Analysis of the behavior of foundations in buildings in Santos
REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.7383127
Gabriela Rodrigues Lisboa
Laura Figueiredo Gonçalves
Nicole Santos Ferreira
Rebeca Dias Mello
Orientador: Professor Alexandre Fotti
Resumo: A cidade de Santos ficou conhecida mundialmente pela arquitetura atípica dos edifícios localizados na orla da praia, na faixa crítica entre os canais 3 e 6 é possível notar a olho nu prédios “tortos”, o entortamento ocorre devido aos recalques das fundações que chegam a causar inclinações de até 2 graus, impactando na qualidade de vida e infraestrutura dos moradores da região. Com a alta demanda da exportação de café e a localização geográfica privilegiada da cidade, um movimento migratório intenso perpetuou por volta do século XIX, com a alta demanda de população e necessidade de moradia, iniciou-se um processo de urbanização acelerado e muitos edifícios começaram a ser construídos, devido ao pouco conhecimento técnico e falta de estudos detalhados e aprofundados sobre as características do solo da região, em sua maioria utilizaram fundações rasas de apenas 3 ou 4 metros que ficam apoiadas somente na primeira camada de solo. Com o surgimento de novos estudos geotécnicos, constatou-se que a segunda camada do solo é composta por areia fina siltosa, que possui uma resistência inferior, e ao ser submetida às cargas das estruturas, faz com que haja o recalque das fundações.
Palavras-chave: Fundação, Recalque, Santos, Solo, Solução.
Abstract: The city of Santos became known worldwide for the atypical architecture of the buildings located on the edge of the beach, in the critical range between channels 3 and 6 it is possible to see “crooked” buildings, the warping occurs due to the unstable foundations that cause inclination of up to 2 degrees, impacting the quality of life and infrastructure of the region’s residents. With the high demand for coffee exports and the privileged geographic location of the city, an intense migratory movement perpetuated around the 19th century, with the high population demand and need for housing, an accelerated urbanization process began and many buildings began to be built, due to little technical knowledge and lack of detailed and in-depth studies on the characteristics of the soil in the region, most of them used shallow foundations of only 3 or 4 meters that are supported only on the first layer of soil. With the emergence of new geotechnical studies, it was found that the second layer of the soil is composed of fine silty sand, which has a lower resistance, and when subjected to the loads of the structures, it causes the foundations to be to be lowered
Keywords: Foundations, Santos, Settlements, Soil, Solution.
1. INTRODUÇÃO
A cidade de Santos foi uma das primeiras vilas a ser colonizada com a vinda dos portugueses, devido a sua localização geográfica privilegiada logo tornou-se uma vila portuária. A partir do século XIX e o avanço da exportação do café, a vila portuária passou a ser conhecida como cidade e a partir daí foi possível observar um crescimento exponencial e acelerado da cidade. Além de possuir amplas praias e um dos principais portos do país, Santos ficou marcada também por seus “edifícios tortos”.
Em meados de 1940, prédios de 10 a 20 andares passaram a ocupar a orla de Santos, todavia, na década de 70 esses mesmos prédios começaram a inclinar em direções e angulações variadas, por estarem afundando no solo, resultando em recalques de até 120 cm, grandes o suficiente para serem notadas a olho nu.
Figura 01 – Perfil Geotécnico sintético da orla praiana
A construção dos edifícios, e suas respectivas fundações, foram realizadas em um momento onde o conhecimento técnico para esse tipo de construção era muito pouco, fazendo com que os prédios fossem construídos com fundações rasas de apenas 3 ou 4 metros que ficam em contato apenas com a primeira camada de solo, areia fina e argilosa, relativamente firme. O problema é que abaixo dessa areia, existe uma camada de areia fina siltosa, que é mais macia que a primeira camada, e ao ser submetida às cargas das estruturas acaba resultando no recalque das fundações.
A inclinação de um edifício ocorre devido à sobreposição dos bulbos de tensão da estrutura, fazendo com que o mesmo se incline na direção onde há mais tensão no solo. Diversas técnicas são utilizadas para realizar a estabilização do recalque, como o uso de estacas profundas que atravessem a camada de argila, ou até mesmo, injeção de argamassa para expansão do solo.
Figura 02 – Sobreposição de tensões
Fonte: Milititsky; Consoli; Schnaid (2015)
Esse ocorrido nas construções de Santos destaca a importância de entendermos o solo para mitigarmos esses problemas que perduram até hoje. Apesar dos estudos realizados para a resolução desses problemas, mesmo possuindo soluções eficazes, os edifícios continuam tendo um recalque cada vez maior pois nem todos puderam ser realinhados.
Santos é a maior cidade litorânea do estado de São Paulo e responsável por alocar um dos principais portos do país, com população estimada de 433.656 habitantes. De acordo com a prefeitura de Santos, estima-se que até 2020 3% da população (16 mil habitantes) vivia em edifícios inclinados. Por essa razão, temos como objetivo deste TCC, explorar os principais impactos estruturais causados em decorrência da falha na construção civil e analisar os meios viáveis de reversão e reparo das fundações.
1.1. Justificativa
O presente artigo de conclusão de curso mostrará o impacto que as fundações e o solo têm sobre uma edificação. O estudo em si está voltado para a região de Santos, que possui o segundo pior solo do mundo (perdendo apenas para o México) e tiveram inúmeros casos de prédios “tortos” devido ao recalque de suas fundações.
Tendo em vista que esses casos perduram até hoje, se torna relevante o estudo desses cenários, as influências acerca dos recalques e maneiras de impedir que isso volte a acontecer em novas construções. O artigo destaca as soluções para esse problema, detalhando as informações referentes aos solos e as fundações que deveriam ter sido analisadas no início de cada projeto.
