Fundamentos de Fundações: Conceitos e Práticas

FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO A Faculdade Católica Paulista tem por missão exercer uma ação integrada de suas atividades educacionais visando à geração sistematização e disseminação do conhecimento para formar profissionais empreendedores que promovam a transformação e o desenvolvimento social econômico e cultural da comunidade em que estão inseridos Missão da Faculdade Católica Paulista Av Cristo Rei 305 Banzato CEP 17515200 Marília São Paulo wwwucaedubr Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer meio ou forma sem autorização Todos os gráficos tabelas e elementos são creditados à autoria salvo quando indicada a referência sendo de inteira responsabilidade da autoria a emissão de conceitos Diretor Geral Valdir Carrenho Junior FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO SUMÁRIO AULA 01 AULA 02 AULA 03 AULA 04 AULA 05 AULA 06 AULA 07 AULA 08 AULA 09 AULA 10 AULA 11 AULA 12 AULA 13 AULA 14 AULA 15 AULA 16 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DO SOLO COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO TIPOS DE FUNDAÇÕES RASAS E PROFUNDAS CAPACIDADE DE CARGA EM FUNDAÇÃO RASA DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÃO RASA RECALQUE EM FUNDAÇÃO RASA PROVA DE CARGA EM PLACA CAPACIDADE DE CARGA EM FUNDAÇÃO PROFUNDA DIMENSIONAMENTO DE ESTACA RECALQUE EM FUNDAÇÃO POR ESTACA PROVA DE CARGA EM ESTACA DIMENSIONAMENTO DE TUBULÃO ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÃO PATOLOGIA DE FUNDAÇÃO REFORÇO DE FUNDAÇÃO 05 13 20 26 45 52 57 64 67 72 78 83 88 92 97 103 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 4 INTRODUÇÃO Obras de fundação são vistas a todo momento Com o aumento na quantidade de empreendimentos lançados projetos adequados a essa expansão são cada vez mais necessários Nessa contextualização as fundações são consideradas a base fundamental para o sucesso de um empreendimento e seu projeto deve ser realizado de modo a garantir a segurança da estrutura Nesse livro portanto os conceitos e práticas voltadas à execução adequada de fundações rasas e profundas serão abordados com destaque para sapatas estacas e tubulões Da mesma forma a caracterização do solo que receberá os elementos de fundação será executada se configura em uma etapa fundamental para o dimensionamento correto sendo indispensável a determinação de parâmetros de resistência do mesmo por meio de ensaios de campo e da determinação da capacidade de suporte Esperase que o leitor faça uso da literatura básica indicada de modo a complementar os assuntos aqui abordados Uma boa leitura a todos FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 5 AULA 1 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA Os procedimentos mais comuns para investigar o solo para finalidade de fundações e obras geotécnicas são a abertura de poços de inspeção e a realização de ensaios de campo como o SPT e o CPT com suas variações Cada ensaio apresenta características próprias de execução e resultados particulares que podem e são empregados em projeto 11 Poço de Inspeção Esse ensaio é definido pela NBR 96042016 Abertura de poço e trincheira de inspeção em solo com retirada de amostras deformadas e indeformadas Procedimento O ensaio permite identificar as camadas de solo que se encontram acima do nível de água e retirar amostras deformadas e indeformadas com a finalidade de ensaios laboratoriais 111 Retirada de Amostras Deformadas e Indeformadas De acordo com Almeida 2013 o procedimento para retirada de amostras deformadas e indeformadas ocorre segundo algumas etapas importantes para se manter as características originais do solo que são Limpeza do terreno e segurança do trabalho atendendose os requisitos estabelecidos pela NR 18 do Ministério do Trabalho por meio de sinalização visual eou sonora Execução de sulcos de drenagem Realização de escoramento quando a profundidade do furo ultrapassar 20 m Todo o solo retirado deve ser disposto ao redor do poço de forma escalonada Na coleta de amostras devese identificar a profundidade de coleta das mesmas Ao se atingir o nível de água devese aguardar sua estabilização para aferição da profundidade do mesmo Em qualquer momento em que haja a necessidade de interrupção do ensaio o poço deve ser coberto com lona e sinalizado e ao final dos trabalhos o mesmo deve ser preenchido com solo FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 6 Para a retirada de amostras deformadas Almeida 2013 recomenda que toda amostra coletada deve ser armazenada em