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Especialização em Patologia das Construções 2013

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PATOLOGIA DAS

FUNDAÇÕES

UTFPR - Curitiba

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Ronaldo L. S. IZZO, D.Sc.

[email protected]

http://paginapessoal.utfpr.edu.br/izzo


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2Tópicos:• Recalques

– Conceito– Recalques admissíveis

• Efeitos de Movimentos das Fundações• Investigação Geotécnica

– Sondagem– Colapsibilidade– Expansibilidade– Zonas Cársticas– Matacões

• Projeto de Fundações– Interação Solo-Estrutura– Comportamento das Fundações– Fundações Sobre Aterro– Aterro sobre Solo Mole– Aterro Sanitário e Lixões

• Execução das Fundações• Pós-Conclusão das Fundações

– Carregamento– Alteração de Uso– Grandes Escavações Próximo a Construções– Escavações não Protegidas– Instabilidade de Taludes– Efeitos da Presença de Água– Variação do Nível de Água


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O PROJETO DE FUNDAÇÕES


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• PROJETO DE FUNDAÇÕES

Determinação das solicitações.

Cargas de projeto.

Adoção de um modelo.

Através de investigações geotecnicas.

Interpretação das informações.

Conhecimento estabelecido sobre o

comportamento do solo sob carga.

Transmissão de esforços à massa de solo.

PROJETO DE FUNDAÇÕES

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• SOLO Produto da natureza. Grande variabilidade. Tanto de ocorrência como de propriedades.

As solicitações: Tratamento simplificado. Abordagem determinística.

₪ (cargas permanentes e acidentais) Erros na determinação das cargas.

₪ Desconsideração de momentos fletores;₪ Cargas horizontais.



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• SOLICITAÇÕES Incluir considerações referentes ao próprio

comportamento do solo. Empuxos, atrito negativo, etc.

Não somente às cargas permanentes e acidentais. Provenientes da superestrutura. Construção, uso e vida útil da estrutura.

• APÓS DEFINIÇÃO DAS SOLICITAÇÕES: Escolha de possíveis formas de transmissão de carga. Cálculo dos elementos de transferência

Verificação da segurança contra ruptura; Deformação do solo.



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• PROJETO: Identificação de mecanismos de ruptura. Deformações do solo. Uso de métodos numéricos. Nesta etapa:

Valores típicos para parâmetros de projeto; Normas ou códigos; Experiência; Uso de mesma solução de situações idênticas; Correlações empíricas.

• DIMENSIONAMENTO: Estrutural; Planta executiva.

₪ Vai ao canteiro de obra.



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• PROBLEMAS NESTA ETAPA: Relativos ao solo:

Patologias envolvendo o solo como causador doproblema.

Relativos a mecanismos: Ausência de identificação de mecanismos causadores de

mau comportamento ou colapso. Desconhecimento do comportamento real das

fundações. Cada tipo de fundação tem um comportamento

específico. Afeta o desempenho da estrutura apoiada sobre as

mesmas.


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• PROBLEMAS NESTA ETAPA:

Relativos à estrutura de fundação.

Problema causado pelo projeto ou detalhamento

estrutural do elemento de fundação.

Especificações construtivas.

Ausência.



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PROBLEMAS ENVOLVENDO O SOLO


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11PROBLEMAS ENVOLVENDO O SOLO

• Adoção de perfil de projeto otimista:

Sem caracterização adequada do solo;

Situações representativas do subsolo.

Localização de camadas menos resistentes;

Camadas compressíveis;

Presença de lençol de água.

Ex.:

Caracterização do subsolo por 3 perfis de sondagem.

Especificação da profundidade das estacas satisfazendo

apenas 2 perfis.


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• Adoção de perfil de projeto otimista:

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• Representação inadequada do comportamento do solo:

Utilização de correlações empíricas ou semi-empíricas

não aplicáveis à situação em questão;

Escala;

Estimativa de tensões admissíveis com base em

resultados de ensaios NSPT para grandes áreas.

Estrapolação da correlação para material de

comportamento distinto.


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• Erros na estimativa das propriedades decomportamento do solo:

Extrapolação indevida da faixa de ocorrência da

correlação;

Valores excessivamente altos ou baixos.