1.2. Objetivos (Geral e específicos)
O objetivo deste ATCC é explorar os principais impactos estruturais de falhas na construção civil e verificar possíveis alternativas para que esse problema não volte a acontecer em futuras construções, assim como soluções para os edifícios que se encontram desnivelados.
2. CARACTERÍSTICAS DO SOLO
O solo é um instrumento fundamental para o desenvolvimento da humanidade, é a principal base de diversidades ecológicas e de atividades econômicas. Para fins deste artigo o foco será a proeminência na construção civil. A fundação é a primeira etapa construtiva de uma obra e o tipo de fundação (superficiais ou profundas) a ser utilizada são definidos a partir dos estudos realizados sobre as características dos solos.
Perfis de solo sofrem variação de acordo com a região, levando em consideração as condições climáticas, capacidade de umidade, topografia e a disposição geológica desde sua formação.
As 3 principais formas de classificação do solo são: arenoso, argiloso ou siltoso, porém, raramente o perfil é homogêneo, encontra-se mais de um tipo com a predominância de algum perfil específico. O critério para classificação está diretamente relacionado com o tamanho dos grãos sendo em ordem crescente conforme observamos na tabela abaixo, da argila ao pedregulho. Essa definição altera completamente o comportamento do solo.
Tabela 1: Classificação dos solos devido ao tamanho do grão
| Tipo de solo: | Argila | Silte | Areia fina | Areia média | Areia Grossa | Pedregulho |
| Diâm. Grãos (mm): | Até 0,005 | 0,005 a 0,05 | 0,05 a 0,15 | 0,15 a 0,84 | 0,84 a 4,8 | 4,8 a 16 |
– Solo arenoso – Predominantemente composto por areia. Os grãos possuem estrutura grossos, médios e finos, possuem coesão temporário na presença de água e alta permeabilidade;
– Solo argiloso – Predominantemente composto por argila. Os grãos são microscópicos. O solo argiloso comporta-se inversamente com o solo argiloso, devido a alta impermeabilidade e facilidade com a modelação;
– Solo Siltoso – Predominantemente composto por silte. Os grãos possuem tamanho intermediário entre a areia e a argila. Não possui coesão nem plasticidade.
No território brasileiro o solo argiloso é predominante no campo da construção civil e tem sido utilizado de diversas formas, como por exemplo, para fabricação de tijolos, azulejos e pisos cerâmicos.
2.1. Perfil geotécnico da cidade de Santos
Com o intuito de conhecer e analisar de forma mais assertiva, os aspectos e condições do solo, o perfil geotécnico é o estudo que nos permite conhecer os aspectos do solo e das rochas, como podem se comportar, e também como o que constitui o solo funciona, por meio de uma análise visual feita in loco ou até mesmo em laboratório, com amostras do solo em questão. Estudar o comportamento e as características do solo é fundamental para garantir a segurança visto que uma de suas diversas atribuições é a infraestrutura de cidades.
A principal forma de reconhecimento do perfil geotécnico é através da realização de ensaios de sondagem conhecido como SPT, principalmente por ser mais econômico, explicativo e possuir um alto grau de precisão nas informações.
O ensaio de sondagem é normatizado pela NBR 6484:2020 e pela NBR 8036:1983, e consiste na realização de uma perfuração vertical por um equipamento chamado trado até atingir 1 m de profundidade ou até encontrar o lençol freático. Para evitar que esse recém furo desmorone, é instalado um tubo, logo em seguida com o instrumento amostrador é realizada a penetração em 3 trechos diferentes de 15 cm cada até atingir 45 cm e retirar a amostra para análise. O número de batidas necessárias para que o amostrador penetre os últimos 30 cm no trecho é o que chamamos de NSPT, que seria o índice de resistência à penetração. Quando a sondagem atinge o lençol freático, é utilizado a ferramenta trépano para remoção da água no solo com auxílio de uma bomba.
Na leitura e interpretação do ensaio é possível identificar as informações sobre o índice de resistência à penetração do solo (NSPT) em função da profundidade. Na segunda parte do ensaio constam os resultados de nível do lençol freático, classe e perfil geológicos, profundidade de cada camada e classificação do material presente em cada uma.
A realização de ensaios é fundamental para conhecer as características do solo de Santos, e utilizar a fundação mais adequada em cada obra.
Figura 03 – Comparativo de sondagem realizada em Santos e na Avenida Paulista
Conforme é possível observar através de uma comparação entre os ensaios acima, o solo de Santos possui o lençol freático bem próximo da superfície, diferentemente do perfil encontrado na Avenida Paulista, região central da cidade de São Paulo. O resultado do SPT de Santos também chama muita atenção devido a penetração na camada argilosa ser mais intensa.
As bases físicas do solo da Baixada Santista começaram a ser estudadas em 1950 para a construção do trecho da Via Anchieta. Nas primeiras pesquisas realizadas pelo instituto de pesquisas (IPT) já identificou-se a presença da camada de areia recobrindo o solo e na região da praia atingia profundidade de até 15m e a rocha-mãe a mais de 80 m de profundidade, assim como representa a figura abaixo, o primeiro esboço de corte geológico elaborado na década dos anos 50.
Figura 04 – Esquema de corte geológico Baixada Santista (como visualizado nos anos 50)
Em 1962 registros de estudo sobre o perfil geológico e geotécnico do Solo da cidade de Santos surgiram de forma ampla realizados pelo Departamento de Geografia da USP, e sua publicação ocorreu em 1965, podendo assim encontrar de forma detalhada e abrangente sobre os aspectos geográficos da região e principalmente sobre sua formação geológica.
