Tipos de Fundações: Superficiais e Profundas

2 Fundações João Crisóstomo dos Santos Neto Introdução Neste segundo capítulo iremos falar sobre os principais tipos de fundação existentes os critérios básicos para a escolha do melhor tipo de fundação e os elementos necessários para a elaboração de um projeto Como você poderá perceber ao longo deste capítulo existem diversos tipos de fundações que podem ser classificadas como superficiais também conhecidas como diretas ou rasas ou profundas Objetivos Após a leitura dos conteúdos apresentados nesse capítulo espero que você seja capaz de Reconhecer a importância das fundações Identificar os principais tipos de fundações superficiais e profundas Compreender as caracterísitas e particularidades dos principais tipos de fundações Verificar as recomendações das normas técnicas para a elaboração de um projeto de fundação Esquema 21 Tipos de Fundações 22 Fundações Superficiais 221 Sapata 2211 Sapata Isolada 2212 Sapata Associada 2213 Sapata de Divisa 222 Radier 223 Bloco 23 Fundações Profundas 231 Estaca PréMoldada 232 Estaca Moldada In Loco 2321 Estaca Strauss 2322 Estaca Franki 2323 Estava Escavada 2324 Estaca Raiz 2325 Estaca Hélica Contínua 233 Tubulão 2331 Tubulão a Céu Aberto 2332 Tubulão a Ar Comprimido 24 Conclusão 21 Tipos de Fundações Como já foi falado anteriormente as fundações são divididas em dois grandes grupos fundações superficiais e fundações profundas A NBR 6122 Projeto e Execução de Fundações 2010 define esses dois grupos conforme Tabela 05 a seguir Tabela 05 Tipos de Fundações TIPOS DE FUNDAÇÃO DEFINIÇÃO FUNDAÇÃO SUPERFICIAL Elemento de fundação em que a carga é transmitida ao terreno pelas tensões distribuídas sob a base da fundação e a profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente à fundação é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação FUNDAÇÃO PROFUNDA Elemento de fundação que transmite a carga ao terreno ou pela base resistência de ponta ou por sua superfície lateral resistência de fuste ou por uma combinação das duas devendo sua ponta ou base estar assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta e no mínimo 30 m Fonte NBR 6122 2010 22 Fundações Superficiais As fundações superficiais também conhecidas como diretas ou rasas são caracterizadas por serem projetadas em profundidades de pequenas dimensões e por isso são executadas com pequenas escavações em valas rasas Temos como exemplo de fundações superficiais as sapatas os radiers e os blocos A principal característica desse tipo de fundação é a transferência de cargas para o solo que é realizada através da sua base Figura 05 Com isso as cargas pontuais como as provenientes dos pilares por exemplo são convertidas em cargas distribuídas ao longo de todo o elemento fazendo assim com o que o solo seja capaz de suportar tal carga Figura 05 Distribuição de cargas Fonte Autor 2017 Tendo em vista que nesses tipos de fundações as cargas são transmitidas para as primeiras camadas do solo é necessário que ele tenha resistência suficiente para suportar a esses esforços Para isso é fundamental o reconhecimento do solo que é obtido através das sondagens conforme informado no capítulo anterior Em virtude das dimensões de sua profundidade as fundações superficiais são utilizadas em construções de pequeno porte Em função dessa característica segundo Milititsky Consoli e Schnaid 2008 é comum que essas fundações sejam projetadas tendo como base as soluções de obras circunvizinhas e executadas sem a supervisão e acompanhamento de profissionais qualificados 221 Sapata De acordo com a NBR 6122 2010 as sapatas podem ser caracterizadas como elementos de fundação superficial que são dimensionados de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo emprego da armadura especialmente disposta para esse fim As sapatas são construídas em concreto armado e podem ter praticamente qualquer forma em planta sendo os formatos mais utilizados as sapatas quadradas retangulares e corridas Segundo Hachich et al 1998 em cálculos geotécnicos uma sapata é considerada retangular quando o maior lado é menor que cinco vezes o menor lado L 5B 2211 Sapata Isolada As sapatas isoladas são caracterizadas por uma placa de concreto armado com uma base que pode ser quadrada retangular ou circular e é tipo mais frequentemente utilizado Esse tipo de sapata é usada quando as cargas transmitidas pela superestrutura são pontuais ou concentradas como acontece com as cargas de pilares e as reações de vigas na fundação vigas baldrames por exemplo Figura 06 Sapata isolada Fonte Autor 2017 2212 Sapata Associada De acordo com Hachich et al 1998 