Não adequados à situação considerada.


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• Uso indevido de resultados de ensaios para estimativa

de propriedades do solo não correlacionáveis com o

tipo de solicitação:

Correlação entre ensaios de penetração (SPT ou CPT),

cujos resultados são representativos da resistência do

solo, com propriedades de compressibilidade desses

materiais.

Resulta em adoção de valores de propriedades não

representativas e em projetos inadequados ou

problemáticos.


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• Adoção de fundações inadequadas face aocomportamento específico do solo:

Estacas cravadas sem cuidados especiais em solos

instáveis ou em presença de água.

Resulta em elementos com defeito.

Fundações profundas ou diretas em solos colapsíveis ou

expansivos sem cuidados especiais.

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• Remoção da crosta pré-adensada existente no topo dedepósitos de argilas moles:

Implantação de fundações superficiais, com a

consequente perda do suporte já anteriormente limitado.

Aparecimento de grandes recalques pela

compressibilidade da camada mole.


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INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA


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19INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA

• Quando uma fundação transfere carga ao solo e essatransferência é considerada de forma isolada, noentanto, há a existência de outra solicitação vizinha:

A existência de outra solicitação altera as tensões na

massa de solo.


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• Grupos de estacas apoiadas sobre camadas poucoespessas sobrepostas a camadas argilosas moles.: Podem romper nos casos em que a análise de

capacidade de suporte desconsidera a camada de solomole abaixo da ponta das estacas.

Casos onde somente se verifica a capacidade de carga,sem a análise de recalques da camada compressívelinferior.

Podem conduzir a recalques incompatíveis com a

estrutura, devido ao acréscimo de tensões provocado

pelo conjunto de estacas.

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• Estimativa de tensões admissíveis com base emresultados de placa, sendo estas extrapoladas paragrandes áreas carregadas. Base de silos ou tanques. Previsões têm um resultado inadequado pelo

comportamento distinto do caso real.


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• Fundações diretas adjacentes à escavação reaterrada,submetida a esforços horizontais.


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• Projeto de estacas para pilares adjacentes resultandoem estacas muito próximas, sem consideração dasobreposição de efeitos ou redução de eficiência nestasituação. Eficiência pode ficar comprometida. Problemas construtivos.

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• Desconsideração da ocorrência do efeito de atritonegativo em estacas. Típico de horizontes com aterros recentes sobre solos

moles. Rebaixamento de nível freático. Estaqueamento executado em solos moles sensíveis à

cravação. O deslocamento relativo das camadas de solo em

relação ao corpo da estaca provoca uma condição decarregamento nas fundações, e não de resistência àscargas externas.


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• Desconsideração da ocorrência do efeito de atritonegativo em estacas.


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• Situação de atrito negativo, ou solos em adensamento,

sobre estacas inclinadas.

Provoca solicitações de flexão nos elementos de

fundação para as quais estes não foram dimensionados.


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• Existência de aterro assimétrico sobre camadassubsuperficiais de solos moles, provocando oaparecimento de solicitações horizontais atuantes naestacas em profundidade.

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• Existência de aterro assimétrico sobre camadassubsuperficiais de solos moles, provocando oaparecimento de solicitações horizontais atuantes naestacas em profundidade.


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• Uso de modelos simplificados indevidos. Caso da verificação pelo método de cálculo do cone de

arrancamento. Utilizado em fundações superficiais, de fundações profundas

tracionadas. Como a cinemática de ruptura é diferente no caso das

fundações profundas. Acabam resultando valores superiores aos reais e condições

inseguras.


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• Cálculo de tração de estacas, a partir da soma dascargas de ruptura de cada uma consideradaindividualmente. Resulta em valores superiores ao real. A cinemática de ruptura do grupo é diferente.


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• Falta de travamento em duas direções no topo deestacas isoladas. Presença de solos das camadas superficiais e sub-superficiais

de baixa resistência. Resulta em comprimentos de flambagem maiores que os

considerados para pilares. Induz a instabilidade estrutural.