O solo da cidade de Santos caracteriza-se com uma camada superficial de areia fina compacta de 6 a 20 m de densidade com tensão admissível de 250 a 300 KPa e SPT variável de 9 a 30. A segunda camada é composta por uma argila muito mole de até 40 m de espessura e SPT de 0 a 4. Como a camada de areia apresenta baixa tensão admissível e em edificações de grande porte a carga concentrada no solo é alta, ocorre o processo de adensamento, a compressão de cargas sob o solo elimina os espaços vazios, com a eliminação de água e ar.
3. RECALQUES E FUNDAÇÕES
Segundo Rebello (2008), recalque é a deformação que ocorre no solo a partir do momento em que o mesmo é submetido a cargas, resultando na movimentação da fundação. Essa deformação pode gerar danos leves ou severos na estrutura, variando de acordo com sua intensidade.
Causas mais frequentes dos desaprumos foram atribuídas (Teixeira, 1994):
a) a construção simultânea de edifícios vizinhos (interferência entre bulbos de pressão);
b) a construção de edifícios com uma distância de 4 a 10 m de outro mais antigo (sobreadensamento de parte do terreno, induzido por prédios vizinhos)
c) a forma da área carregada (T e L eram tidas como as mais problemáticas)
d) carregamento não uniformes (blocos de um mesmo edifício com diferentes alturas.
3.1. Fundações
Fundações são elementos que transmitem cargas de uma estrutura para o solo. Segundo Milititsky et al. (2015), o comportamento de uma fundação está diretamente relacionado ao comportamento do solo quando submetido a carregamentos através dos elementos estruturais das fundações. Ressalta também que a escolha ideal de fundação baseia-se em optar pela qual apresenta um fator de segurança a ruptura adequado, que possuam compatibilidade com o elemento estrutural a ser suportado, ou seja, a escolha se dá em função da intensidade da carga e da profundidade da camada resistente ao solo.
Desta forma, podemos afirmar que as fundações são a parte mais importante de uma estrutura por suportarem todas as cargas. Por essa razão, se torna extremamente importante se atentar ao solo onde a mesma estará apoiada.
Figura 05 – Fundações Superficiais e Profundas
Fonte: Lopes e Velloso (2010)
Lopes e Velloso (2010) destacam que as fundações são divididas em dois grupos, sendo eles, fundações rasas e fundações profundas. Um dos pontos de divergência entre os dois grupos é a forma com que as cargas são transmitidas ao solo, onde as fundações profundas transmitem as cargas tanto pela base quanto através de seu fuste lateral, enquanto as fundações rasas transmitem apenas pela sua base.
De acordo com Quaresma et al. (1998), se torna necessário o conhecimento do solo para que seja elaborado um projeto de fundações, sendo assim, necessário analisar e classificar as camadas que compõem o solo. Para que seja possível identificar as camadas, são realizados ensaios de investigação geotécnica, sejam eles em campo ou de laboratório.
De todo modo, os ensaios mais utilizados são os ensaios de campo, onde podemos destacar:
– Standard Penetration Test (SPT)
– Ensaio de penetração de cone (CPT)
– Ensaio de penetração de cone com medida das pressões neutras ou piezocone (CPT-U)
– Ensaio de palheta (Vane Test)
– Ensaio de sondagem rotativa
Os ensaios de CPT ou CPT-U são recomendados em casos onde é necessário uma análise detalhada do solo, já a sondagem rotativa passa a ser recomendada quando se trata de estrato rochoso, matacão ou solos impenetráveis à percussão. Já o ensaio de palheta (Vane Test) é utilizado para determinar a resistência ao cisalhamento em argila mole.
Figura 06 – Tipos de ensaios
Dentre todos os ensaios mencionados, o que é mais utilizado é o Standard Penetration Test (SPT) que, de acordo com Quaresma et al (1998), trata-se de uma sondagem de simples reconhecimento à percussão, onde se torna possível medir a resistência do solo ao longo da profundidade perfurada.
De acordo com Consoli (2008), o investimento necessário para fundação varia bastante de acordo com as cargas suportadas, assim como o solo. Esse investimento pode compor de 3 a 6% do custo da obra para qual serve de elemento base. Dependendo do solo, da estrutura a ser construída e das cargas, esse valor pode chegar a porcentagens maiores, por volta de 10 a 15% do custo global.
3.1.1. Fundações Superficiais
A NBR 6122/2010 define fundações superficiais como elementos de fundação em que a carga é transmitida ao terreno através das pressões distribuídas na base da fundação, em que a profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação. Esse grupo engloba as sapatas, o radier, os blocos e a sapata corrida.
Segundo Rebello (2008), fundações superficiais transmitem cargas da estrutura para o solo nas primeiras camadas, isso quando o solo possui capacidade de suportar essas cargas em uma profundidade de até 2 metros. Por essa razão, é essencial que sejam feitos estudos para analisar as camadas de solo que estarão suportando a fundação, verificando a influência que as tensões terão nas camadas profundas.
Figura 07 – Principais Fundações Superficiais
Fonte: Monteiroeng (2015)
Sapatas são elementos de fundações executados em concreto armado que resistem aos esforços de tração através da sua armadura, e que possuem uma altura inferior em relação a outras fundações rasas, como por exemplo, o bloco de fundação. Segundo Rebello (2008), é esperado que a carga que atua na sapata se dissipe pela área de contato com o solo, aplicando nele uma tensão semelhante à tensão admissível do solo. É possível realizá-la em diferentes formatos, mas as mais comuns são as sapatas quadradas, retangulares e corridas, e devido a sua versatilidade e a gama de opções, as sapatas são as mais utilizadas dentre todas as fundações superficiais. A NBR 6122 (ABNT, 2010) também menciona a sapata corrida, que é um elemento de fundação que é submetido a uma carga distribuída linearmente, ou seja, de modo igual, por toda sua extensão.
