Influencia Da água Nas Infraestruturas - Isutc (lauro M.)

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Instituto Superior de Transportes e Comunicações “Influencia da água na qualidade e durabilidade das infraestruturas” Licenciatura em Engenharia Civil e de Transportes Disciplina: Geotecnia Docentes: Engº Hilário Tayob, Engº Carlos Cumbana Discente(s): Lauro Mota, Ana Morais, Egino Manuel, Hilário António, Yanira Manjate, Yasser Sarajabo. Turma: C21 2º Ano Maputo, Junho - 2016 Índice 1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................... 2 1.1 Objectivos ................................................................................................................................................ 2 2. CONCEITOS .......................................................................................................................................... 3 2.1 Infraestrutura ............................................................................................................................................ 3 2.2 Assentamento ............................................................................................................................................ 3 2.3 Águas superficiais e subterrâneas ...................................................................................................... 3 2.1.2 Lençol freático ........................................................................................................................................ 3 3. ELEMENTOS ESTRUTURAIS AFECTADOS PELA ÁGUA ........................................................... 5 3.1 Fundação ...................................................................................................................................................... 5 3.1 Tipos de fundações ................................................................................................................................... 5 3.1.1 Fundações superficiais ....................................................................................................................................... 6 3.1.2 Fundações profundas .......................................................................................................................................... 7 3.2 Muros de contenção ................................................................................................................................. 8 4. EFEITOS EM SOLOS DEVIDO À PRESENÇA DE ÁGUA ........................................................... 10 4.1. Adensamento ......................................................................................................................................... 10 4.2. Atrito negativo ....................................................................................................................................... 10 4.3 Solos colapsíveis .................................................................................................................................... 11 5. CASO DE ESTUDO: O REGADIO DE BUZI .................................................................................. 13 5.1 Localização ............................................................................................................................................... 13 5.3 Determinação do problema ............................................................................................................... 14 5.4 Possíveis soluções ................................................................................................................................. 14 6. CONCLUSÃO ...................................................................................................................................... 15 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................ 16 8. APÊNDICE .......................................................................................................................................... 18 1. INTRODUÇÃO Em engenharia civil é muito importante estudar a interação da água com os outros elementos, pois a presença da água é por vezes um elemento perturbador. Grande número de obras de engenharia encontram problemas relativos às águas subterrâneas. A ação e a influência dessas águas têm causado numerosos imprevistos e acidentes. Os casos mais comuns desse tipo de problema são verificados em cortes de estradas, escavações de valas e canais, fundações para edifícios, pontes, barragens, etc. No âmbito do estudo sobre influencia da água sobre solos de Geotecnia foi apresentado um trabalho de campo pelo regente da disciplina de Geotecnia, este trabalho consistia em analise de um caso de estudo sobre a influencia da água em infraestruturas. 