Fundamentos de Fundação: Conceitos e Classificações

FUNDAÇÃO Conceitos Básicos 1 TÓPICOS ESPECIAIS CONTEÚDO Introdução Definições Fundações Superficiais Sapatas Distribuição de Tensões no Solo Projeto de Sapatas Isoladas Exemplo 2 INTRODUÇÃO INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO SONDAGEM À PERCUSSÃO SPT TIPO DE SOLO CORRELAÇÃO NSPT PROVÁVEL TENSÃO ADMISSÍVEL CORRELAÇÃO NSPT PESO ESPECIFICO COESÃO E ÂNGULO DE ATRITO TENSÃO ADMISSÍVEL DO SOLO PERFIL GEOTÉCNICO Profundidade da fundação Carga Pilar e Fundação Recalques Tensão Admissível capacidade de carga do solo carga última do terreno 3 DEFINIÇÕES Os critérios de projeto destes elementos estruturais utilizam como base as definições da norma ABNT NBR 61222022 Projetos e execução de fundações O dimensionamento dos elementos de concreto armado segue os procedimentos da norma ABNT NBR 61182014 Projeto de estruturas de concreto 4 INTRODUÇÃO A subestrutura ou fundação é a parte de uma estrutura composta por elementos estruturais geralmente construídos abaixo do nível final do terreno e que são os responsáveis por transmitir ao solo todas as ações cargas verticais forças do vento etc que atuam na edificação A estrutura posicionada acima e que se apoia na subestrutura é chamada superestrutura SUBESTRUTURA E SUPERESTRUTURA 5 INTRODUÇÃO FUNDAÇÕES São elementos da estrutura cuja finalidade é transmitir as cargas ao solo garantindo sobretudo a estabilidade da edificação CLASSIFICADAS FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS bloco sapata sapata corrida radier FUNDAÇÕES PROFUNDAS estaca tubulão caixão 6 INTRODUÇÃO 7 FUNDAÇÕES PROFUNDAS DEFINIÇÕES A fundação superficial mais comum é a sapata que pela área de contato basesolo transmite as cargas verticais e demais ações para o solo diretamente 8 FUNDAÇÃO SUPERFICIAL também chamada fundação rasa ou direta é definida no item 328 da NBR 6122 como o elemento de fundação cuja a base está assentada em profundidade inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação DEFINIÇÕES FUNDAÇÃO PROFUNDA definido na NBR 6122 item 327 como o 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 sendo sua ponta ou base apoiada em uma profundidade superior a oito vezes a sua menor dimensão em planta e no mínimo 30 m Neste tipo de fundação incluemse as estacas e os tubulões 9 Quando o elemento é projetado com grande altura e a tensão de tração máxima diminui e pode ser resistida apenas pelo concreto sem necessidade de acrescentar armadura Para que as tensões de tração sejam resistidas pelo concreto elas precisam ser baixas de modo que a altura do bloco necessita ser relativamente grande FUNDAÇÕES SUPERFICAIS BLOCO DE FUNDAÇÃO SUPERFICIAL NBR 6122 item 33 elemento de fundação superficial de concreto dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo concreto sem necessidade de armadura 10 RADIER NBR 6122 34 como o elemento de fundação superficial que abrange parte ou todos os pilares de uma estrutura distribuindo os carregamentos FUNDAÇÕES SUPERFICAIS Muito aplicado em edificações residenciais de pequeno porte em conjuntos habitacionais 11 FUNDAÇÕES SUPERFICAIS elemento de fundação superficial de concreto armado dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo emprego de armadura especialmente disposta para esse fim NBR 6122 item 32 estruturas de volume usadas para transmitir ao terreno as cargas de fundação no caso de fundação direta NBR 6118 item 2261 Na superfície correspondente à base da sapata atua a máxima tensão de tração que supera a resistência do concreto à tração de modo que tornase necessário dispor uma armadura resistente SAPATA 12 SAPATAS TIPOS DE SAPATA Sapata Isolada Sapata Corrida Sapata Associada Sapata com Viga Alavanca ou de Equilíbrio CLASSIFICAÇÃO RELATIVA À RIGIDEZ sapatas rígidas sapatas flexíveis 13 SAPATAS TIPOS DE SAPATA Sapata Isolada É a mais comum nas edificações sendo aquela que transmite ao solo as ações de um único pilar 14 SAPATAS As ações que comumente ocorrem nas sapatas são a força normal N os momentos fletores em uma ou em duas direções Mx e My e a força horizontal H Um limite para a sapata retangular é que a dimensão maior da base não supere cinco vezes a largura A 5B TIPOS DE SAPATA Sapata Isolada 15 SAPATAS Para sapata sob pilar de edifício de pavimentos existe a recomendação de que a dimensão mínima em planta seja de 80 cm HACHICH et al 2000 NBR 6122 771 a menor dimensão não deve ser inferior a 60 cm TIPOS DE SAPATA Sapata Isolada O centro de gravidade