quando as cargas provenientes da superestrutura forem muito elevadas quando comparadas à tensão admissível ou quando houver proximidade entre mais de um pilar poderá não ser possível a projeção de sapatas isoladas para cada um desses pilares Nesse caso será necessário o emprego de uma única sapata para dois ou mais pilares devendo a sapata ser centrada o centro de cargas dos pilares Figura 07 Sapata associada Fonte Autor 2017 2213 Sapata de Divisa Em alguns casos o pilar poderá estar próximo à divisa do lote onde não será possível a projeção de uma sapata Nessa situação como a sapata deve estar dentro dos limites do terreno não é possível coincidir o centro do elemento de fundação com o centro do pilar causando assim uma excentricidade que será eliminada com a utilização de uma viga alavanca Figura 08 Sapata de divisa Fonte Autor 2017 222 Radier Segundo a NBR 6122 2010 o radier pode ser caracterizado como um elemento de fundação superficial que abrange parte ou todos os pilares de uma estrutura distribuindo os carregamentos provenientes da superestrutura sobre o terreno de maneira uniforme Esse tipo de fundação é muito utilizada em pequenas construções e ele deve ser utilizado em terrenos que possuem o mesmo tipo de solo em toda a sua dimensão Figura 09 Radier Fonte Autor 2017 223 Bloco O bloco pode ser classificado de acordo com a NBR 6122 2010 como um elemento de fundação superficial de concreto dimensionado de uma forma que as tensões de tração nele resultantes possam ser resistidas pelo concreto não sendo necessário a utilização de armadura Os blocos podem ser dimensionados com seção quadrada ou retangular com faces verticais inclinadas ou escalonadas Figura 10 Bloco Fonte Autor 2017 Os blocos de fundação são responsáveis pela equivalência na distribuição das cargas para o solo tornando aproximadamente pontual e quando o sistema de blocos é utilizado verifica se que onde existir um pilar deverá haver um bloco de fundação que distribua a carga do pilar para o terreno Os blocos podem ser feitos de pedra tijolos maciços concreto simples ou armado 23 Fundações Profundas Quando não for possível a utilização de fundação do tipo superficial será necessário a projeção de uma fundação profunda Como pode ser observado abaixo Figura 11 esse tipo de fundação transmite a carga nela resultante ao terreno através de sua base resistência de ponta RP por sua superfície lateral resistência lateral RL ou por uma combinação das duas Figura 11 Fundação Profunda Fonte Autor 2017 Com relação à profundidade das fundações profundas a NBR 6122 2010 estabelece que a profundidade do assentamento deve ser superior que o dobro da menor dimensão em planta do elemento de fundação conforme pode ser observado na figura abaixo Figura 12 Profundidade Fundação Profunda Fonte Autor 2017 De acordo com Rebello 2008 as fundações profundas são classificadas como fundações moldadas in loco e prémoldadas Para as fundações moldadas in loco é realizado com equipamento próprio um furo no solo que em seguida é preenchido com concreto que poderá ser ou não armado dependendo da necessidade Já nas fundações prémoldadas o elemento de fundação é executado na indústria sendo em seguida cravado no solo por um equipamento adequado o bateestaca 231 Estaca PréMoldada Esse tipo de estaca é executada em industrias especializadas fornecidas já prontas para utilização e são cravadas no solo através de um equipamento denominado bate estaca Esse equipamento consiste em uma torre metálica da qual é lançado um peso pilão que tem como objetivo cravar à estaca no solo As estacas podem ser de aço ou concreto e caso haja necessidade elas podem ser compostas de dois materiais distintos Em caso de solos mais rígidos pode ser utilizada uma estaca mista executada em concreto e aço sendo que este último material irá facilitar a cravação do elemento no solo Tabela 06 Características das estacas prémoldadas TIPO PRODUTIVIDADE CAPACIDADE DE CARGA PROFUNDIDADE MÁXIMA ESTACA METÁLICA 50 m DIÁRIOS PODENDO OCORRER VARIAÇÕES EM FUNÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DO SOLO PROFUNDIDADE DA FUNDAÇÃO CONDIÇÕES DO TERRENO E DISTÂNCIA ENTRE AS ESTACAS 20 A 200 tf NÃO POSSUI LIMITAÇÃO ESTACA DE CONCRETO 50 m DIÁRIOS PODENDO OCORRER VARIAÇÕES EM FUNÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DO SOLO PROFUNDIDADE DA FUNDAÇÃO CONDIÇÕES DO TERRENO E DISTÂNCIA ENTRE AS ESTACAS 25 A 170 tf 8 A 12 m DEPENDENDO DO TIPO DE ESTACA Fonte Associação Brasileira de Concreto Portland 2012 Dentre os materiais disponíveis para a construção de estacas Velloso e Lopes 2012 afirma que o concreto é melhor opção devido a