1.1 Objectivos O trabalho tinha como analisar um caso de estudo em que uma infraestrutura estava ser afectada pela água. Para a execução do mesmo foram realizadas entrevistas, observações e análises críticas sobre as possíveis soluções dos problemas causados pela água em infraestruturas. Neste trabalho foi feita uma descrição das observações feitas e notas tiradas durante as entrevistas feitas. 2 2. CONCEITOS 2.1 Infraestrutura Segundo Wikipedia, o termo Infraestrutura possui diversas acepções em diferentes campos. Em engenharia civil pode ser definido como um conjunto de elementos estruturais que enquadram e suportam toda uma estrutura. Neste grupo enquadram-se os elementos estruturais tais como: fundações, muros de contenção, etc. Segundo o dicionário Priberam, Infraestrutura significa Parte inferior, geralmente invisível, de qualquer construção ou estrutura. 2.2 Assentamento É a deformação produzida pela movimentação de camadas do solo. Pode causar rebaixamento de uma edificação, devido ao solo do local e quando se gera esforços demais não previstos. É a principal causa de fissuras nos edifícios. Há diversos tipos de assentamento que variam de acordo com alguns fatores, como o tipo de solo. 2.3 Águas superficiais e subterrâneas Águas superficiais, provenientes da chuva, são aquelas que encontram-se na superfície da terra, podem encontrar-se em forma de rios, lagos, oceanos, etc. As águas subterrâneas são aquelas que são armazenadas no interior dos maciços rochosos. Podem passar pelo estágio freático ou serem dirigidas diretamente para o interior das rochas. 2.1.2 Lençol freático Após infiltrar na superfície do solo, parte da água das chuvas percola através dos poros até atingir certa profundidade. Ao longo do seu caminho, parte dela ficará retida nesses poros, tornando o solo húmido. Já a parte que não for retida nos poros descerá cada vez mais, até atingir a camada impermeável. Nesta a água será depositada até um determinado nível, de baixo para cima. Imediatamente, o ar existente no interior dos poros será expulso e substituído por água. Em outras palavras, desde a camada impermeável até um determinado nível acima dela, haverá outra camada de solo onde todos os seus poros serão preenchidos, exclusivamente, por água. Quando isso acontecer, passará a existir no solo uma linha chamada de linha freática. Entre a linha 3 freática e a camada impermeável ficará acumulado um grande volume de água, o qual é denominado lençol freático. Esta água é a principal responsável pela manutenção das nascentes. Em suma, o abastecimento dos lençóis freáticos é feito por águas da chuva, que infiltram através da superfície do solo das bacias que os abastecem. A ocorrência de leitos impermeáveis (argila, por exemplo) ocasiona aprimoramento localizado de certas porções de água, formando um lençol freático ou nível de água suspenso, que não corresponde ao nível de água principal. Os lençóis freáticos podem ser: artesianos ou artesianos livres. Artesianos são aqueles em que a água se encontra sob pressão superior à atmosférica em decorrência de um desnível de sua superfície provocado pelo confinamento de uma ou mais camadas de baixa permeabilidade. lençóis freáticos livres, esse confinamento não existe, e portanto, a superfície da água se encontra com pressão igual à atmosférica. Quando uma escavação atinge estes e torna-se necessário executar qualquer serviço à seco, é necessário esgotar a água durante a execução desses serviços. Os processos empregados para esse fim são denominados rebaixamento temporário de lençóis freáticos. 4 3. ELEMENTOS ESTRUTURAIS AFECTADOS PELA ÁGUA 3.1 Fundação A fundação é um termo utilizado na engenharia para designar as estruturas responsáveis por transmitir as cargas das construções ao solo. Em geral, são utilizadas várias fundações seguidas para esse fim. Existem diversos tipos de fundação e são projetadas levando em consideração a carga que recebem e o tipo de solo onde vão ser construídas. A escolha do tipo de fundação depende de uma série de fatores fatores devem ser analisados em conjunto: • Subsolo da região; • Tipo de edificação a ser construída; • Tipos de fundações disponíveis. Para um mesmo terreno e uma mesma obra, pode existir vários tipos de fundações viáveis tecnicamente ou pode ser que um único tipo de fundação possa ser utilizado. Quando há possibilidade técnica de utilizar vários tipos de fundação a escolha é feita com base em critérios econômicos. A escolha de uma fundação deve considerar o seu funcionamento, isto é a fundação deve respeitar as duas condições impostas pela norma: • Segurança contra ruptura; • Limitação dos assentamentos. 