CG do pilar deve coincidir com o centro de gravidade da base da sapata para qualquer forma do pilar 16 SAPATAS Para o dimensionamento econômico é indicado que os balanços da sapata nas duas direções as dimensões cA e cB sejam iguais ou aproximadamente iguais TIPOS DE SAPATA Sapata Isolada 17 SAPATAS NBR 6122 36 é aquela sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente ou de pilares ao longo de um mesmo alinhamento São comuns em construções de pequeno porte como casas e edificações de baixa altura galpões muros de divisa e de arrimo em paredes de reservatórios e piscinas etc TIPOS DE SAPATA Sapata Corrida 18 SAPATAS Quando A 5B é chamada sapata corrida Sapata corrida para apoio de pilares alinhados Comprimento A mínimo para configurar a sapata corrida TIPOS DE SAPATA Sapata Corrida 19 SAPATAS Conforme a NBR 6122 35 sapata associada é aquela comum a mais de um pilar Também é chamada sapata combinada ou conjunta Geralmente ocorre quando devido à proximidade entre os pilares não é possível projetar uma sapata isolada para cada pilar TIPOS DE SAPATA Sapata Associada 20 SAPATAS Viga alavanca ou de viga de equilíbrio é o elemento estrutural que recebe as cargas de um ou dois pilares ou pontos de carga e é dimensionado de modo a transmitilas centradas às fundações NBR 6122 336 A viga alavanca é de aplicação comum no caso de pilar posicionado na divisa de terreno onde ocorre uma excentricidade e entre o ponto de aplicação de carga do pilar N e o centro geométrico da sapata TIPOS DE SAPATA Sapata com viga alavanca ou de equilíbrio Da utilização de viga de equilíbrio resultam cargas nas fundações diferentes das cargas dos pilares nelas atuantes 21 SAPATAS Pilar de divisa sobre sapata combinada com viga alavanca VA O momento fletor resultante da excentricidade é equilibrado e resistido pela viga alavanca que na outra extremidade é geralmente vinculada a um pilar interno da edificação TIPOS DE SAPATA Sapata com viga alavanca ou de equilíbrio 22 SAPATAS CLASSIFICAÇÃO RELATIVA À RIGIDEZ Direciona a forma como a distribuição de tensões na interface base da sapatasolo deve ser considerada bem como o procedimento ou método adotado no dimensionamento estrutural NBR 6118 item 2261 classifica as sapatas como rígidas ou flexíveis Para ser considerada rígida 23 As sapatas rígidas têm a preferência no projeto de fundações por serem menos deformáveis menos sujeitas à ruptura por punção e mais seguras SAPATAS Também deve ser verificada às dimensões B e bp da outra direção da sapata sendo que para ser classificada como rígida a equação deve ser atendida em ambas as direções CLASSIFICAÇÃO RELATIVA À RIGIDEZ 24 SAPATAS As sapatas flexíveis são caracterizadas pela altura pequena e segundo a NBR 6118 item 22623 Embora de uso mais raro essas sapatas são utilizadas para fundação de cargas pequenas e solos relativamente fracos 05 tg β 15 266 β 563 Se tg β 05 a sapata é considerada flexível Se tg β 15 não é sapata e sim bloco de fundação CLASSIFICAÇÃO RELATIVA À RIGIDEZ Norma que pode ser considerada no projeto de sapatas é a do CEB de 1970 CEB70 que utiliza um critério diferente e considera como sapata rígida quando o ângulo β tg β hc fica compreendido entre os limites 25 DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES NO SOLO A tensão ou pressão de apoio que a área da base de uma sapata exerce no solo é o fator mais importante relativo à interface basesolo A pressão exercida no solo não é necessariamente distribuída uniformemente e depende de vários fatores existência de excentricidade do carregamento aplicado intensidade de possíveis momentos fletores aplicados rigidez da fundação propriedades do solo rugosidade da base da fundação 26 DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES NO SOLO Distribuição de pressão no solo aplicada na base de uma sapata carregada concentricamente em função do tipo de solo e da rigidez se rígida ou flexível sapata flexível sobre argila sapata flexível sobre areia sapata rígida sobre argila sapata rígida sobre areia Sapatas flexíveis curvamse e mantém a pressão uniforme no solo Sapatas rígidas não se curvam e o recalque se ocorrer é uniforme porém a pressão no solo não é uniforme Assumirse a uniformidade sob carregamentos concêntricos 27 DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES NO SOLO No caso de radier que é comumente flexível quando comparado às sapatas devem ter uma avaliação das tensões de flexão e da distribuição da pressão no solo de maneira mais cuidadosa A NBR 