Recalque em fundações: definição, tipos de recalque e relação com engenharia de fundações

Muito provavelmente você já deve ter visto o caso da Torre de Pisa na Itália, ou dos prédios “tortos” na orla de Santos. Esses casos são exemplos reais das consequências do recalque em fundações.

Os parâmetros de recalque são de extrema importância para projetos de fundações e levam em consideração diversos fatores que precisam ser analisados de maneira exata antes de se projetar a fundação de uma edificação.

Para saber quais são os principais conceitos de recalques em fundações, quais são os tipos que existem, tanto sob a ótica dos solos, quanto sob a ótica de estruturas, qual é a relação desses conceitos com projetos de fundações, leia este artigo até o final!

Definição dos recalques em fundações

O recalque de uma fundação é basicamente a deformação que ocorre no solo, quando submetido a cargas. Tal deformação é dada pelo deslocamento vertical da base da fundação em relação a um determinado ponto de referência. O recalque provoca a movimentação da infraestrutura, e com isso de acordo com a intensidade pode provocar grandes consequências na superestrutura.

De um modo geral podemos dizer que o recalque é a resultante da interação solo – carregamento. A principal reação é a variação volumétrica ou da forma do maciço de solo que está abaixo da fundação, pela eliminação de vazios, ou seja, a expulsão da água ou do ar nos vazios. Outro fator é a compressibilidade dos grãos, esta por sua vez em alguns tipos de solo, pode ser considerada desprezível em relação aos vazios.

Podemos afirmar que solos granulares em sua grande maioria podem apresentar essa variação volumétrica de maneira mais rápida, isso pelo fato de serem altamente permeáveis, já os solos argilosos demonstram variação mais lenta, devido a baixa permeabilidade.

Vale ressaltar que o recalque de fundações ocorre em toda edificação, mas é comum que tais deformações sejam bem pequenas sendo praticamente imperceptíveis. Por outro lado o recalque de fundações é o principal responsável, na grande maioria dos casos, pelo surgimento de patologias na superestrutura, como por exemplo, o aparecimento de fissuras na alvenaria.

Tipos de recalque de fundações sob a ótica do Solo

Os recalques em solos acontecem pelas deformações tanto verticais quanto horizontais. E estes podem ser divididos em 3 categorias principais: recalques imediatos ou não drenados, recalques primários de adensamento e os secundários.

Recalque Imediato

O recalque imediato ocorre em solos de drenagem rápida (solos drenados), ou seja, solos arenosos ou solos argilosos parcialmente saturados, onde o recalque total ocorre relativamente rápido. Neste caso, praticamente não há geração de poropressão, e as tensões oriundas do carregamento são transferidas imediatamente ao arcabouço sólido.

O solo de modo geral trabalha de maneira elástica, ou seja, fisicamente ele parte do principio de molas. Sendo assim os excessos iniciais de poropressão que são oriundos de um carregamento, não se igualam a tensão vertical, assim a parcela transmitida instantaneamente a mola resulta em uma variação de tensão efetiva. Com isso, a partir dessa variação, o solo varia também de volume, que é o chamado recalque imediato.

Em casos onde os deslocamentos são pequenos, os recalques são calculados pela Teoria da Elasticidade, com a utilização de parâmetros de deformabilidade do trecho inicial, associados às respectivas condições de drenagem.  Os recalques imediatos podem ser calculados, também pelo somatório das deformações verticais causadas pelas variações de tensão provenientes do carregamento.

Recalque de Adensamento Primário

O recalque primário ocorre basicamente pela redução de vazios do solo, o processo pode durar de horas até anos. Em geral em solos finos é mais demorado e em solos mais grossos o processo é praticamente imediato, isso ocorre pela variação do parâmetro de permeabilidade de cada tipo de solo.

Assim como nos recalques imediatos, o recalque primário ocorre pela variação de tensões efetivas, que são observadas de acordo com o princípio de deformação de mola. Porém, nos recalques primários de adensamento, os excessos de poropressão são transferidos pela tensão efetiva através do processo de escape de água, ou seja, ocorre pelo processo de transferência de esforços entre a água e o arcabouço sólido, o que acarreta a variação no valor inicial das tensões efetivas.