3.1 Tipos de fundações Segundo Azeredo (1997), as fundações de um edifício são elementos estruturais com a finalidade de transmitir ao terreno as cargas provenientes da estrutura (carregamento próprio e sobrecarga). As fundações são dividas em duas categorias: as fundações diretas ou superficiais e as fundações profundas. 5 3.1.1 Fundações superficiais As fundações diretas ou superficiais são aquelas em que a carga é transmitida ao solo, predominantemente pelas tensões distribuídas sob a base do elemento estrutural de fundação. A profundidade de assentamento de uma fundação superficial em relação ao terreno adjacente deve ser inferior a duas vezes a menor dimensão, em planta, do elemento estrutural. Sendo os elementos estruturais referidos: Sapatas isoladas; Sapata associada: Sapata corrida; viga de fundação e blocos. Fig. 1 – Tipos de fundações superficiais 6 3.1.2 Fundações profundas As fundações profunda são aquelas que transmitem carga proveniente da superestrutura ao terreno pela base (resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de fuste), ou pela combinação das duas. Nas fundações profundas a profundidade de assentamento deve ser maior que o dobro da menor dimensão em planta do elemento de fundação. Estas são normalmente utilizadas quando os solos superficiais não apresentam capacidade de suportar elevadas cargas, ou estão sujeitos a processos erosivos, também, quando existe a possibilidade da realização de uma escavação futura nas proximidades da obra. As fundações profundas são separadas em três tipos principais: • Estaca: elemento de fundação profunda executado com auxílio dc ferramentas ou equipamentos, execução esta que pode ser por cravação a percussão, prensagem, vibração ou por escavação, ou, ainda, de forma mista, envolvendo mais de um destes processos; • Tubulão: elemento de fundação profunda de forma cilíndrica, em que, pelo menos na sua fase final de execução, há a descida de operário (o tubulão não difere da estaca por suas dimensões mas pelo processo executivo, que envolve a descida de operário); • Caixão: elemento de fundação profunda de forma prismática, betonado na superfície e instalado por escavação interna. Fig. 2 – Várias formas de fundações profundas. 7 Segundo Schniad (2005) as patologias associadas as fundações profundas são principais causados pela ausência de especificação como: • Profundidades mínimas de projeto; • Características dos equipamentos de cravação de estacas; • Tensões e características dos materiais das estacas; • Detalhes das emendas necessárias; • Proteção contra a erosão. 3.2 Muros de contenção São estruturas corridas de contenção de parede vertical ou quase vertical, apoiadas em uma fundação rasa ou profunda. Podem ser construídos em alvenaria (tijolos ou pedras) ou em betão (simples ou armado), ou ainda, de elementos especiais. Os muros estão divididos em grupos e subgrupos. Existem 3 tipos de muros: de gravidade, de flexão e com ou sem tirantes. Os muros de gravidade são estruturas corridas que se opõem aos empuxos horizontais pelo peso próprio. Nesse tipo de Muros podemos encontrar muros de alvenaria de pedra, muros de concreto ciclópico, muros de gabião, muros em foqueira, muros de sacos de solo-cimento, muro de pneus. Fig. 3 – Tipos de muros de contenção 8 A escolha do tipo deste depende de uma série de fatores que são: • Altura do muro • Solo • Se o muro será utilizado para conter um corte ou um aterro • Se há fluxo de água • Espaço para a construção da contenção • Solo de apoio Deve sempre ser feito um sistema de drenagem no muro, para a redução de pressões neutras no maciço atrás do muro. A existência de água provoca acréscimos significativos de solicitação na estrutura. Para garantir a drenagem deve-se sempre que possível utilizar solos granulares no reaterro. A camada de recobrimento superficial deve ser mais argilosa para funcionar como selo impermeabilizante. Elementos importantes são os drenos que conduzem a água que percola pelo maciço. Grande parte dos acidentes envolvendo muros de contenção está relacionada ao acúmulo de água no maciço. A existência de uma linha freática no maciço é altamente desfavorável, aumentando substancialmente o carga total. O acúmulo de água, por deficiência de drenagem, pode duplicar a carga atuante. O efeito direto é o de maior intensidade podendo ser eliminado ou bastante atenuado, por um sistema de drenagem eficaz. Deve-se tomar ter atenção na elaboração do projeto do sistema de drenagem para dar vazão a precipitações excepcionais e para que a escolha do material drenante seja feita de modo a impedir qualquer possibilidade de colmatação ou entupimento futuro. 