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• Utilização de cargas de trabalho nominais sem verificaçãode flambagem de estacas muito esbeltas em solos moles. Caso dos trilhos e perfis simples. Estacas contínuas de tubos. Estaca raiz. Efeito de flambagem, usualmente não considerados em

peças totalmente enterradas.


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COMPORTAMENTO DAS FUNDAÇÕES


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35COMPORTAMENTO DAS FUNDAÇÕES

• Adoção de sistemas de fundações diferentes na mesmaestrutura.

Em função de variação das características das cargas.

Variação da profundidade das camadas resistentes.

Condições locais restritivas de acesso.


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• Adoção de sistemas de fundações diferentes na mesmaestrutura. Sem separação por junta de comportamento ou avaliação

adequada de compatibilidade de recalques.

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• Obtenção por correlações com ensaios de penetração,de valores de capacidade de carga de fundaçõesprofundas, sem observar números limites para atritolateral e resistência de ponta. Pela extrapolação de valores elevados. Pelas profundidades dos elementos de fundação, impossíveis

de serem atingidos. Resultados obtidos são incompatíveis com os reais. Provocam o mau comportamento das fundações submetidas

a cargas mais elevadas, superiores àquelas que podem sertransferidas ao solo.


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• Adoção de fundações profundas para cargas daestrutura de pavilhões, com presença de aterroscompactados assentes sobre camadas compressíveis.


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• Desconhecimento do mecanismo de mobilização daresistência de ponta que necessita de deslocamentosproporcionais ao diâmetro das estacas escavadas de grandeseção.

Resulta na adoção de valores seguros do ponto de vista da ruptura.

Porém, causa recalques incompatíveis com o bom desempenho da

superestrutura.

No caso de estacas de diâmetros muito diferenciados sob a mesma

estrutura. Pode haver problemas!


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• Desconhecimento do mecanismo de mobilização daresistência de ponta que necessita de deslocamentosproporcionais ao diâmetro das estacas escavadas de grandeseção.

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• Níveis muito desiguais de carregamento numa mesmaestrutura. Típico de torres com cargas elevadas e região circundante de

carregamento muito inferior. Ambas com o mesmo tipo de fundação. Sem junta de comportamento. Ou com pilares da junta, apoiados na mesma fundação.


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• Uso de elementos de fundação como reforço. No caso de fundações profundas com problemas

construtivos. Sem que haja uma avaliação do efeito no conjunto do novo

elemento executado. Deslocamentos necessários à mobilização de resistência. Rigidez No caso de esforços horizontais.


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• Uso de fundações de comportamento diferenciado e máavaliação dos efeitos de carregamento especial. Ex.: Silo com 72m de diâmetro e 39m de altura, com paredes

externas apoiadas sobre estacas e elemento central apoiadosobre sapata.


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INTERVALO !

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ESTRUTURA DE FUNDAÇÕES


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46ESTRUTURA DE FUNDAÇÕES

• Erros na determinação das cargas atuantes nasfundações. Típico de obras de pequeno porte. Projetistas sem experiência em situações especiais.

Estruturas pré-moldadas. Obras de arte. Indústrias. Silos. Tores altas. Estruturas submetidas a efeitos dinâmicos ou choques.


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• Fundações projetadas apenas para a carga final atuante. Estruturas pré-moldadas.

Momentos atuantes. Reduzida carga vertical.

• Erros decorrentes de indicação apenas de cargasmáximas em casos de fundações em estacas comsolicitações de compressão e momentos atuantes.

Ex.: Reservatórios elevados.


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• Erros no dimensionamento de elementos estruturais dasfundações. Vigas de equilíbrio. Estacas com cargas horizontais inadequadamente armadas. Vigas de grande rigidez, calculadas como vigas contínuas. Blocos com dimensionamento equivocado.

Solicitações mal distribuídas.

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• Armaduras de estacas de concreto armado tracionadas. Sem previsão de fissuração do concreto (ABNT NBR

6118/2003). A fissuração pode acarretar a degradação da armadura.

• Uso de emendas padrão em estacas metálicas. Sem verificação quanto a tração.

• Adoção de solução estrutural na qual os esforçoshorizontais não são equilibrados pelas fundações.