recipiente hermeticamente fechado de modo a preservar suas características originais No caso das amostras indeformadas os blocos de solo devem ser parafinados e cuidadosamente movimentados até seu local de destino de modo que se preserve suas características e estrutura originais fundamentais para o devido conhecimento de seus parâmetros de resistência de campo Na imagem a seguir observase um exemplo de abertura de poço com retirada de amostra indeformada Figura 01 Exemplo de abertura de poço de inspeção e coleta de amostra indeformadaFonte httpscontechengbr 12 SPT O ensaio SPT Sondagem à Percussão ou Sondagem de Simples Reconhecimento SPT Standard Penetration Test é definido pela Norma NBR 64842020 Solo Sondagem de simples reconhecimento com SPT Método de ensaio Essa sondagem é realizada em três etapas FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 7 I perfuração II ensaio penetrométrico penetração dinâmica III amostragem As etapas I e II são alternadas enquanto a II e III são executadas simultaneamente em cada metro da sondagem A perfuração é feita com trado até encontrar o nível de água NA e com sistema de circulação de água abaixo do NA feito então a cravação com um equipamento chamado trépano A amostragem é obtida com a cravação de um amostrador padronizado bipartido em 45 cm de cada metro No ensaio penetrométrico contase o número de golpes para cravar cada 15 cm do amostrador por meio de um peso de 65 kg caindo de uma altura de 75 cm Para cada metro de sondagem obtémse uma amostra deformada e três leituras no ensaio penetrométrico N1 N2 e N3 Com esses valores definese o índice de resistência à penetração como sendo a soma do número de golpes dos últimos 30 cm de penetração desprezase a primeira leitura que foi afetada pela etapa de perfuração no caso N1 Um aperfeiçoamento desse ensaio é o SPTT ensaio que inclui medidas de torque do amostrador a certa profundidade definida em projeto O equipamento empregado para realização do ensaio SPT e o esquema de ensaio podem ser visualizados nas Figuras 02 03 e 04 Este ensaio foi realizado com retirada de amostra deformada por meio do amostrador padrão e a forma de contagem no valor de NSPT Figura 02 Amostrador SPT bipartido com amostra deformada coletada Fonte httpwwwdicionariogeotecnicocombralbumgeotecniaensaiossptpagesimageimagepage17 html FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 8 Figura 03 Esquema do ensaio SPT Fonte Schnaid et al 2006 Figura 04 Esquema de Contagem no NSPT Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 9 Isto está na rede O ensaio SPTT trouxe a possibilidade de obtenção de um parâmetro importante para o cálculo de fundações de maneira simples e barata Desde então vários pesquisadores vêm incentivando sua utilização na prática da engenharia de fundações Leia a tese ESTUDO DO ENSAIO SPTT E SUA APLICAÇÃO NA PRÁTICA DE ENGENHARIA DE FUNDAÇÕES e aprofunde seus conhecimentos da prática na engenharia de fundação A tese pode ser acessada no seguinte link httprepositoriounicampbrbitstream REPOSIP2576541PeixotoAnnaSilviaPalchecoDpdf 13 CPT O Ensaio de Penetração Estática ou Ensaio de Cone CPT Cone Penetration Test era definido pela NBR 12069 Ensaio de penetração de cone in situ CPT que atualmente encontrase cancelada Este ensaio ainda é definido pelas Normas ASTM D577895 Standard Test Method for Performing Eletronic Friction Cone and Piezocone Testing of Soils ASTM D3441 95 Standard Test Method for Deep QuasiStatic Cone and FrictionCone Penetration Tests of Soils e EN ISO224761 Electrical cone and piezocone penetration tests O ensaio consiste na penetração estática por meio de prensagem de uma ponteira cônica com a obtenção das parcelas de resistência de ponta qc e por atrito lateral fc A cada 20 cm de profundidade primeiramente o dispositivo faz penetrar apenas o cone em 4 cm registrando o valor da força F1 que dividida pela área da ponta 10 cm² resulta em qc Depois por outros 4 cm faz a penetração do cone mais a luva registrandose a força total F2 que subtraída de F1 e dividida pela área da superfície lateral da luva 150 cm² resulta em fc o atrito lateral local Por último o conjunto todo é prensado por mais 12 cm completandose o ciclo e obtendo a força total F3 que inclui a resistência de ponta e o atrito lateral total de todo o trecho enterrado Esses procedimentos são repetidos com a inclusão de novas hastes de 10 m de comprimento até a cota final de ensaio obtendose uma medida das duas parcelas de resistência a cada 20 cm de profundidade A razão entre os valores de fc e qc em cada