Diferente da sapata, os blocos de concreto são dimensionados de forma com que as trações sejam resistidas pelo concreto, sem precisar de armadura. De acordo com Moraes (1978, p. 35), os blocos são utilizados para carregamentos iguais ou menores a 50 toneladas e para solos onde as taxas admissíveis não sejam inferiores a 2 kg/cm².
Radiers são elementos de fundação que recebem todos os pilares de uma estrutura, diferentemente das sapatas que recebem somente parte dos pilares. Esses elementos evitam que haja o recalque diferencial, ou seja, evita que um apoio recalque mais do que outro, e são comumente utilizados em construções de habitações populares já que é usado alvenaria estrutural sobre o radier, deixando a construção mais econômica já que a fundação pode ser usada como contra-piso. Segundo Rebello (2008), radier são utilizados em solos com SPT maior do que quatro, já Velloso e Lopes (2011) afirmam que devem ser empregados em construções onde a área total de fundação for maior que a metade da área total da construção.
3.1.1.1. Fundações Superficiais em Santos
Em meados da década de 40 a cidade de Santos passou por uma crescente no setor de construção, onde vários edifícios foram construídos na orla, como já mencionado anteriormente. Porém, devido ao baixo conhecimento sobre o assunto e as poucas tecnologias disponíveis, quase todas as estruturas utilizaram fundações superficiais, já que a primeira camada de areia medianamente compacta, além do baixo conhecimento em relação a fundações profundas, levaram os construtores a acreditarem que seria a abordagem correta, pois não imaginavam que haveria argila marinha abaixo dessa camada superficial. O que se sabia na época era que as estacas Franki e os tubulões não seriam viáveis para o solo de santos por não conseguirem atravessar a primeira camada.
Devido ao solo de santos, e as fundações utilizadas, além da construção de diversos edifícios próximos um ao outro, as tensões no solo aumentaram, assim como a interferência do bulbo de tensões nas construções vizinhas, resultando nos recalques diferenciais
3.1.2. Fundações Profundas
De acordo com a NBR 6122 (ABNT, 1996), fundações profundas são elementos que transmitem as cargas ao terreno através da sua base (resistência de ponta), pela superfície lateral (resistência de fuste) ou através da combinação das duas, estando assente a uma profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e de no mínimo 3 metros. Dentre os tipos de fundações profundas, podemos citar as estacas, os tubulões e os caixões.
Esse tipo de fundação exige um investimento maior quando comparado às fundações superficiais, porém, se tornam mais viáveis quando o solo possui resistência baixa ou caso as cargas sejam muito elevadas.
Figura 08 – Principais Tipos de Fundações Superficiais
Estacas são elementos de fundação profunda que dispensam descida de operários durante sua execução pois são executadas inteiramente por equipamentos e/ou ferramentas, por cravação a percussão, vibração, prensagem ou escavação. Podem transmitir cargas através de sua extremidade inferior, através do fuste, ou ambos. Os materiais utilizados podem ser madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in situ ou mistos.
Os tubulões por sua vez são elementos de fundações cilíndricas que, diferentemente das estacas, fazem necessária a descida de operários durante sua execução (pelo menos na fase final). Podem ser executadas a céu aberto ou sob ar comprimido (pneumático) e ter ou não base alargada, podendo também, ser de aço ou de concreto (NBR 6122, 1996). São mais indicados para obras de grande porte, como pontes e viadutos, mas também podem ser utilizados em construções que possuam cargas menores, como por exemplo, fundações em terrenos que possuam topografia complicada, impossibilitando o acesso de equipamentos (Rebello, 2008). Esses elementos transmitem carga através da sua base.
Por fim, caixão é um elemento de fundação profunda que possui formato prismático que é concretado em sua superfície e inserido no terreno por escavação interna, podendo usar ar comprimido ou não, e ter ou não a base alargada.
3.2 Recalques
É notório que a pressão aplicada no solo resulta em uma deformação, isso ocorre devido a redução do índice de vazios tendo em vista que a água sai dos vazios e a tensão efetiva do solo aumenta. Segundo Pinto (2006), a carga aplicada no solo é inicialmente suportada pelo aumento da pressão neutra do solo, não havendo alteração na tensão efetiva nas partículas do solo. Como a água está em carga superior à que promoveria seu equilíbrio com o meio externo, acontece a percolação da água e, consequentemente, a deformação do solo. A tensão aplicada é então gradualmente suportada pelo contato entre as partículas do solo (tensão efetiva) e não mais pela pressão neutra.
A deformação do solo pode resultar no recalque das fundações e ocasionar danos nas estruturas, sejam eles funcionais ou estruturais. Além disso, podemos mencionar também os danos estéticos, deixando de ser apenas um problema de engenharia, e tornando-se um incômodo para os proprietários e moradores dessas edificações.
Figura 09 – Ilustração das camadas de solo e tipos de fundações
Segundo Pinto (2006), recalque é a deformação que ocorre devido a cargas verticais aplicadas no solo por um edifício com fundações superficiais. As deformações podem ocorrer rapidamente, logo após a construção, ou se desenvolverem lentamente após a aplicação das cargas. Em solos arenosos ou argilosos não saturados a deformação ocorre de forma rápida, já em solos saturados o recalque surge lentamente pois é necessário que haja a expulsão da água que se encontra nos vazios do solo. No caso das edificações da baixada santista, a deformação ocorreu lentamente, processo pelo qual a água escoa através dos vazios devido ao processo de adensamento dos solos finos (argilas e siltes).