9 4. EFEITOS EM SOLOS DEVIDO À PRESENÇA DE ÁGUA 4.1. Adensamento O assentamento por adensamento ocorre em argilas, e pode ser entendido como a deformação lenta de solos argilosos, devido à expulsão da água dos vazios do solo. Esta expulsão é devida a um acréscimo de tensão externa (adensamento primário) ou ao rearranjo interno da estrutura do solo sob uma tensão efetiva constante (adensamento secundário). Os assentamentos por adensamento são os responsáveis por grandes deslocamentos e inclinações que podem ocorrer em estruturas apoiadas acima de camadas de argila mole. Estas deformações chegam a dezenas de centímetros e pode demorar dezenas de anos até que a velocidade de deformação se torne desprezível. As cargas aplicadas numa superfície qualquer, se distribuem na massa de solo segundo bulbos de tensões. Se existir uma massa de solo mole compressível (argilas moles) na região atingida pelos bulbos de tensões, deve-se determinar os assentamentos por adensamento que ocorrerão na camada de solo mole. 4.2. Atrito negativo O Atrito negativo é umas das patologias mais comuns relacionadas com a interação soloestruturas, segundo Schnaid et al. (2005). Quando uma estaca é cravada numa camada de solo compressível, pode ocorrer um fenómeno designado por atrito negativo. No caso das estacas verticais, esse atrito é um acréscimo na carga axial proveniente do assentamento da camada compressível; no caso das estacas inclinadas pode surgir também esforços de flexão na estacas. Fig. 4 – Representação do atrito negativo 10 Referem-se algumas das causas do surgimento de atrito negativo entre elas: • Perda de resistência da camada compressível provocado pela cravação das estacas; • Assentamento da camada compressiva causado por uma sobrecarga devido a execução de um aterro; • Assentamento de sub-consolidados em função do peso próprio. Existem ainda outras causas do atrito negativo nas estacas, como a consolidação do solo provocado por um rebaixamento geral do nível freático devido. Também podem ocorrer assentamentos pelo movimento das partículas do solo provocados pela percolação da água ou por ruptura de grandes vazios (cavernas), que ocorrem, por exemplo, em solos calcários. 4.3 Solos colapsíveis São solos não saturados caracterizados por apresentarem uma mudança brusca de comportamento quando ocorre infiltração de água no solo. Com o aumento do teor de humidade, ocorre um enfraquecimento dos agentes cimentantes, reduzindo a resistência ao cisalhamento e provocando reduções de volume do solo, quando sob tensão. Este enfraquecimento nas ligações provoca perda de resistência ao cisalhamento e redução quanto à capacidade de carga de fundações diretas e de estacas curtas, resultando em indesejáveis assentamentos. O colapso e devido a destruição dos meniscos capilares, responsáveis pela tensão de sucção, ou a um amolecimento do cimento natural que mantinha as partículas e as agregações de partículas unidas. Fisicamente, o fenómeno do colapso intimamente associado ao da perda de resistência dos solos não saturados. Barden (1973) define de uma forma geral, os solos colapsíveis podem ser definidos como sendo aquele tipo de solo de estrutura com alta porosidade ou índice de vazios acima de 40%, composto basicamente de areia e silte, com ligações entre grãos formadas comummente por argilas. Esta característica colapsível tem causado inúmeras patologias em construções, principalmente nos meses de verão, onde ocorrem as maiores precipitações pluviométricas, tendo sido responsável por centenas de processos de ação civil por perdas e danos, envolvendo proprietários de imóveis, vizinhos, responsáveis técnicos e construtores. 11 Os solos calapsíveis apresentam diferentes tipos de comportamento dos quais podem-se mencionar: • Ao aumentar o grau de humidade sofrem colapso instantâneo (em formações superficiais e formações profundas); • Sofrem o colapso após o rebaixamento do nível freático, ao ser retirada água do solo; • Sofrem expansão após saturação, quando aplicadas cargas externas, estes sofrem assentamentos substanciais, devido a presença de materiais altamente expansivos (montmorilonita); • Solos arenosos não recuperam a porção de volume perdido durante o colapso; • Solos argilosos recuperam parte do volume perdido durante o colapso, mesmo que ainda se encontrem sob a acção da carga que provocou o colapso; Os danos