profundidade denominada relação de atrito Rf é utilizada para determinar o tipo de solo por meio de correlações empíricas Um aperfeiçoamento desse ensaio é o piezocone ou CPTu que inclui o monitoramento das pressões neutras atuantes no processo de penetração FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 10 O equipamento para realização do ensaio CPT pode ser visualizado nas Figuras 05 e 06 Figura 05 Equipamento para realização do ensaio CPT e cones utilizados para o ensaio Fonte httpwwwecdambientalcombr Figura 06 Ponteira cônica usada no ensaio CPT Fonte wwwdamascopennacombr 14 Ensaio de Palheta O Vane Test ou Ensaio de Palheta é realizada para se determinar a resistência ao cisalhamento em argilas moles saturadas sob carregamentos não drenados Su FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 11 Este teste é normatizado pela ABNT NBR 109051989 Solo Ensaios de palheta in situ Método de ensaio e ASTM D2573 e é caracterizado pela cravação estática de uma palheta em formato de cruz inserida até a posição desejada para a execução do ensaio Após posicionar a ponteira um torque deve ser aplicado por meio da unidade de medição com velocidade angular igual a 6 grausminuto A obtenção do máximo valor de torque permite caracterizar a resistência não drenada do solo quando em condições de solo natural indeformado DAMASCO PENNA 2021 Na sequência devese girar a palheta rapidamente por 10 vezes consecutivas isto é realizado para que a resistência nãodrenada seja obtida em solos na condição de amolgado e permitindo avaliar a sensibilidade da estrutura de formação natural do depósito argiloso DAMASCO PENNA 2021 Um esquema da execução do Vane Test é mostrado na Figura 07 Figura 07 Esquema do Ensaio de Palheta Fonte Budhu 2017 15 Ensaio Pressiométrico O equipamento para realização do ensaio pressiométrico foi desenvolvido pelo engenheiro Louis Ménard na França durante a década de 50 e é conhecido como pressiômetro do tipo FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 12 Ménard PMT consistindo em um dispositivo com membrana expansível para medição da resistência rigidez e tensões in situ do solo DAMASCO PENNA 2021 O ensaio é padronizado pelas normas ISO 2247642012 Geotechnical investigation and testing Field testing Part 4 Ménard pressuremeter test e ASTM D471907 e é realizado com a inserção da sonda pressiométrica em préfuro com diâmetro ligeiramente maior do que o da sonda A pressão aplicada e a expansão de volume da sonda do equipamento sonda essa que é flexível são medidas e registradas em um sistema de coleta de dados obtendose desse modo a relação tensãodeformação da camada prospectada DAMASCO PENNA 2021 Um esquema do equipamento para execução do ensaio pressiométrico é demonstrado na Figura 08 Figura 08 Ensaio pressiométrico tipo Ménard Fonte Massad 2010 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 13 AULA 2 RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DO SOLO Um carregamento externo aplicado na superfície ou a própria geometria da superfície da massa de solo e suas características relacionadas aos índices físicos contribui para o desenvolvimento de tensões tangenciais ou de cisalhamento que podem chegar a valores limítrofes de tensão cisalhante FSP 2013 A ruptura de um solo ocorre por cisalhamento ao longo de uma superfície conhecida Essa linha de ruptura ocorre preferencialmente em regiões com alterações bruscas das características do solo O cisalhamento relaciona ao longo da superfície a tensão normal ou tensão de compressão σ e a tensão tangencial também conhecida como tensão de cisalhamento τ Qualquer problema de ruptura em Mecânica dos Solos envolve portanto uma superfície de ruptura a qual poderá ser definida a priori como aquela onde em todos os seus pontos a tensão de cisalhamento atinge o valor limite da resistência ao cisalhamento do solo FSP 2013 p16 Um esquema da zona de cisalhamento em um solo é visualizado na Figura 09 Figura 09 Zona fraca zona cisalhada e superfície de cisalhamento Fonte Leroueil 2001 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 14 A teoria envolvendo a resistência do solo baseiase em condições de ruptura generalizada iminente ou seja considerase no instante da ruptura que não ocorrem deformações isto é o solo rompe bruscamente O fator de segurança F ou FS contra a ruptura é calculado como a razão entre as forças resistentes e as forças atuantes As forças resistentes dependem dos parâmetros de resistência do solo coesão e ângulo de atrito interno do solo 21 Ângulo de Atrito Interno do Solo O ângulo de