sua resistência a agentes agressivos além de suportar muito bem as alterações do meio Além disso com esse tipo de material é possível a projeção de estacas que suportem pequenas ou grandes capacidades de carga dependendo da sua necessidade 232 Estaca Moldada In Loco Segundo a NBR 6122 2010 as estacas moldadas in loco são executadas através do preenchimento podendo ser com concreto ou argamassa das perfurações realizadas no terreno determinados pelo projeto estrutural de fundação Por serem moldadas diretamente no local logo após a escavação do solo uma das vantagens desse tipo de estaca está na possibilidade de concretar apenas o comprimento recomendado Além disso as estacas moldadas in loco podem apresentar uma capacidade de carga superior quando comparadas com as estacas prémoldadas Tendo em vista que as estacas moldadas in loco não possuem um controle de qualidade tão rigoroso quanto as estacas prémoldadas que são fabricadas em indústrias próprias é importante que a equipe responsável pela sua execução seja capacitada Por serem executadas após a realização da escavação do solo outra vantagem que as estacas moldadas in loco apresentam é em relação à possibilidade de execução em solos de difícil penetração como em solos rochosos por exemplo onde as estacas prémoldadas não conseguem penetrar 2321 Estaca Strauss A estaca Strauss é executada com a perfuração do solo realizada através de uma sonda ou piteira e revestimento metálico A medida em que o material vai sendo lançado o revestimento metálico vai sendo retirado com simultâneo apiloamento do concreto sendo esse procedimento realizado até que se atinja a cota desejada NBR 6122 2010 Em princípio não é recomendável o uso da estaca Strauss abaixo do nível dagua Porém é possível a sua aplicação nessas condições desde que a sua execução seja realizada com bastante cuidado e por profissionais experientes Para a sua execução é necessário a utilização de em equipamento leve e econômico e por isso tratase de uma estaca que apresenta determinadas vantagens Ausência de vibrações nas edificações vizinhas Fácil locomoção na obra Possibilidade de execução da estava de acordo com o comprimento projetado Possibilidade de constatar a presença de detritos no solo durante a escavação Possibilidade de utilização de estacas próximas às divisas Utilização em edificações que possuem pédireito reduzido Autonomia para a execução em locais remotos 2322 Estaca Franki Segundo Hachich et al 1998 a estaca tipo Franki é realizada em concreto armado moldado no solo Essa estaca possui uma base alargada e deve ser totalmente armada de acordo com a NBR 6122 2010 Para a execução de uma estaca Franki Velloso e Lopes 2012 estabelece as seguintes fases cravação do tubo execução da base alargada colocação da armadura concretagem da estaca Pela forma como elas são executadas as estacas Franki podem ser utilizadas em qualquer tipo de solo bem como abaixo no nível do nível dagua ao contrário das estacas Strauss Esse tipo de estaca é normalmente aplicada em obras onde os pilares apresentam grandes cargas e a sua utilização se torna viável economicamente em cargas superiores a 45 toneladas 2323 Estaca Escavada Para a execução das estacas escavadas é necessário a retirada de material durante a sua perfuração Esse tipo de estaca é moldada in loco e poderá ser executada com ou sem revestimento podendo a escavação ser feita mecanicamente com injeção ou com fluido estabilizante segundo a NBR 6122 A escavação mecânica é feita com um trado mecânico sem a utilização de revestimento ou fluidos estabilizantes A escavação com injeção é realizada através de perfuração rotativa e injetada com calda de cimento por meio de um tubo com válvulas Com relação à execução da perfuração com fluido estabilizante a estabilidade da parede é alcançada através da utilização do referido fluido 2324 Estaca Raiz A execução desse tipo de estaca é realizada através de um equipamento de rotação com circulação de água lama bentonítica ou ar comprimido podendo ter forma circular de até 410 mm A execução de uma estaca raiz contempla quatro fases conforme descreve Hachich et al 1998 perfuração instalação da armadura preenchimento com argamassa remoção de revestimento e aplicação de golpes de ar comprimido 2325 Estaca Hélice Contínua De acordo com Hachich et al 1998 a estaca tipo Hélice Contínua é moldada in loco feita em concreto sendo sua execução realizada através de um trado contínuo e injeção de concreto sob uma pressão controlada através de uma haste central do trado Para a execução de uma estaca tipo Hélice Contínua é realizada as seguintes fases Perfuração Concretagem