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• Carência de detalhes estruturais adequados. Ligação de armadura de estacas tracionadas ao bloco de

coroamento.


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• Uso de armaduras muito densas no projeto.• Causando dificuldades construtivas com falta de integridade

ou ausência de recobrimento, especialmente em fundaçõesprofundas, que resultam de falhas nos elementos oususcetibilidade um ambiente agressivo;

ESTRUTURA DE FUNDAÇÕES

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• Ausência de exame da situação “como construído” ou as builtdas fundações em estacas, com relação ao dimensionamentodos blocos e vigas de equilíbrio projetadas. É comum aexecução resultar em excentricidades significativas,provocando alteração nas solicitações, que podem tornar oprojeto original inseguro;

• Uso das solicitações obtidas ao nível do terreno para odimensionamento de fundações enterradas, sem a consideraçãodas alterações por exemplo, o possível aumento dos momentosatuantes.


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PROBLEMAS ENVOLVENDO AS ESPECIFICAÇÕES CONSTRUTIVAS


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56ESPECIFICAÇÕES CONSTRUTIVAS

• Fundações diretas – problemas podem ser causados pelaausência de indicações precisas com relação a:

Cota de assentamento das fundações, resultando naimplantação das sapatas na profundidade equivalente à suaaltura ou definida no canteiro, e inadequada às condiçõesde ocorrência do solo;

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Ordem de execução no caso de elementos adjacentes emcotas diferentes, quando o elemento destinado à cotainferior deve ser implantado primeiro, para evitar odescalçamento do elemento da cota superior (item 6.4.5 daABNT NBR 6.122/1996);

ESPECIFICAÇÕES CONSTRUTIVAS

Tipo ou característica so solo a ser encontrado e onde asfundações deverão ser assentadas, implicando na definiçãodessas características pelos executantes, em geral nãoqualificados tecnicamente para a tarefa;


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Tensão admissível do solo, adotada em projeto sem adevida identificação das condições a serem satisfeitas pelomaterial na base das fundações;

Características do concreto (resistência e trabalhabilidade),indispensáveis para a obtenção de elemento estruturalíntegro e de resistência adequada ao problema;


Recobrimento das armaduras, dando origem a elementosexpostos ou não protegidos e degradáveis a médio e longoprazos.


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59ESPECIFICAÇÕES CONSTRUTIVAS

• Fundações profundas – nos projetos correntes são comunsproblemas causados pela ausência de indicações referentes a:

Profundidade mínima de projeto, deixando a definição aoexecutante, normalmente não habilitado para a decisão, epermitindo que ocorram situações em que as recargas nãosão transmitidas adequadamente ao solo;

Peso mínimo ou características do martelo de cravação enega (penetração da estaca para dez golpes do martelo,usado como critério de controlo executivo) nas estacascravadas, resultando em elementos com insuficiência deembutimento no solo competente;


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Características mínimas do equipamento de execução, taiscomo comprimentos mínimos de ferramentas ou acessório,torque, etc., resultando nas incapacidade de execução atéas profundidades necessários, e elementos de menorcapacidade de carga;

Tensões e características dos materiais das estacas,resultando em elementos construídos com materiais deresistência menos que a necessária, ou problemas deintegridades pela inadequação dos materiais utilizados;

Detalhamento de emendas, especialmente importante noselementos submetidos a solicitações de tração, transversaisou momentos, resultando em resistência limitada ouinadequada e insegurança estrutural;



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Exigência de controle de comportamento de estacas(levantamento) quando da cravação de elementosadjacentes em blocos com várias, muito importante nasestacas de deslocamento, ou seja, em cuja execução édeslocada massa significativa de solo, resultando em danosàs estacas ou redução acentuada de sua resistência deponta;

Proteção contra erosão em locais sujeitos ela, tendo comoconsequência a médio e longo prazos o alívio significativode tensão às vezes, redução da resistência lateral,possibilidade de flambagem em elementos esbeltos oumesmo a instabilidade geral e colapso da fundação.