decorrentes destas variações volumétricas pode manifestar-se por meio de fissuras nas construções, ruptura de aterros, deslizamento de taludes, danos estruturais de pavimentos, deslizamento de túneis, deformação excessiva do maciço compactado, colapso diferenciado nas fundações, entre outros. A identificação de solos colapsíveis é de extrema importância para o desenvolvimento de projectos geotécnicos e ambientais, seguros e optimizados. Schnaid et al. (2005) acrescenta que a ocorrência de acidentes de maiores proporções por colapso da estrutura do solo está normalmente associada a vazamentos de água de canalizações pluviais ou redes de esgotos, reservatórios, piscinas, neste tipo de situações a água é libertada no terreno em grande quantidade, ocasionando variações no teor de humidade e originando o colapso do solo. 12 5. CASO DE ESTUDO: O REGADIO DE BUZI Fig. 5 – Estação de bombagem 5.1 Localização Búzi é um distrito da província de Sofala, em Moçambique, com sede na vila de Búzi. Este localiza-se na província de Sofala, em Moçambique. Tem limite, a norte com o distrito de Nhamatanda, a oeste com os distritos de Sussundenga (distrito da província de Manica) e Chibabava, a sul com o distrito de Machanga, a leste com o Oceano Índico e a nordeste com o distrito de Dondo. 13 5.2 Estação de bombagem Iniciado em meados de 2015, o projecto de construção de uma estação de bombagem de água do rio Buzi para um regadio de arroz. Pretendia-se fazer uma fundação para efeito de dimensionamento de infraestruturas foram executados ensaios dos solos, nomeadamente: • Inspeção táctil-visual • Caixa de corte • Granulometria • SPT Após ensaios foi concluído que o solo do local possuía resistência a cargas de 0,5 Mpa, portanto, tratava-se de uma argila mole 5.3 Determinação do problema Solo extremadamente argiloso, presença predominante de água. 5.4 Possíveis soluções Foram consideradas várias soluções para resolução. Como solução inicial optou-se pela instalação de micro-estacas. Após consulta a uma instituição especializada em geotecnia concluiu-se que esta solução não era viável, pois ia encarecer o projeto e não teria resistência estrutural. Para contenção da água foi executada uma instalação de estacas em forma de prancha, metálicas, com furos para escoamento de água, indo até uma profundidade de 9 metros. E consequentemente foi proposta a execução de melhoramento do solo por substituição e execução de uma fundação por ensoleiramento geral e melhoramento por enrocamento. Após alguns dias após instalação das estacas em forma de prancha, o regadio apresentavase inundado causado pela presença constante de água no local, devido a este factor nenhuma das soluções acima referidas foi executada. 14 6. CONCLUSÃO Com este trabalho concluiu-se que deve ser feito um estudo prévio por técnicos competentes que devem inferir sobre o tipo de fundações a prever e também sobre as incidências eventuais do terreno sobre a estrutura da obra. Contrariamente a uma opinião correntemente expressa, a intervenção de um especialista destes não é onerosa, porque permite, frequentemente, realizarem-se economias substanciais na fase de execução da obra. É, portanto, necessário que os construtores dimensionem o seu projecto em função do terreno encontrado. 15 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Assentamento in Dicionário da Língua Portuguesa com Acordo Ortográfico [em linha]. Porto: Porto Editora, 2003-2016. [consult. 2016-06-01]. Disponível na Internet: http://www.infopedia.pt/dicionarios/lingua-portuguesa/assentamento Taludes [consult. 2016-06-01]. Disponível na Internet: http://www.ebah.com.br/content/ABAAABpxsAH/taludes-mecanica-dos-solos# Lençol freatico [consult. 2016-06-01]. Disponível na Internet: http://www.ecivilnet.com/artigos/rebaixamento_lencol_freatico.htm Fundações [consult. 2016-06-01]. Disponível na Internet: http://www.profwillian.com/sistemas/apostila_fundacoes.pdf Notas de aula [consult. 2016-06-01]. 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Ass._______________________________________________________ Eu Yanira Manjate declaro que participei na elaboração deste trabalho. Ass._______________________________________________________ Eu Yasser Sarajabo declaro que participei na elaboração deste trabalho. Ass._______________________________________________________ Eu Hilário Pinto declaro que participei na elaboração deste trabalho. Ass._______________________________________________________ Eu Egino Mulima declaro que participei na elaboração deste trabalho. Ass._______________________________________________________ 19