simultânea à extração da hélice contínua do terreno Colocação da armação Para Hachich et al 1998 esse tipo de estaca apresenta alguns tipos de vantagens tais como alta produtividade fácil adaptação em terrenos exceto quando existem matacões e rochas a execução não apresenta distúrbios e vibrações e nem causa descompressão do terreno e a perfuração não produz detritos poluídos por lama bentonítica Porém a estaca tipo Hélice Contínua apresenta também algumas desvantagens quanto à sua utilização São elas em virtude do porte do equipamento necessário para a sua execução é recomendado que as áreas de trabalho sejam planas e com facilidade de movimentação é necessário também a presença de uma central de concreto próximo ao local da obra para a limpeza e remoção do material extraído através da perfuração fazse necessário a presença de uma pácarregadeira limite do comprimento e da armação da estaca HACHICH et al 1998 233 Tubulão De acordo com Caputo 2008 pag 322 os tubulões podem ser definidos como Fundações construídas concretandose um poço aberto no terreno ou fazendo descer por escavação interna um tubo geralmente de concreto armado ou de aço que é posteriormente cheio com concreto simples ou armado No caso de revestimento com tubo metálico este poderá ou não ser recuperado Figura 13 Tubulão Fonte Autor 2017 Conforme a NBR 6122 esse tipo de fundação profunda deve ser empregada acima do lençol freático ou mesmo abaixo dele desde que haja o risco de desmoronamento que o solo se mantenha estável e que seja capaz de controlar a água do interior do tubulão respeitando sempre às Normas de Segurança em especial a Portaria 3 215 do Ministério do Trabalho e Emprego NR 18 Os tubulões podem ser classificados em dois tipos básicos a céu aberto e a ar comprimido 2331 Tubulão a céu aberto Em virtude das suas características é como que os tubulões a céu aberto sejam utilizados acima do nível do lençol freático uma vez que a escavação da base eou do fuste é realizada manualmente Porém nada impede que a escavação seja executada através do rebaixamento do lençol freático A utilização desse tipo de tubulão é indicado principalmente em obras onde as cargas elevadas serão predominantes Além disso em locais onde poderá haver dificuldade de acesso de equipamentos mecanizados recomendase também a utilização do tubulão a céu aberto 2332 Tubulão a ar comprimido Os tubulões a ar comprimido tem a sua execução realizada abaixo no nível do lençol freático Por isso é necessário a utilização de equipamentos específicos que sejam capazes de equilibrar a pressão interna com a pressão da água fazendo com ele impeça a entrada de água Assim como os tubulões a céu aberto eles também são indicados para obras que possuem cargas elevadas como viadutos e pontes por exemplo Em virtude dos altos custos envolvidos a utilização desse tipo de fundação não é tão comum quanto as demais 24 Conclusão Como você pode observar durante a leitura deste capítulo foram apresentados os diversos tipos mais usuais de fundações existentes É possível observar que cada um dos tipos apresentados possui suas características e particularidades devendo o engenheiro projetista fazer a opção pela melhor escolha Nos próximos capítulos você irá verificar detalhadamente cada um dos tipos de fundações apresentados Através deste estudo você será capaz de fazer uma escolha correta da fundação que melhor irá atendêlo sendo capaz de projetar e dimensionar cada uma delas Resumo Neste primeiro capítulo demos continuidade ao nosso estudo referente às Estruturas de Fundações dando destaque aos tipos de fundações existentes destacando os mais usuais às características de cada um dos tipos de fundações apresentadas a informações importantes como as vantagens e desvantagens quanto a utilização à classificação das fundações que podem ser superficiais ou profundas Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CONCRETO PORTLAND Fundação 2012 Disponível em httpredefederalmecgovbrimagespdfsetecorientacoessobreescolhadefundacoes pdf Acesso em 10 set 2017 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 6122 Projeto e Execução de Fundações Rio de Janeiro 1996 CAPUTO Homero Mecânica dos Fluidos e suas Aplicações 6 ed Rio de Janeiro LTC 2008 498 p HACHICH Waldemar et al Fundações teoria e prática 2 ed São Paulo Pini 1998 526 p MILITITSKY Jarbas CONSOLI Nilo SCHNAID Fernando Patologia das Fundações 2 ed São Paulo Oficina de Textos 2008 244 p REBELLO Yopanan Fundações guia prático de projeto execução e dimensionamento São Paulo Zigurate 2008 240 p VELLOSO Dirceu LOPES Francisco Fundações São Paulo Oficina de Textos 2012 568 p