4. SOLUÇÕES PARA REAPRUMO DE EDIFÍCIOS
Como já mencionado anteriormente, Santos ficou conhecida por seus prédios tortos, resultado do recalque sofrido pelos mesmos devido a ausência de conhecimentos e estudos detalhados sobre o solo que estaria suportando a estrutura, e conhecimentos sobre fundações. Com isso, tornou-se necessário o estudo de soluções para que os recalques fossem estabilizados e para que fosse realizado o reaprumo dos edifícios. Entretanto, por mais que tenham sido encontradas soluções para tal, se torna extremamente importante que além de verificar a eficiência do método, é necessário considerar outros fatores como a facilidade de execução e se possui um custo acessível, caso contrário, se torna inviável.
Esse processo de recuperação já fora iniciado em alguns edifícios de Santos para que sejam estabilizados, todavia, nem todos deram certo logo de início, tornando necessário buscar uma nova solução, além de que houveram casos que o edifício continuou a sofrer recalque significativos mesmo após o processo de estabilização. O edifício Núncio Malzoni foi um dos que tiveram sucesso no processo de correção, nesse caso, fora utilizada uma solução de reforço de fundação para que o recalque fosse estabilizado e o prumo fosse corrigido. Também foram estudadas soluções que não influenciavam diretamente na fundação do edifício, como por exemplo, a aplicação de carga na superfície do terreno no lado que possui um recalque menor, com objetivo de que ambos os lados do edifício sofram o mesmo recalque e resulte no realinhamento da estrutura.
Atualmente temos à disposição diversas metodologias de correção, como por exemplo, injeções para expansão do solo, sangrias, reforço das fundações, acréscimo de estacas adicionais como sapatas e tubulões, implantação de estacas prensadas, dentre outros. Mesmo com muitas opções de soluções disponíveis, é importante que seja levado em consideração muitos outros aspectos para que seja a solução ideal para a estrutura, dentre esses aspectos podemos mencionar, o tipo de fundação atual, o tipo de solo e o carregamento a ser suportado, os danos causados no edifício, o espaço disponível para execução e claro, a urgência para que seja realizado todo o processo de correção.
4.1. Injeção para expansão o solo
Esse método consiste na perfuração do solo para a inserção de um tubo por onde será introduzido um material (podendo ser, argamassa, calda de cimento, compostos químicos, etc), para que dessa forma, os vazios presentes no solo sejam preenchidos, aumentando assim a resistência do solo. Esse material preenche os vazios promovendo um adensamento completo, e também, aumentando a impermeabilidade do solo.
Esse reforço é comumente utilizado em solos coesivos que possuem baixa resistência. Hussin (2006) diz que essa técnica pode ser dividida em 3 categorias: de compactação (onde o solo é compactado no local), de reforço (adicionando materiais de reforço no solo sem alterar suas propriedades) e de fixação (união das partículas do solo para aumentar a resistência e a impermeabilidade e reduzir a compressibilidade).
Figura 10 – Categorias de injeção para expansão do solo
Fonte: Site Maxwell PUC – Rio
Essa técnica de recuperação fora utilizada em alguns edifícios, sendo um deles o Palácio de Belas Artes, no México. A estrutura construída em 1906 com fundações superficiais começou a recalcar chegando a uma diferença de 27,2 cm, tornando necessário que medidas de recuperação fossem tomadas, com isso, optaram por realizar a injeção de argamassa no solo para a devida correção.
Um tubo foi introduzido no subsolo a 5,0m de profundidade, por um martelo de 300 kg, para realizar as injeções de argamassa, a mesma foi injetada com uma pressão de 200 kPa.
Para iniciar foram aplicados cerca de 4400 m³ de argamassa para fazer a recuperação da fundação do palácio, em sucessivas aplicações entre 1910 a 1913. Anos depois, mais 99m³ de argamassa foram aplicadas, e entre 1924 e 1925 foram injetadas mais 4.600 m³. Posteriormente às aplicações de argamassa, pode se notar que a velocidade dos recalques foi diminuindo gradativamente. Segundo o Santoyo e Shelley (2003) essa metodologia apresentou bons resultados pois, apesar dos recalques não terem estabilizado por completo, eles ficaram mais uniformes.
Devido ao sucesso nos resultados, nas aplicações no palácio diversos outros edifícios usaram a técnica para estabilização dos recalques. Em determinados edifícios as injeções foram feitas para mitigar as inclinações apresentadas juntamente com outras ações corretivas. Há demonstrações de que muitas obras foram recuperadas com o emprego da técnica de injeção de argamassa nos recalques e que funcionaram de forma positiva em várias delas.
4.2. Reforço da fundação com emprego de estacas profundas
Esse método, como o nome já diz, consiste basicamente na inclusão de estacas profundas para substituir parcialmente ou totalmente as fundações superficiais da estrutura. Como mencionado anteriormente, fundações profundas não eram comumente utilizadas devido a inviabilidade de seu custo e pela falta de conhecimento em relação a esse tipo de fundação, porém, conforme estudos foram evoluindo e com o surgimento de novas alternativas, o custo fora reduzido e o conhecimento técnico se expandiu, possibilitando a empregabilidade de fundações profundas em novas construções, mas também, no reforço das fundações dos edifícios já construídos.
Os recalques ocorridos nos edifícios de santos se deram devido ao uso de fundações superficiais em solos moles, que não suportam a carga da estrutura, e é nesse ponto que as fundações superficiais entram, isso porque elas conseguem atravessar as camadas de solo mole, atingindo o solo resistente promovendo a estabilização da estrutura. Esse método permite que a fundação superficial seja completamente substituída, como foi o caso do edifício Núncio Malzoni, ou, o reforço passa a fazer parte da fundação antiga, incorporando-a.