atrito interno do solo é obtido a partir da interação entre partículas sólidas por meio de uma área de contato A parcela da resistência devido ao atrito pode ser simplificadamente demonstrada pela analogia com o problema de deslizamento de um corpo sobre uma superfície plana horizontal FSP 2013 p170 A resistência ao deslizamento do solo τ é proporcional à força normal aplicada N τ Nf Em que f é o coeficiente de atrito entre os dois materiais Para partículas de solo essa relação é expressa por τ σ tgΦ Em que φ é o ângulo de atrito interno do solo σ é a tensão normal e τ a tensão de cisalhamento Nos materiais granulares areias constituídas de grãos isolados e independentes o atrito é um misto de escorregamento deslizamento e de rolamento afetado fundamentalmente pela entrosagem ou embricamento dos grãos BARATA 1984 22 Coesão A resistência ao cisalhamento do solo ocorre essencialmente devido ao atrito interno entre as partículas sólidas Entretanto a atração química entre partículas particularmente em estruturas floculadas e a cimentação dessas partículas principalmente em argilominerais podem provocar a existência de uma coesão real FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 15 De acordo com Vargas 1977 a coesão pode ser entendida como a resistência que a fração argilosa cede ao solo como um todo e pela qual ele se torna coeso em forma de torrões ou blocos A coesão é observada em solos muito finos siltes e argilas 23 Círculo de Mohr O estado de tensões do solo pode ser representado graficamente por um sistema de coordenadas O gráfico é realizado em função das tensões normais σ e das tensões de cisalhamento τ A partir dos valores de σ1 e σ3 tensão principal e tensão de confinamento ou secundária traçase o círculo de Mohr Qualquer linha reta traçada através do polo ou origem dos planos ponto P interseccionará o círculo em um ponto que representa as tensões sobre um plano inclinado de mesma direção desta linha FSP 2013 p167 A representação do estado de tensões para um elemento de solo em um determinado plano é mostrada na Figura 10 Figura 10 Representação do estado de tensões por meio do círculo de Mohr Fonte httpprofessorpucgoiasedubrSiteDocenteadminarquivosUpload17430materialGEO II09Estados20de20Tensao20e20Criterios20de20rupturapdf 24 Ensaios de Resistência Para determinação dos parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo os principais ensaios são ensaio de cisalhamento direto ensaio de compressão triaxial e ensaio de compressão simples FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 16 241 Ensaio de Cisalhamento Direto O ensaio de cisalhamento direto é executado em uma caixa metálica bipartida na qual a metade superior do corpo de prova desliza sobre a parte inferior O corpo de prova é inicialmente comprimido por uma força normal N seguida da aplicação de uma força cisalhante T Para cada valor de tensão normal aplicada força N resultando na tensão σ NA obtém se um valor de tensão de cisalhamento força T resultando na tensão τ TcisA O ensaio de cisalhamento direto é sempre drenado devendo ser executado lentamente para impedir o estabelecimento de pressões neutras nos poros da amostra particularmente quando se trata de solos que possuam partículas finas A condição drenada implica a total dissipação de pressão neutra durante o cisalhamento do corpo de prova Nas areias por exemplo devido à alta permeabilidade isto ocorre de forma imediata Em solos argilosos entretanto é necessário reduzir a velocidade de deformação para aumentar o tempo de ensaio e permitir a dissipação de pressão neutra FSP 2013 O principal problema do ensaio em si é a imposição de uma superfície de ruptura horizontal O solo rompe ao longo do plano horizontal já estabelecido pela caixa bipartida e não sob o plano mais frágil As principais vantagens do ensaio são a simplicidade de operação facilidade de moldagem das amostras e o baixo custo de execução Na imagem é apresentado um esquema do ensaio e do corpo de prova na caixa bipartida Figura 11 Esquema do ensaio de Cisalhamento Direto Fonte httpsengcivil20142fileswordpresscom201702notasdeaulasparte9mecsolosiipdf FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 17 242 Ensaio de Compressão Triaxial O ensaio de compressão triaxial é o mais completo para a determinação da resistência ao cisalhamento do solo O equipamento consiste de uma câmara cilíndrica transparente posicionada sobre uma base de alumínio onde é colocado um corpo de prova cilíndrico revestido por uma membrana de borracha impermeável sob um pedestal através do qual