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• Geral

Falta de indicação das cargas consideradas no projeto, bemcomo sua origem (data e identificação da planta de carganas fundações, se recebida de de outro profissional); emalgumas circunstâncias ocorrem mudanças de projeto, econsequentemente das cargas, não informadas o projetistadas fundações, ocasionando situação de insegurança ouinadequação da solução projetada);

Ausência da indicação da referência e localização dassondagens ou ensaios nos quais o projeto se baseou,podendo ocorrer alterações na geometria do terreno(aterros ou cortes) modificando as condições do projeto,como comprimentos mínimos ou máximos, entre outras.



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FUNDAÇÕES SOBRE ATERROS


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64FUNDAÇÕES SOBRE ATERROS

• Os recalques de fundações assentes sobre aterros podem ter trêscausas distintas

Deformações do corpo do aterro por causa do seu pesopróprio, bem como por carregamento provocado pelafundação ao transferir a carga da superestrutura;

Deformações do solo natural localizado abaixo do aterro,em razão do acréscimo de tensões ocasionado pelo pesopróprio do aterro e pelas cargas da superestrutura(expectativa da ocorrência de recalques significativosquando da execução de aterros sobre camadas de solosmoles);

Nos casos de execução de aterros e/ou carregamentosexternos sobre lixões ou aterros sanitários desativados, osmesmos estarão sujeitos a ações bioquímicas decorrentesda degradação da matéria orgânica de seus componentes.

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Recalques totais e diferenciais do corpo do aterro, causado peloseu peso próprio e/ou pelo carregamento provocado pelafundação, ocorrem normalmente nos seguintes casos:

• RECALQUES DO CORPO DO ATERRO

Quando da execução de aterros cujo material é dispostosem compactação (no caso de solos argiloso) ou semvibração (no caso de solos arenosos). Ocorrem recalques lentos, porém contínuos,

contabilizando a diminuição de 1 a 2% da espessura dacamada de aterro no período de 10 anos;



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Quando da disposição de solo por aterros hidráulicos. Areias depositadas por meio de aterros hidráulicos

apresentam pequenos recalques na camada depositadaacima do nível de água. devido à consolidação causada por fluxo

descendente. Quando a areia é depositada na água, pode permanecer

em estado fofo, tonando-se suscetível a recalquesquando da aplicação de cargas externas.

Quando da disposição submersa de material dadimensão silte, a formação de solos ocorre pelosprocessos simultâneos de sedimentação eadensamento, finalizando em índice de vazios altos(entre 3 e 6), sendo, portanto, suscetível a recalquescausados por carregamento externo.



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Quando da execução de aterros com compactaçãodeficiente. Por lançamento de camadas muito espessas e/ou uso

de equipamentos que não têm a capacidade detransmissão de energia ao solo especificada emprojeto.

Nesse caso, só a parte superior de cada camada écompactada, resultando em lentes com altos índices devazios.

Como recomendação geral, a eficiência dacompactação do aterro é obtida através da deposiçãode camadas de espessura de 30cm, com materialselecionado compactado na umidade ótima.

Os parâmetros de compactação determinadosexperimentalmente função da energia aplicada e doequipamento utilizado.



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Quando da execução de aterros com materiaisinadequados. Dever ser evitado o uso de solo superficial contendo

raízes e outros materiais vegetais, argilas ou materiaisexpansivos, turfas e argilas orgânicas.

Os materiais utilizados devem ter propriedades queatendam as características técnicas pré-selecionadaspara a execução do aterro: resistência ao cisalhamento, deformabilidade, uso de valores de CBR ou densidade e expansão

como indicadores de boas condições decomportamento.


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Quando da execução de aterros com materiaisheterogêneos. Quando o aterro é feito com solo misturado a restos de

construção – tais como resíduos de alvenaria, concreto,madeira, aço e demais rejeitos de obra – e troncos deárvores cortadas e deixadas no local.

A ocorrência de recalques diferenciais em razão deelementos rígidos no meio da massa de solo é usual.

Se forem necessárias fundações profundasatravessando tal aterro. Aumento considerável de custo, sejam as estacas

cravadas ou escavadas.



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ATERRO SOBRE SOLOS MOLES


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71ATERRO SOBRE SOLOS MOLES

• Aterros construídos sobre solos moles podem apresentar um

desempenho inadequado:

Forma de ruptura.