4.3.1. Reforço de fundação com estaca raiz
Uma das fundações que podem ser utilizadas nesse reforço são as estacas raiz, também conhecidas como microestacas por serem de pequeno porte. É uma boa opção para locais que possuam acesso limitado pois os equipamentos também são de pequeno porte, podendo ser executada em diferentes angulações. Outro ponto positivo é o fato de que não são geradas vibrações em sua execução.
Figura 11 – Reforços com estaca raiz
Entretanto, essa fundação pode precisar de escoramento pois existe a possibilidade de ocorrer instabilidades, além de se tornar necessário que a perfuração seja realizada com circulação de água.
4.3.1. Reforço de fundação com estaca mega
Essa opção tem sido comumente utilizada em boa parte dos casos onde é empregado o reforço com fundações profundas, isso se dá devido a seu ótimo custo benefício e sua praticidade. De forma direta, essas estacas são cravadas no solo através do uso de macacos hidráulicos e utilizam a estrutura como apoio. Sendo assim, é realizada a escavação manual para atingir a fundação existente, para que então, a estaca possa ser inserida abaixo da fundação anterior, promovendo desta forma, estabilidade para o edifício.
Figura 12 – Reforços com estaca mega
Essa técnica é viável devido a rapidez com que pode ser executada, não sendo necessário o uso de circulação de água, e podendo ser inseridas de forma inclinada em ambientes com espaço limitado. Outro ponto positivo é que pode ser empregado em qualquer tipo de solo, como argilosos, arenosos e com lençol freático.
4.3. Aplicação de sobrecarga
A técnica tem um princípio bem simples, para executá-la deve-se aplicar carregamento no lado menos recalcado no edifício, para que ambos sofram recalque, gerando assim um nivelamento da estrutura. Para alguns especialistas, essa técnica possui uma grande possibilidade de não conseguir solucionar o problema do recalque, sendo assim, uma opção não muito viável e eficiente. Segundo Maffei, et al. (2003), apesar dos elementos do solo, como a argila e a areia, se movimentarem a favor do recalque, a estrutura pode não seguir o mesmo movimento.
Esse método de carregamento foi uma das alternativas utilizadas na tentativa de estabilizar a torre de pisa, em 1998.Com o aumento da preocupação devido a grande inclinação da estrutura, e após a primeira tentativa de tentar corrigi-la com injeções de concreto, iniciaram as escavações do solo presente na parte norte da torre, onde foram removidos cerca de 42 m³ do solo, fazendo com que houvesse uma redução significativa do recalque sofrido.
Assim como feito na Torre, essa técnica fora aplicada no edifício Excelsior, em Santos. Assim como muitas das estruturas construídas na década de 60 na cidade, o edifício passou a recalcar com o tempo, fazendo com que entrassem na extensa lista de construções tortas de Santos. Aproximadamente uma década depois, o recalque estava ainda maior e oferecendo risco a comunidade que fazia uso do edifício. Ao ser realizada uma vistoria, constatou-se que a diferença de recalque era de aproximadamente 0,94m, fazendo com que a prefeitura da cidade interditasse o Excelsior. Começaram então as intervenções com objetivo de estabilizar o edifício com máxima urgência.
Figura 13 – Edifício Excelsior
Para tentar reduzir o recalque expressivo da estrutura, a primeira alternativa buscada fora a aplicação de cargas no lado menos recalcado, assim como fora feito na Torre de Pisa, anos depois. Dessa forma, aplicaram uma sobrecarga de 20.000kN no lado de menor recalque, porém, a aplicação não foi efetiva e os resultados esperados não foram obtidos, o prédio seguiria interditado.
4.4. Deformações controladas através da extração de solo mole
Esse método de estabilização nada mais é do que a introdução de tubos de extração de solo na parte inferior da fundação. Para reduzir a vibração no momento da escavação, esses tubos possuem uma hélice contínua em seu interior. Esse procedimento tem o intuito de nivelar a estrutura através da extração do solo mole presente no lado com o menor recalque, e também, é um procedimento com um grau de controle elevado e que não causa danos à natureza dos materiais.
Segundo Falconi, et al (2003), é necessário que seja realizado um acompanhamento dos recalques dos pilares para verificar se o método está sendo de fato eficaz perante ao problema enfrentado, ou se será necessário uma nova abordagem
Figura 14 – Esquema de extração de argila
Fonte: Falconi et.al, 2003
Duas estruturas mundialmente conhecidas fizeram uso desse método para estabilizar os recalques sofridos, sendo elas a Catedral Metropolitana da cidade do México, e a Torre de Pisa. No caso da Torre de Pisa, o processo fora iniciado em meados de 1999 quando a estrutura já apresentava uma inclinação de cerca de 1,33°, fazendo com que a mesma fosse interditada. Após a extração do solo, e o preenchimento da cavidade com grout, foi possível verificar a redução de aproximadamente 0,5°, e posteriormente, a estrutura ficou estável.
5. REAPRUMO DAS EDIFICAÇÕES EM SANTOS
Ao observar a orla da praia de Santos não encontramos mais nenhum prédio com inclinações preocupantes, mesmo ainda existindo um risco estrutural.
Afetando a infraestrutura da cidade e a qualidade de vida de diversas famílias, os estudos realizados para identificar as possíveis soluções de reaprumo dos edifícios ocorreram de forma tardia, apenas em 2004 o poder público exigiu uma solução para o problema com apoio da Lei Complementar 441, de 2001 que institui a autovistoria das edificações não unifamiliares e dos seus elementos que estejam sobre logradouro público.