há uma ligação com a base da célula Entre o pedestal e a amostra utilizase uma pedra porosa para facilitar a drenagem A câmara durante a realização do ensaio é então preenchida com água cuja finalidade é transmitir pressão à amostra a partir da pressão neutra originando o valor conhecido como σ3 ou tensão de confinamento FSP 2013 O ensaio de compressão triaxial é executado em duas etapas iniciando com a aplicação da tensão de confinamento σc e finalizando com a tensão desviadora σd A princípio o corpo de prova é submetido a uma tensão confinante σc dada por uma solicitação isotrópica de tensão devido à pressão neutra aplicada A seguir aplicase um incremento de tensão desviadora Δσd até a ruptura da amostra Na figura a seguir é apresentado o esquema do ensaio de Compressão Triaxial Figura 12 Esquema do ensaio de Compressão Triaxial Fonte httpsengcivil20142fileswordpresscom201702notasdeaulasparte9mecsolosiipdf Existem três formas clássicas de se realizar o ensaio triaxial conforme as condições de drenagem permitidas em cada etapa do ensaio FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 18 Ensaio adensado drenado CD consolidated drained ou ensaio S Slow lento Neste ensaio ocorre a drenagem do corpo de prova ao longo de todo o processo Desta forma a pressão neutra durante o carregamento é zero e as tensões medidas são dadas em termos de tensões efetivas É o ensaio mais empregado para determinação de resistência ao cisalhamento em areias Ensaio adensado não drenado CU consolidated undrained ou ensaio R rapid rápido préadensado Nesse ensaio a drenagem ocorre somente durante a aplicação da tensão confinante Durante o carregamento ou aplicação da tensão desviadora fechamse os registros de drenagem até a ruptura do corpo de prova São medidas as tensões totais σ e as tensões efetivas pela equação σ σ u Ensaio não adensado não drenado UU unconsolidated undrained ou ensaio Q quick rápido Neste ensaio aplicamse a tensão confinante e o carregamento axial até a ruptura do corpo de prova sem permitir a drenagem em qualquer etapa 243 Ensaio de Compressão Simples O ensaio de Compressão simples é um caso particular do ensaio de compressão triaxial de ruptura não drenada semelhante ao que ocorre nos ensaios de compressão triaxial não drenados ou rápidos A tensão confinante é a pressão atmosférica ou seja σ3 0 O valor da tensão principal na ruptura σ1 recebe o nome de resistência à compressão simples ou Rc Na figura a seguir é apresentada superfície de ruptura do corpo de prova de um ensaio de Compressão Simples FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 19 Figura 13 Exemplo de ruptura de corpo de prova após realização do ensaio de Compressão Simples Fonte httpswwwmaxwellvracpucriobr12459124599PDF FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 20 AULA 3 COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO Entendese por recalque as deformações volumétricas que ocorrem no solo em decorrência da expulsão de ar e água dos poros O recalque de modo geral pode ser diferenciado em recalque primário e recalque por compressão secundária Recalque primário alteração volumétrica de solos saturados e não saturados pela aplicação de carregamento com consequente expulsão de ar e água dos vazios do solo É expresso pela seguinte equação Em que ΔH recalque da camada analisada Δe variação do índice de vazios e0 índice de vazios inicial do solo H altura inicial da camada analisada Recalque por compressão secundária observado em solos argilosos saturados como resultado do ajuste de deformações plásticas ou residuais do solo É uma forma adicional de compressão que ocorre sob tensão efetiva constante Comum em solo argiloso saturado ocorrendo devido à expulsão da água dos poros 31 Compressibilidade As deformações que ocorrem no solo não dependem somente da carga aplicada mas também da compressibilidade do solo e de fatores relacionados aos índices físicos do mesmo Dessa forma podese classificar as deformações em FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 21 Elásticas quando estas são proporcionais ao estado de tensão e atendem à Lei de Hooke para deformações σ Eԑ em que E módulo de Elasticidade ou módulo de Young é constante e característico do material Plásticas associadas a variações volumétricas permanentes Essas deformações são também conhecidas como deformações permanentes Viscosas também chamadas de fluência são aquelas que evoluem com o tempo sob um estado de tensão constante isto é o solo se deforma continuamente Considerandose o solo um sistema trifásico composto de