das paredes interiores a preservar. Pela dificuldade de perceção da solução adotada pela Figura 6.32, apresenta-se uma ampliação da mesma zona na Figura 6.33. Fig.6.33 – Esquema em planta do reforço das paredes interiores a preservar [63]
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 117 6.8.3. AMPLIAÇÃO SUBTERRÂNEA DO TEATRO CIRCO DE BRAGA Os trabalhos de recuperação e ampliação subterrânea do Teatro Circo determinaram a necessidade de efetuar uma escavação com aproximadamente 11 metros de altura, motivada pela construção de um novo auditório e das respetivas infraestruturas de apoio. Esta obra exigia a preservação de parte dos três níveis de balcões e da entrada principal, existentes na zona central do edifício e sobre a área a escavar. Para tal a plateia existente em piso elevado foi demolida e posteriormente reconstruída, sendo o novo auditório construído sob esta. Nas Figuras 6.34 e 6.35 apresentam-se um esquema ilustrativo da planta do edifício e um corte longitudinal do mesmo, respetivamente. Fig.6.34 – Esquema da planta do edifício [68] Fig.6.35 – Corte longitudinal 1-1 representado no esquema da planta [68] De modo a ser possível a execução da obra foi necessário executar estruturas de contenção periférica e de recalçamento. A contenção periférica foi realizada através de uma cortina de contenção tipo Berlim, ancorada no maciço competente.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 118 Quanto ao recalçamento dos pilares e das paredes localizados no interior do edifício, ou adjacentes à zona da escavação, este foi efetuado através de microestacas de coroa circular, em aço de alta resistência, solidarizadas no seu coroamento através de maciços ou vigas de recalçamento em betão armado. Estes elementos tinham como função assegurar a transmissão das cargas das fundações existentes para as microestacas (Figura 6.36). De modo a facilitar a transferência de cargas, a ligação dos elementos verticais recalçados aos maciços ou às vigas de recalçamento, foi realizado por intermédio de barras pré-esforçadas de aperto, tipo GEWI. Tendo em conta a altura da escavação, foram executados maciços intermédios de betão armado nas microestacas de recalce, unidos entre si através de perfis metálicos, que permitiam o travamento horizontal das microestacas diminuindo consequentemente o comprimento de encurvadura. Fig.6.36 – Perspetivas do recalçamento: a) dos pilares de entrada; b) de pilares interiores; c) de pilares e paredes onde apoiam os balcões [68] Finalizada a construção dos novos elementos de fundação e da nova estrutura, estando assim garantido o apoio definitivo dos elementos recalçados, as microestacas e todos os elementos provisórios foram demolidos ou seccionados. 6.8.4. RECALÇAMENTO DO PALÁCIO SOTTO MAYOR O Palácio Sotto Mayor é um edifício de estilo clássico de influência francesa, projetado pelo Arquiteto Ezequiel Bandeira e construído entre os anos de 1902 e 1906. O edifício, localizado em Lisboa,
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 119 caracteriza-se por possuir uma estrutura com paredes exteriores em alvenaria de pedra, paredes de átrio interiores em alvenaria de tijolo e paredes divisórias em tabique e alvenaria de tijolo. O edifício possui uma cave semi-enterrada, piso térreo, primeiro piso e mansardas, ocupando uma área de implantação de aproximadamente 30x30 m2. No âmbito da obra do Centro Empresarial Palácio Sotto Mayor (Figura 6.37) que previa a realização de uma escavação de 150.000 m3 de terras, com uma altura máxima de 27 m, para a construção de oito pisos enterrados em torno do edifício, bem como de uma galeria subterrânea sob a estrutura do mesmo que atravessava a zona central entre as fachadas poente e nascente, foi necessário conceber uma solução que possibilitasse a contenção periférica da escavação, a contenção do palácio e o seu recalçamento, de modo a se preservar a integridade do mesmo, que se localizava no centro do recinto da escavação (Pinto et al., 2003). Fig.6.37 – Vista do palácio no início da obra [66] No âmbito do tema abordado neste capítulo descrevem-se seguidamente as soluções adotadas para o recalce e confinamento do palácio Tendo em conta as características da estrutura a recalçar e os espaços diminutos para a execução dos trabalhos, a solução adotada consistiu na realização do recalce através de microestacas em aço de alta resistência, com secção de coroa circular, encabeçadas por uma grelha de vigas de betão armado préesforçado (Figura 6.38a e 6.39). As microestacas executadas foram do tipo N80 e possuíam 127 mm de diâmetro exterior, 9 mm de espessura e 12 m de comprimento total, sendo 6 m de selagem. A solidarização das vigas de recalçamento com as paredes de alvenaria de pedra foi efetuada através de mecanismos de costura por barras tipo GEWI, com 32 mm de diâmetro (Figura 6.38b). Fig.6.38 – Esquema representativo do recalce: a) microestacas e grelha de vigas de recalçamento; b) pormenor do recalce realizado [67]