A partir de 2012 iniciaram os projetos em massa para recuperação dos edifícios que possuíam recalque. A solução encontrada constituía-se de forma simplificada em levantar a estrutura do prédio a partir de um equipamento chamado macaco hidráulico, realizar um novo estudo geotécnico do solo da região e a partir dos resultados encontrados, executar uma nova fundação adequada para que não haja repetição do problema estrutural. Para garantir o desaprumo, o vão da fundação é preenchido com chapas de aço, chegando enfim ao alinhamento dos prédios até então tortos.
Figura 15 – Macaco Hidráulico realizando o reaprumo de edifícios
Mesmo com o resguardo da lei, diversos imóveis ficaram sob responsabilidades dos condôminos que chegaram a desembolsar cerca de R$1,5 milhão para a reestruturação de um único edifício.
Neste tópico será abordado o estudo de caso de revitalização do edifício mais famoso Núncio Malzoni localizado na cidade de Santos. A inclinação do prédio de 17 andares chegou a ter 2,10 metros. Além deste, outros 65 empreendimentos inclinados tiveram a recuperação estrutural realizada entre 2012 e 2014.
5.1. Edificio Nuncio Malzoni
O caso do Edifício Núncio Malzoni é o mais famoso da cidade de Santos. O prédio localizado na Avenida Bartolomeu de Gusmão foi construído em 1967, a edificação possui 55 metros de altura, 17 andares e dois blocos denominados como “Bloco A” e “Bloco B”, além de um peso de 6300 toneladas. O método estrutural realizado foi Estrutura convencional, composta por Pilares e Vigas, suas fundações diretas foram feitas de sapatas com 1,5 metros de altura interligadas por vigas de rigidez, assentada a uma profundidade de 2 metros em uma camada de 12 metros de areia fina e compacta, em seguida 20 a 40 metros de uma camada de argila marinha, logo em seguida 22 metros de areia e por último uma camada consistente (formada por rochas) que varia entre 40 a 50 metros de profundidade.
A primeira tentativa de reaprumo ocorreu em 1978, as sapatas do lado que apresentavam maior recalque foram reforçadas com estacas tipo raiz de 25 cm de diâmetro e 50m de profundidade. A execução apresentou uma diminuição nos recalques imediato, mas pouco tempo depois o prédio voltou a apresentar inclinações na mesma proporção anterior (8 à 13 mm por ano).
A preocupação pública e principalmente dos moradores tomou proporções emergenciais visto que em 1995 a inclinação do bloco A chegou a 2,2º em direção ao Condomínio Jardim Europa e 0,6º em direção ao Bloco B. Após muitas propostas os condôminos optaram pelo projeto desenvolvido pela Carlos E.M. Maffei que propôs não só estabilizar os recalques, mas também reaprumar o edifício.
Figura 16 – Representação dos bulbos de tensão
5.1.1 Bloco A
O início dos trabalhos deu-se em 1995 e até 1998 foram feitos o projeto e os estudos de análise da estrutura. Foi exigida uma cautela na execução de todo o reaprumo, devido ao fato que toda a obra ocorresse com os moradores residindo em seus imóveis. As obras iniciaram-se em novembro de 1998 finalizando em 2001, realizada em 3 etapas.
A primeira etapa consistiu em realizar a fundação profunda, iniciando na lateral menos recalcado da edificação, compondo-se em ambos os lados da edificação a execução de 16 estacas de concreto armado (8 em cada lado), variação de 1 a 1,4 metros de diâmetro, escavadas com lama bentonítica atingiram uma profundidade de 57 metros, consequentemente atingindo um solo residual resistente e seguro situado abaixo da camada de argila mole.
Figura 17 – Início da fundação realizada no Bloco A
A segunda etapa realizou-se a execução de 7 vigas de concreto de transição no formato de vierendeel (funciona como um pórtico fechado, onde as barras estarão sujeitas às tensões de tração e compressão, como nas treliças, e flexão e cisalhamento, como nas vigas), compondo-se de 4,5 metros de altura cada, que tem como função receber os esforços dos pilares antigos e transmiti-los às novas fundações. As vigas foram concretadas de maneira intercalada, porém a primeira viga a ser realizada foi a da frente, referente as vigas longitudinais e secundárias foram executadas após o término das principais.
Figura 18 – 2ª Etapa
Na terceira etapa, foram necessários 14 macacos hidráulicos de alta potência que ficaram ativados por 6 bombas, colocados nas laterais do prédio (sete em cada lado) entre as pontas das vigas de transição e as estacas instalados, dos dois lados de cada macaco foram construídos pilares para a colocação dos calços, que além de garantir a segurança do prédio, foram feitos de apoios para as vigas, enquanto isso o curso de cada macaco era abaixado.
Os equipamentos receberam carga variável de até 900 toneladas para erguer a estrutura. Quando foram acionados, as vigas de sustentação deslocaram-se para cima e a fachada lateral esquerda do Bloco A foi levantada 45 centímetros e a fachada posterior 25 centímetros, após a colocação de carga nos macacos, no terreno ocorreu a escavação para que as sapatas permanecessem livres, impedindo o contato com o terreno.Quando o edifício retornou ao prumo, os equipamentos foram retirados e os espaços foram preenchidos com concreto. O monitoramento contou com computadores de última geração, que realizaram controles de carga e do deslocamento, podendo detectar mínimas alterações.
Figura 19 e 20 – 3ª Etapa
5.1.2. Bloco B
Assim como ocorreu com o bloco A, após a realização da primeira tentativa de reaprumo em 1978, os recalques diminuíram imediatamente, mas logo em seguida voltaram a ocorrer com a mesma intensidade até o início da nova tentativa do novo projeto de intervenção.
Na imagem a seguir, exibe a planta com a disponibilização de cada pilar que continham os pinos com a função de codificar os recalques.