partículas sólidas minerais ar incluído o vapor de água e água livre adsorvida e absorvida nos seus vazios as deformações que ocorrem no solo como um todo podem estar associadas à Deformação dos grãos Compressão da água presente nos vazios no caso de solo saturado Variação do volume de vazios devido ao deslocamento das partículas A magnitude dos carregamentos aplicados às camadas de solo não é suficiente para promover deformações das partículas sólidas A água por sua vez sendo incompressível se movimenta sob a aplicação de carga variando o volume de vazios do solo e consequentemente seu índice de vazios Dessa forma as deformações do solo ocorrerão majoritariamente pela variação de volume de vazios Somente para casos em que os níveis de tensão são muito elevados a deformação total do solo pode ser acrescida da variação de volume dos grãos É indispensável em qualquer obra de engenharia que se conheça o solo em que a obra será executada de modo que a partir de suas características de compressibilidade seja possível prever as deformações que ocorrerão e decidir sobre a fundação adequada a ser adotada Conhecida as características do solo tornase necessário conhecer a distribuição de tensões que ocorre no mesmo e determinar os parâmetros de resistência por meio dos ensaios de laboratório FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 22 311 Fatores que Influenciam a Compressibilidade Diversos são os fatores que afetam diretamente as características de compressibilidade dos solos Tipo de Solo A forma de interação entre as partículas finas é diferente da que ocorre com partículas granulares Tratandose de solos granulares areias por exemplo os esforços são transmitidos por contato entre os grãos Já para solos finos argilas e siltes plásticos além do contato entre as partículas existe uma ligação elétrica característica dos argilominerais decorrente da camada dupla do mineral Por essa razão a compressibilidade dos solos argilosos é superior à dos solos arenosos pois a camada dupla lubrifica o contato e portanto facilita o deslocamento relativo entre partículas UNIP 2021 Estrutura dos Solos Quanto à estrutura do solo sua compacidade ou consistência também afeta diretamente o comportamento de compressibilidade Isso significa que quanto maior o índice de vazios maior será a compressibilidade do solo Para realização dos ensaios de laboratório com a finalidade de determinação de parâmetros de compressibilidade para estruturas floculadas argilas e siltes devido ao arranjo dessas partículas usualmente utilizamse amostras indeformadas Já para solos granulares é comum a adoção de corpos de prova moldados com amostras deformadas compactadas até se atingir o índice de vazios de campo UNIP 2021 Grau de Saturação No caso de solos saturados a variação de volume ocorre por uma variação de volume de água contida nos vazios Quanto maior o tamanho do grão mais facilmente essa água será expulsa dos vazios Dessa forma no momento da aplicação de carga no solo a tensão é transferida para a água que sendo incompressível se movimenta pelos poros até ser expulsa dos vazios Para solos finos essa expulsão ocorre de forma mais lenta FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 23 No caso de solos não saturados em que o Grau de Saturação encontrase na faixa entre 0 a 100 o comportamento se altera Como o ar presente nos vazios é compressível antes de ser expulso ele será comprimido não ocasionando deformações consideráveis à princípio UNIP 2021 312 Curva de Compressibilidade A curva de compressibilidade ou curva edométrica é realizada com dados obtidos pelo ensaio conhecido como edométrico ou oedométrico Esse ensaio consiste na aplicação de carga em corpo de prova cilíndrico saturado com medição das deformações axiais Existe ainda a possibilidade de realização do ensaio com o corpo de prova não saturado por meio de imposição de pressão de ar em câmara fechada A curva de compressão confinada compressão edométrica abrange um extenso intervalo de tensões que são definidos considerandose as tensões previstas aplicadas em campo Por isso a curva retrata várias situações de carregamento em apenas um único ensaio Desta curva obtémse inclinações da curva elog denominadas Cc índice de compressão Cr índice de recompressão e Ce índice de expansão e também a σad tensão de pré adensamento ou tensão de sobreadensamento Os índices de compressão recompressão e expansão são utilizados diretamente nas equações de deformação A tensão de préadensamento está relacionada ao histórico de tensões do solo e corresponde