Magnitude dos recalques.

• A ocorrência de espessas camadas de solos moles é frequente

em grandes centros urbanos, principalmente em áreas

localizadas ao longo da costa brasileira, e nas regiões

sedimentares próximas a rios e lagos, entre outros.


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• A possibilidade de ruptura é normalmente verificada pelaanálise de estabilidade. Adota-se um valor médio para a resistência ao

cisalhamento não drenada (Su) da camada de argila. Os recalques definem o comportamento adequado ou não

das fundações. As patologias decorrentes de recalques ocorrem por um

processo gradual pelo qual, em argila saturada, observa-seuma redução de volume do solo devido à compressão deesqueleto sólido, volume igual de água expulso durante oprocesso.

Tal fenômeno é denominado de adensamento e seu tempode duração é normalmente medido em anos.


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• A compressão e modelagem do processo de adensamentounidimensional é relativamente simples. Quando um carregamento é aplicado a uma massa de solo

compressível, saturada, de baixa permeabilidade, ocarregamento é, no início, suportado pela água.

O acréscimo de tensão resultante é chamado de excesso deporo-pressão.

O excesso vai sendo dissipado e as tensões vão sendogradativamente transferidas à estrutura do solo,ocasionando um acréscimos de tensão efetiva.

Este fenômeno é observado na medida em que as variaçõesvolumétricas produzem recalques, cuja magnitude podeafetar a superestrutura de obras de engenharia.



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Construções sobre unidades geotécnicas adversas podemcontemplar diferentes alternativas de projeto:

a) Evitar o problema pela remoção da camada de argila;

b) Construir o aterro em etapas para possibilitar o adensamentogradativo da argila durante o período de construção;

c) Usar mantas geotêxteis na interface aterro-fundação, a fim demelhorar as condições de estabilidade;

d) Instalar drenos geotêxteis para a aceleração do processo deadensamento.

Qualquer uma das soluções envolve custos consideráveis e tempode execução e, por esse motivo, é frequente a adoção dealternativas de projeto que impliquem na redução dos custos deimplantação, combinada a custos de manutenção elevados pelacorreção das patologias observadas durante a vida útil da obra



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75ATERRO SOBRE SOLOS MOLES

• Incertezas quanto à premissas de projeto e riscos associados à

construção sobre materiais altamente compressíveis podem

exigir a avaliação de desempenho da obra através de

instrumentação.

• São frequentes as referências ao emprego de medidores de

recalques e monitoramento dos excessos de poro-pressões.

• Portanto, aterros sobre solos moles podem exibir recalques

consideráveis durante vários anos após a conclusão da obra,

resultando em patologias ativas com manifestações contínuas e

prolongadas.


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• Além da execução de aterros compactados diretamente sobre a

camada mole, outro exemplo frequente nas costas brasileiras é

a ocorrência de camadas arenosas sobre depósitos argilosos.

• A camada arenosa absorve as cargas de pequenas construções.

Grandes obras, com carregamento elevado transmitido ao solo

de fundação, exigem a adoção de soluções por grupos de

estacas, ou melhoramento da camada de argila com estacas de

brita e areia.


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• O carregamento na argila gera excessos de poro-pressões, cuja

dissipação produz recalques que afetam a superestrutura.

• O impacto desses recalques, e suas possíveis consequências,

devem ser analisados caso a caso, para que efeitos indesejáveis,

tais como recalques muito elevados, sejam controlados e se

mantenham dentro de limites admissíveis.

• O mecanismo de interação solo-estrutura é complexo, tanto

para o grupo de estacas como para melhoramento de solos,

sendo seus efeitos normalmente estabelecidos a partir de regras

empíricas e na própria experiência acumulada pelos projetistas

.



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ATERROS SANITÁRIOS E LIXÕES


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79ATERROS SANITÁRIOS E LIXÕES

• Projetos geotécnicos nesses materiais requerem o estudo do

comportamento reológico de rejeitos, considerando os

recalques em razão da degradação do material existente no

aterro em função do tempo.

• A degradação dos resíduos orgânicos em tais locais para gerar

gás metano


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FIM

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