Para estimativa de recalques primários, leva-se em consideração a variação do índice de vazios, utilizando como base os parâmetros de compressibilidade dos solos, através da correlação das variações volumétricas com as variações de tensões efetivas.

Recalque de Adensamento Secundário

O recalque de adensamento secundário, também chamado de “creep” tem relação com as deformações que são apresentadas ao final do recalque primário de adensamento, ou seja, quando as tensões efetivas já se estabilizaram.

Basicamente o recalque de adensamento secundário parte do principio onde ocorre uma alteração no posicionamento das partículas do solo, que após a dispersão de todo excesso de poropressão, buscam um arranjo mais regular. A consolidação de recalques de adensamento secundários acontece pela redução do índice de vazios em tensões efetivas constantes.

Esse fenômeno ocorre em todos os solos, mas acontece de forma mais acentuada em solos com grande quantidade de matéria orgânica. O recalque por adensamento secundário num tempo infinito tende a zero, ou seja, se comporta de maneira decrescente em relação ao tempo.

Tipos de recalque de fundações sob a ótica da estrutura

Recalque total ou absoluto de fundações

Basicamente o recalque total (ρt) de uma fundação é considerado o recalque absoluto que acontece em um elemento de fundação apenas. Por exemplo, se uma sapata recalcou 2 cm, podemos dizer que o recalque absoluto dessa sapata é igual a tal valor.

Podemos dividir o recalque total (ρt) em duas parcelas:

ρt =  ρi​ + ρc

Onde:

ρt = recalque total ou absoluto;

ρi: recalque imediato;

ρc: recalque por adensamento (primário +secundário).

Essa estimativa de recalque total absoluto pode variar de acordo com o tipo de solo. Por exemplo, em solos arenosos o recalque total corresponde apenas ao recalque inicial devido a alta permeabilidade. Os recalques por adensamento ocorrem apenas em solos argilosos, sendo os secundários em argilas saturadas muito moles ou solos orgânicos.

Quanto maiores os recalques absolutos maiores serão os diferenciais. Sendo assim, o controle dos recalques absolutos pode ser uma medida indireta de controle de recalques diferenciais. Grandes recalques absolutos podem ser tolerados, desde que possuam a mesma ordem de grandeza.

Recalque Total Uniforme

O recalque total uniforme ocorre quando todos os pontos da fundação recalcam de maneira similar, mantendo a estabilidade vertical e horizontal do corpo rígido da estrutura. Um grande exemplo de recalque total uniforme é a Catedral Metropolitana do México, que recalca cerca de 7 centímetros por ano uniformemente.

Estruturalmente falando, esse tipo de recalque não acarreta nenhum tipo de dano a edificação. Por outro lado podem ocorrer problemas relacionados a via publica, como por exemplo entrada de água pluvial, patologias nas ligações de água e esgoto, acesso de veículos, dentre outros.

Recalque Diferencial Uniforme

O recalque diferencial uniforme é caracterizado principalmente pela diferença de nível, que ocorre quando uma parte da estrutura recalca mais que a outra. Nesse tipo de recalque a estrutura sofre o recalque de maneira a se comportar como um corpo rígido. Diferentemente do recalque diferencial por distorção angular, tratado no próximo subitem deste artigo.

Esse tipo de recalque afeta bastante a estrutura, e precisa ser tratado. O recalque diferencial uniforme acaba por gerar esforços internos nas peças estruturais, além de sua principal característica que é o desaprumo da edificação. Com isso, não são toleráveis como o caso do recalque absoluto uniforme.

Um exemplo muito famoso desse tipo de recalque é a Torre de Pisa na Itália. Ela permanece de pé devido às intervenções geotécnicas que vêm sendo realizadas. Outro exemplo bastante famoso de recalque diferencial no Brasil são os prédios de Santos. Estes também precisaram passar por intervenções para que se garantisse a estabilidade das estruturas.

O recalque diferencial (δ) é dado pela variação dos recalques de dois elementos de fundação:

δ = ρ1 – ρ2

Onde:

δ = Recalque diferencial;

ρ1 = Recalque absoluto do elemento 1;

ρ2 =Recalque absoluto do elemento 2.