ao valor de tensão a partir do qual o solo principia a comprimirse ao longo da reta virgem causando deformações permanentes ou deformações plásticas 32 Adensamento O adensamento é caracterizado pela variação de volume que ocorre em solos argilosos saturados devido à expulsão de água dos vazios É também conhecido como compressão secundária devido ao extenso tempo necessário para que ocorra Tal variação de volume é consequência de mudanças das tensões efetivas atuantes no maciço que ocorre devido à movimentação da água nos vazios do solo Um dos exemplos mais clássicos de deformações por adensamento é o que ocorreu nos prédios na cidade de SantosSP conforme apresentado na figura a seguir FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 24 Figura 14 Exemplo de adensamento do solo que ocorreu em SantosSP Fonte httpswwwgeosensoricombr20190516umalertaparaorecalquenasfundacoesdas edificacoes Na época em que os grandes edifícios da orla foram construídos década de 50 e 60 as fundações adotadas foram as superficiais pois acreditavase que o solo em superfície resistiria às tensões impostas Observase pela imagem anterior que existem aproximadamente 12 metros de camada de areia que se encontrava compactada no momento da obra O que não se previu entretanto era que abaixo dessa camada compactada de areia existia uma extensa camada de argila orgânica altamente compressível que viria a se deformar com o acréscimo de tensão gerado pelos edifícios Dessa forma no momento em que os edifícios começaram a ser erguidos e devido à interferência nos bulbos de tensão as deformações relativas começaram a ocorrer gerando as inclinações conhecidas A solução adotada para estabilizar os edifícios foi a execução de fundação profunda apoiada em fragmentos de rocha a aproximadamente 50 metros de profundidade FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 25 Os prédios de Santos não são o único caso de deformações por adensamento A Cidade do México é outro caso clássico que é apresentado no artigo a seguir Isto está na rede Você sabia que a cidade do México afunda de 8 a 12 centímetro por ano Leia o artigo e entenda o que acontece httpswwwuolcombrtiltultimasnoticias efe20180830cidadedomexicoafundade8a12centimetros FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 26 AULA 4 TIPOS DE FUNDAÇÕES RASAS E PROFUNDAS As fundações podem ser classificadas em rasas e profundas sendo as fundações rasas ou superficiais aquelas que são assentes diretamente no solo enquanto que as profundas são utilizadas com maior profundidade De acordo com a NBR 61222019 a fundação profunda é o elemento de fundação que transmite a carga ao terreno pela base e pelo fuste e deve ter profundidade superior ao dobro da sua menor dimensão em planta ou no mínimo 3 metros de profundidade Outra forma de caracterização dos tipos de fundação dita sobre o caráter de forma de distribuição de carga no solo fundação direta e indireta Tratase de fundação direta aquela cuja base distribui a maior parte de sua carga enquanto a fundação indireta aquela cuja carga é distribuída tanto pela base quanto pelo fuste Sapatas e tubulões podem ser considerados fundações diretas enquanto que estacas são consideradas fundações indiretas 41 Fundação Rasa Fundações rasas são elementos de fundação em que as cargas são distribuídas no terreno pela base e que possuem profundidade menor que duas vezes sua menor dimensão As fundações rasas são divididas em sapatas vigas de fundação ou vigas baldrame radier e bloco de fundação 411 Sapata Sapatas são elemento de fundação superficial de concreto armado dimensionado de modo que as tensões de tração nele produzidas não sejam resistidas pelo concreto mas sim pelo emprego da armadura Sua base pode apresentar as formas quadrada retangular ou trapezoidal NBR 6122 2019 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 27 As sapatas podem ser classificadas ainda como sapatas isoladas sapatas associadas sapatas corridas e sapatas excêntricas As sapatas de pilares de divisa são conhecidas como excêntricas o que exige a inclusão de uma viga alavanca vinculada a um pilar central próximo para se obter o equilíbrio na estrutura Na figura a seguir é apresentada a execução de uma sapata isolada já posicionada a armadura Figura 15 Sapata isolada sendo executada Fonte httpswwwrrarquiteturaereformacombrsinglepost20161010empresafundacaosuperficialsapatabrasilia 412 Radier Radier é um elemento de fundação superficial que abrange todos os pilares da obra ou carregamentos distribuídos NBR 6122 2019 Portanto quando a soma das