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 120 Fig.6.39 – Recalce das paredes: a) grelha de vigas; b) visualização das microestacas realizadas [66] Apesar disto, os trabalhos de escavação para a realização da galeria só tiveram início após a execução das lajes dos pisos enterrados, localizadas em torno do palácio, que permitiram a reposição das condições de confinamento do mesmo. Relativamente à contenção do palácio esta foi realizada através de uma cortina de estacas moldadas, de 800 mm de diâmetro, travadas por vigas horizontais de cintagem em betão armado pré-esforçado, dispostas em seis níveis ao longo da altura da escavação (Figura 6.40 e 6.41a). Refere-se que estas foram betonadas contra o terreno, pré-esforçadas e apoiadas ao longo do seu perímetro exterior em perfis HEB 200 (Figura 6.41b), previamente instalados no terreno antes do início dos trabalhos de escavação. A localização das mesmas foi também definida de modo a permitir a sua incorporação nas lajes dos pisos enterrados, pertencentes à estrutura definitiva, sempre que possível. Fig.6.40 – Contenção do palácio: a) planta esquemática; b) preparação do terreno para a construção da viga do 1º nível; c) execução da armadura da viga do 1º nível; d) montagem dos cabos de pré-esforço [67]
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 121 Fig.6.41 – Contenção do palácio: a) perspetiva das vigas de cintagem; b) perspetiva da cortina de estacas moldadas [67]
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Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 123 7 REFORÇO DE FUNDAÇÕES ATRAVÉS DA APLICAÇÃO DA TECNOLOGIA DE JET GROUTING 7.1. EVOLUÇÃO HISTÓRICA DA TECNOLOGIA O jet grouting é uma tecnologia relativamente recente, que teve o seu desenvolvimento no Japão durante as décadas de 60 e 70 do século XX. A tecnologia de jet grouting, também conhecida por Very High Pressure (VHP) Grouting, ou na Alemanha, por Hohe Druck Injektion (HDI), segundo Lunardi (1997), foi primeiramente aplicada em meados de 1950 (mas não com as características que viria a possuir), no Paquistão, pela empresa Cementation Co.. A partir do ano de 1965, foram conseguidos mais desenvolvimentos pelas mãos dos irmãos Yamakado, no Japão, porém, o grande impulso desta tecnologia foi obtido com os progressos alcançados durante a década de 70, onde se desenvolveram, simultaneamente, dois conceitos de jet grouting. O primeiro conceito, designado por Chemical Churning Pile ou CCP jet grouting, foi desenvolvido por Nakanishi, e consistia na utilização de uma única vara de furação e jateamento, que permitia a injeção de caldas químicas aglutinantes no solo (Van der Stoel, 2007). O termo Chemical deve-se precisamente ao facto deste método, antigamente, ser executado com caldas químicas, prejudiciais ao ambiente. Atualmente, este método designa-se de Cement Churning Pile, devido ao facto das caldas químicas terem sido substituídas por caldas de cimento. Este método, como não utiliza ar comprimido, só possibilita a realização de colunas de solo-cimento com 40 a 80 cm de diâmetro. Quanto ao segundo método, que pode ser considerado uma evolução do anterior, foi designado por Jet Grouting pelo ser criador, Yahiro, e é baseado no corte, substituição e cimentação do solo, tipicamente usando três varas concêntricas que injetam no mesmo água, ar e calda de cimento (Van der Stoel, 2007). Ainda no Japão, foram concebidas mais algumas alterações no sistema de jet grouting, das quais se destaca a aplicação do jato de calda de cimento, envolvido por ar comprimido, o que permitiu construir colunas de maiores diâmetros. Este processo foi designado por Jumbo Special Grout (JSG) e atualmente corresponde ao sistema de jato duplo (jet 2). Posteriormente a este grande desenvolvimento no Japão, a tecnologia de jet grouting foi introduzida e otimizada na Europa durante a década de 80, nomeadamente através de empresas alemãs, francesas e italianas, que começaram a aplicar a técnica nas suas obras.