6118 item 2261 permite que no caso de sapata rígida se possa admitir plana a distribuição de tensões normais no contato sapataterreno caso não se disponha de informações mais detalhadas a respeito Para sapatas flexíveis ou em casos extremos de fundação em rocha mesmo com sapata rígida essa hipótese deve ser revista E no item 22623 relativo às sapatas flexíveis A distribuição plana de tensões no contato sapatasolo deve ser verificada 28 DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES NO SOLO A NBR 6122 761 recomenda que a área da fundação solicitada por cargas centradas deve ser tal que as tensões transmitidas ao terreno admitidas uniformemente distribuídas sejam menores ou iguais à tensão admissível ou tensão resistente de projeto do solo de apoio No item 781 As sapatas devem ser calculadas considerandose diagramas de tensão na base representativos e que são função das características do solo ou rocha 29 DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES NO SOLO A distribuição real não é uniforme mas por simplicidade na maioria dos casos admitese a distribuição uniforme o que geralmente resulta esforços solicitantes maiores 30 PROJETO DE SAPATAS ISOLADAS Os modelos são simplificações do comportamento das sapatas porém são conservativos e seguros O projeto da sapata isolada tem as seguintes fases estimativa das dimensões da sapata dimensionamento das armaduras de flexão verificações das tensões de compressão diagonais da punção para as sapatas flexíveis da aderência da armadura de flexão do equilíbrio referente ao tombamento e ao deslizamento 31 PROJETO DE SAPATAS ISOLADAS SAPATAS RÍGIDAS COMPORTAMENTO ESTRUTURAL As armaduras são perpendiculares e formam uma malha posicionadas próximas à superfície da base da sapata 32 PROJETO DE SAPATAS ISOLADAS DETALHES CONSTRUTIVOS A NBR 6122 item 773 estabelece que Todas as partes da fundação superficial em contato com o solo sapatas vigas de equilíbrio etc devem ser concretadas sobre um lastro de concreto não estrutural com no mínimo 5 cm de espessura a ser lançado sobre toda a superfície de contato solofundação No caso de rocha esse lastro deve servir para regularização da superfície e portanto pode ter espessura variável no entanto observado um mínimo de 5 cm O Anexo A da NBR 6122 apresenta procedimentos executivos relativos às fundações superficiais httpswwwyoutubecomwatchvoyMXokhRgs 33 PROJETO DE SAPATAS ISOLADAS A superfície de topo da sapata deve ter um plano horizontal mesa maior que a seção transversal do pilar com pelo menos 25 ou 3 cm que facilita a montagem e apoio da fôrma do pilar Para evitar a possível ruptura nos lados da sapata é importante executar as faces extremas em superfície vertical com a sugestão para ho O ângulo de inclinação da sapata deve ser preferencialmente igual ou menor que 300 que é ângulo do talude natural do concreto fresco a fim de evitar a necessidade de fôrma na construção da sapata DETALHES CONSTRUTIVOS 34 PROJETO DE SAPATAS ISOLADAS ESTIMATIVA DAS DIMENSÕES DE SAPATAS COM CARGA CENTRADA Obtenção de momentos fletores solicitantes e armaduras de flexão não muito diferentes nas duas direções da sapata procurase determinar as dimensões A e B de modo que os balanços sejam iguais ou semelhantes 35 PROJETO DE SAPATAS ISOLADAS ESTIMATIVA DAS DIMENSÕES DE SAPATAS COM CARGA CENTRADA 105 para sapatas flexíveis 105 a 110 para sapatas rígidas quando as parcelas relativas às ações permanentes e variáveis cargas acidentais sobre as lajes etc não forem conhecidas adotar 105 como fator multiplicador da carga total Km finalidade de estimar o peso próprio da sapata e do solo sobre a sapata Recomendase 36 PROJETO DE SAPATAS ISOLADAS ESTIMATIVA DAS DIMENSÕES DE SAPATAS COM CARGA CENTRADA Balanços abas Iguais nas Duas Direções X B Determino dimensão de B 37 PROJETO DE SAPATAS ISOLADAS ESTIMATIVA DAS DIMENSÕES DE SAPATAS COM CARGA CENTRADA Balanços Não Iguais nas Duas Direções Recomendase 38 PROJETO DE SAPATAS ISOLADAS ESTIMATIVA DAS DIMENSÕES DE SAPATAS COM CARGA CENTRADA Balanços Não Iguais nas Duas Direções Devese definir um valor para R entre 1 e 3 Os lados A e B devem ser preferencialmente múltiplos de 5 cm 39 PROJETO DE SAPATAS ISOLADAS Exercício 1 Sapata Isolada Rígida Sob Carga Centrada Determinar as dimensões de uma sapata de fundação superficial para um pilar com seção transversal 20x80 cm que transfere à sapata uma carga vertical centrada total de 1250 kN Nk tensão admissível no solo de 026 Mpa 26 Kgfcm2 Dados Concreto C25 Aço CA 50