Figura 21 – Projeto com a identificação dos pinos nos pilares
Nas seguintes imagens, representam as curvas que identificam a evolução do recalque entre os anos de 1971 e 2010 em diferentes locais de pilares.
Na primeira e segunda imagem, cada trecho representa uma escala de tempo. No primeiro trecho seria entre os anos de 1971-1978, segundo trecho representa 1978-1980, já o terceiro entre 1980-1999, quarto trecho entre 1999-2000 e por fim, o quinto trecho segue após os anos 2000.
Figura 22 – Desenvolvimento dos recalques nos pilares da frente no Bloco B
Figura 23 – Desenvolvimento dos recalques nos pilares centrais no Bloco B
Figura 24 – Desenvolvimento dos recalques nos pilares do fundo no Bloco B
A figura XX representa que entre o 2º e 3º trecho os pilares do fundo apresentam o mesmo recalque. Os estudos sobre os recalques e possíveis problemas estruturais começaram a ser realizados 4 anos após a construção do edifício, em 1971. O primeiro trecho do gráfico representa os recalques ocorridos em consequência das elevadas cargas das próprias torres do complexo Núncio Malzoni, da construção mais próxima (Condomínio Jardim Europa) e demais edificações ao redor que transmitem suas cargas.
Após executarem as estacas-raiz do Bloco B, as obras foram interrompidas devido a falta de verba. Porém, houve uma queda na velocidade de recalque no Bloco B, devido ao reaprumo do Bloco A. Na tabela a seguir, é possível visualizar e calcular a velocidade média dos pilares ao decorrer dos anos.
Tabela 2- Velocidade dos recalques nos Pilares externos
Fonte: sefe 9
É possível observar que nos anos de 2000 e 2004 a aceleração do recalque já atingiu valores na média de 0,9 a 2,7 milímetros ao ano. Já entre 2004 e 2010, ocorreu uma diminuição na velocidade do recalque.
A velocidade que os pilares secundários e externos do Bloco B atingiam antes de todo o projeto ser realizado, variava entre 7,7 e 12,7 milímetros ao ano, causando um recalque diferencial de 5 milímetros ao ano.
Em 2010 iniciou-se a obra do Bloco B. Foi necessário a instalação de macacos hidráulicos com a função de levantar o prédio e nivelá-lo, efetuando aberturas de nichos nos pilares. Todas as cargas que continham nos pilares, foram transportadas para os macacos hidráulicos, que foram postos entre consoles, construídos nos pilares.
Em cada pilar, foi construído 4 console (dois de cada lado em alturas diferentes), com a função de posicionar os macacos auxiliares.
Figura 25 – Construção dos consoles
O próximo passo, ocorreu a instalação dos macacos nos nichos que se encontravam nos consoles dos pilares, com a finalidade de transportar a carga do pilar, possibilitando a abertura de um nicho no próprio pilar.
Figura 26 – Macacos prontos para abrir os consoles e remoção do pilar
No espaço que ficou vago, os macacos principais foram postos, erguendo e reaprumando a edificação.
A fase final, necessitou que todos os pilares estivessem sobre os macacos, chamou-se a fase de “macaqueamento”. Foi a etapa mais delicada de toda a restauração, pois resume-se na aplicação das cargas no sistema (os macacos), a fim de que o prédio seja levantado gradativamente sem que haja nenhuma fissura ou rotação da estrutura.
Para acompanhar o processo e medir os resultados foi instalado um medidor em um andar intermediário e em 4 dias já foi possível verificar a estabilidade do prédio.
A última etapa, retirou os macacos, e os vazios que os nichos nos pilares causaram foram preenchidos.
A figura XX foi retirada do Jornal A Tribuna de Santos, e é possível observar o antes e depois das duas torres do Condomínio Nuncio Malzoni. A conclusão da obra permite que seus moradores voltem a ter a qualidade de vida, conforto e valorização dos seus imóveis. Hoje, um imóvel usado no complexo está avaliado com valores acima de um milhão, conforme informa uma das maiores corretoras de imóveis da cidade: Prime Santos.
Figura 27 – Antes e depois do Bloco B
7. CONCLUSÃO
A existência de edificações com complicações estruturais foi um grave problema na cidade de Santos e as justificativas vão além da composição do solo, visto que o custo para execução de obras que necessitam de fundações profundas acabam sendo relativamente mais alto do que a utilização de fundações rasas. Além do fator econômico, o baixo conhecimento técnico em relação às fundações profundas e suas empregabilidades impulsionam esses problemas por terem feito com que as mesmas fossem vistas como inviáveis e complexas em situações onde não haviam opções melhores.
O estudo do solo e reconhecimento da fundação adequada é primordial em qualquer construção para evitar imprevistos que causem problemas futuros e afetem a qualidade de vida e valorização do imóvel, tal qual aconteceu em diversos prédios por muitos anos numa região considerada privilegiada (Orla da praia). Só é possível determinar a fundação mais viável a ser empregada com um estudo detalhado referente ao solo presente na região a ser construída
Encontrar a solução adequada para corrigir o recalque dos prédios foi uma conquista da engenharia e um alerta para as futuras construções atentar-se aos valores gastos para corrigir um erro de fundação. Atualmente é possível analisar e optar por diversas opções de reforço das fundações existentes para que os recalques sejam estabilizados e a estrutura seja nivelada, promovendo uma valorização do edifício e melhor qualidade de vida para os moradores.
Conclui-se que os prédios presentes na faixa crítica da orla de Santos, para suportar as elevadas tensões obrigatoriamente precisam ter a base de fundações profundas, para que as mesmas ultrapassem as camadas de solo macio e atinjam solos mais duros, permitindo uma estabilização. Além disso, se torna necessário que o acompanhamento dos prédios restaurados seja realizado de forma contínua.
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