Recalque Distorcional Angular

Considerado o grande vilão da engenharia de fundações, o recalque distorcional angular é onde deve ser voltada a maior atenção se tratando de danos à estrutura de uma edificação. Este ocorre geralmente em terrenos onde o solo é mais heterogêneo. O recalque distorcional pela diferença de recalques em determinados pontos de uma fundação.

O parâmetro de recalque distorcional  (β) é obtido pela relação entre o recalque diferencial entre duas fundações (δ) pela distância entre elas (L):

β  = δ / L

Essa relação é assegurada por alguns limites relacionados à estabilidade e segurança da estrutura:

β = 1/1500 – Ideal, sem danos;

β = 1/800 – Ideal, microfissuras inofensivas;

β = 1/600 – Trincas em painéis de alvenaria, sem danos estruturais;

β = 1/500 – Flechas toleráveis em vigas e lajes, trincas toleráveis nas alvenarias sobre vigas e lajes;

β = 1/300 – Flechas e trincas acentuadas, com comprometimento estrutural;

β = 1/150 – Desabamento eminente.

Relação recalque e projetos de fundações

Para engenharia de fundações é de extrema importância que o recalque de fundações seja considerado em projeto. Caso isso não ocorra de maneira correta o recalque em uma fundação pode causar danos irreparáveis em uma estrutura, podendo, em casos mais críticos, leva-la à ruptura. 

Um recalque quando não ponderado em cálculos estruturais, acarreta danos à edificação como um todo. Na parte arquitetônica pode causar um desconforto visual, principalmente nas situações onde ocorre o desaprumo da edificação, como é o caso da torre de Pisa, citado anteriormente. Quanto à funcionalidade podem surgir várias manifestações, como por exemplo, emperramento de portas e desgaste no uso de elevadores. Em relação à parte estrutural da edificação, ocorrem manifestações que comprometem a estabilidade da estrutura como um todo.

A determinação do recalque de uma determinada edificação é um problema fundamental na engenharia de fundações. Para isso, existem três principais métodos, sendo eles:

• Racionais: são levados em consideração os parâmetros de deformabilidade, que por sua vez são obtidos em ensaios in situ ou em laboratório, correlacionados com métodos teoricamente exatos. Os mais utilizados são o ensaio de placa e o ensaio piezométrico;

• Semi-empíricos: os parâmetros de recalque são determinados pela relação dos métodos teoricamente exatos com os ensaios in situ de penetração como, por exemplo, a sondagem SPT;

• Empíricos: o parâmetro de recalque é obtido com o uso de tabelas com valores típicos de tensões admissíveis e tipos de solo relacionados aos recalques usualmente aceitos em estruturas convencionais.

É importante ressaltar que determinadas obras demandam uma análise bem mais detalhada e criteriosa quanto aos parâmetros de recalque nas fundações. Como por exemplo, edificações com uso de alvenaria estrutural e edifícios com grande número de pavimentos.

De acordo com o item 5.5 da nova versão da ABNT NBR 6122:2019, em estruturas nas quais a deformabilidade das fundações pode influenciar na distribuição de esforços, deve-se estudar a interação solo-estrutura ou fundação-estrutura, sendo obrigatório nos seguintes casos:

a) estruturas nas quais a carga variável é significativa em relação à carga total, tais como silos e reservatórios;

b) estruturas com mais de 55 m de altura, medida do térreo até a laje de cobertura do último piso habitável;

c) relação altura/largura (menor dimensão) superior a quatro;

d) fundações ou estruturas não convencionais.

Finalizando

Neste artigo vimos os principais conceitos de recalque em fundações, além de conhecer cada um dos tipos de recalque que podem ocorrer em uma edificação, sob a ótica de solos e também sob a ótica de estruturas, e também relacionarmos alguns pontos importantes a respeito de recalque em projetos de fundações. Caso se interesse mais pelo assunto de fundações acesse meu minicurso gratuito clicando aqui!

Com isso, espero ter contribuído para o avanço do seu conhecimento! Deixe nos comentários sua percepção quanto a relevância dos estudos de recalque em fundações para engenharia!

Até a próxima!