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 124 Em Portugal, a partir de 1994, observou-se uma generalização da aplicação desta tecnologia, particularmente em obras subterrâneas, com destaque para as obras de expansão do Metropolitano de Lisboa (Falcão et al., 2000). Por fim, faz-se referência à mais recente otimização que a tecnologia de jet grouting sofreu. O sistema é designado por X-jet ou Cross-jet, e baseia-se na aplicação de dois jatos de água/ar, para erodir o solo, que se intersetam a cerca de 1 metro de distância do ponto de injeção, e por um terceiro jato que se situa abaixo destes, cuja função é a injeção da calda. A energia de corte, resultante dos dois jatos de água/ar, é gradualmente reduzida, no ponto de interseção dos dois jatos, devido à dispersão de energia que aí ocorre (Welsh e Burke, 2000 citados por Roberto, 2012). Este processo foi desenvolvido no Japão, pela empresa Chemical Grouting Company, e apresenta as vantagens de ter a capacidade de produzir colunas de jet grout de maiores diâmetros (2 a 2,5 metros) e com mais precisão (Van der Stoel, 2007). 7.2. DEFINIÇÃO, CAMPO DE APLICAÇÃO E EQUIPAMENTO 7.2.1. DEFINIÇÃO O jet grouting é uma tecnologia que possibilita a criação de corpos sólidos, solo-cimentados, dotados de boas características mecânicas e pouco permeáveis. Estes podem ser isolados ou agrupados monoliticamente, e são executados diretamente no interior do solo, sem qualquer escavação prévia, através da mistura íntima entre o solo natural e a calda de cimento consolidante injetada (Pinto, 2014). Assim sendo, a produção destes corpos de solo-cimento é realizada utilizando-se um ou mais jatos horizontais de grande velocidade (cerca de 250 m/s), que aplicam a sua elevada energia cinética na desagregação da estrutura do maciço e na mistura da calda de cimento com as partículas do solo desagregado. O processo de desagregação e mistura, e consequentemente a criação do corpo, dá-se até uma distância máxima, que é medida desde o bico injetor até ao ponto em que a energia cinética, responsável pela ação do jato, é dissipada pela resistência passiva que o solo opõe ao efeito difusor do jato (Pinto, 2014). Devido à grande versatilidade da tecnologia, se não existirem nenhumas restrições ou condicionantes, os corpos de jet grout podem ser realizados em qualquer tipo de solo (Figura 7.1), em qualquer direção e nas camadas de solo estritamente necessárias. Os corpos verticais criados, possuem uma boa resistência à compressão e permitem a transferência de cargas para o maciço, por ponta e por atrito lateral (Falcão et al., 2000).
Sistemas Construtivos de Reabilitação e Reforço de Fundações 125 Quanto à facilidade e eficiência de execução da técnica, esta é maior quanto piores forem as características de resistência e de deformabilidade do terreno onde é aplicada. 7.2.2. CAMPO DE APLICAÇÃO O campo de aplicação da tecnologia de jet grouting é atualmente muito vasto, devido sobretudo à sua grande versatilidade, que permitiu assegurar a sua competitividade relativamente a outras técnicas tradicionais. Seguidamente, são referidas algumas das aplicações mais frequentes da técnica de jet grouting (Figura 7.2) (Carreto, 2000): a) Em túneis: Construção em zonas urbanas de túneis de reduzido recobrimento em terrenos de características mecânicas medíocres; Consolidação de abóbadas de túneis a partir do seu interior ou a partir da superfície (para profundidades inferiores a 20 metros); Consolidação de frentes de túneis em terrenos constituídos por solos moles e saturados; Criação de lajes estanques na soleira e impermeabilização de hasteais e da abóbada; Consolidação da entrada e saída de tuneladoras com escudo; Tratamento de camadas muito permeáveis com níveis de água confinados, intersectadas pelo traçado do túnel e que podem originar carregamentos de solo devido às suas elevadas pressões. b) Em escavações: Construção de lajes de fundo com função de contraventamento e/ou de impermeabilização; Contenções laterais de escavações que também podem funcionar como cortinas de estanqueidade (em particular em terrenos com obstáculos inultrapassáveis por estacas prancha ou por paredes moldadas); Reforço de cortinas com descontinuidades e passagem de água para o interior da escavação; Recalçamento de serviços que não possam ser deslocados durante as operações de escavação; Dimensões das partículas (mm) Material passado no peneiro (%) Fig.7.1Comparação da aplicabilidade do jet grouting relativamente a outras técnicas de tratamento [58] Dimensões das partículas (mm)