cargas da estrutura dividida pela tensão admissível do terreno exceder 70 da área a ser edificada é aconselhável reunir as sapatas em um único elemento de fundação chamado de radier O radier é empregado quando o terreno possui baixa resistência mas apresenta camada espessa de solo Na figura a seguir é apresentada a execução da laje armada conhecida como radier FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 28 Figura 16 Fundação do tipo radier sendo executada Fonte httpwwwacoplanocombrblogoqueefundacaoradier 413 Viga Baldrame Viga de fundação ou viga baldrame é o elemento de fundação superficial que é comum a vários pilares cujos centros em planta estejam situados no mesmo alinhamento NBR 6122 2019 Tratase de fundação corrida sobre terreno superficial resistente Na figura a seguir é apresentada vigas baldrame de uma edificação já executada Figura 17 Vigas baldrames já executadas Fonte httpsjprodriguesengenhariacombrvigasbaldrames FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 29 414 Bloco de Fundação Bloco de fundação é um elemento de fundação superficial de concreto dimensionado de modo que as tensões de tração nele produzidas possam ser resistidas pelo concreto sem necessidade de armadura Pode ter suas faces verticais inclinadas ou escalonadas e apresentar normalmente em planta seção quadrada ou retangular NBR 6122 2019 É importante não confundir o bloco de fundação com o bloco de transição O bloco de transição é utilizado para transferir as cargas provindas da superestrutura para a fundação enquanto que o bloco de fundação por si só é o elemento de fundação 42 Fundação Profunda As fundações profundas são elementos que transmitem as cargas ao terreno pela base e pelo fuste resistência de ponta e lateral cuja profundidade de assentamento deve ser superior a duas vezes sua menor dimensão em planta ou pelo menos 3 metros de profundidade As fundações profundas podem ser divididas em tubulões estacas e caixões Serão apresentados nos tópicos seguintes características de estacas e tubulões que são as fundações profundas mais utilizadas 421 Tubulão Tubulão é um elemento de fundação cilíndrico em que há a descida de operário Pode ser executado a céu aberto ou sob ar comprimido e ter ou não sua base alargada Pode ser executado com ou sem revestimento NBR 6122 2019 4211 Tubulão à Céu Aberto O tubulão a céu aberto pode ser escavado manualmente utilizando um sarilho ou mecanicamente com um trado restando apenas o alargamento da base como operação manual TSUHA e CINTRA 2021 que atualmente pode ser feito de forma mecanizada O tubulão a céu aberto geralmente é escavado sem revestimento quando o solo apresenta boas características de resistência como é o caso de solo coesivo O diâmetro mínimo do fuste é de 070 m para escavação manual e até 050 m para escavação mecânica Essas medidas podem ser alteradas para valores superiores nunca para FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 30 valores inferiores conforme exigência da NR 18 do Ministério do Trabalho A profundidade máxima é limitada pelo nível de água NA Pela simplicidade de execução menor custo e adequabilidade ao perfil do subsolo a fundação por tubulões a céu aberto é a mais empregada nos edifícios residenciais Na figura a seguir é apresentado um esquema de execução de tubulão a céu aberto Figura 18 Esquema de execução de Tubulão à Céu Aberto Fonte httpswwwescolaengenhariacombrtubulaoaceuaberto 4212 Tubulão Pneumático Com utilização de ar comprimido a escavação abaixo do NA é feita manualmente e a seco O fuste obrigatoriamente tem revestimento metálico ou de concreto moldado in loco Na superfície o fuste é coberto por uma campânula que abriga o sarilho A campânula é provida de dois cachimbos uma para saída do solo escavado e outro para a concretagem As condições de trabalho sob ar comprimido são difíceis Quanto maior a pressão menor o período de trabalho de cada operário TSUHA CINTRA 2021 De acordo com a NBR 6122 2019 a máxima pressão de serviço deve ser de 015 MPa Pressões superiores só podem ser empregadas em situações muito particulares Para iniciar um novo período o operário deve passar por uma pressurização lenta na campânula até equilibrar com a pressão do fuste No término a despressurização é que deve ser lenta Descuidos nessas etapas podem provocar embolia e levar o trabalhador à morte Na figura a seguir é apresentado o esquema de execução do tubulão pneumático FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 31 Figura 19 Esquema de execução de Tubulão Pneumático Fonte httpswwwvwffundacoescombrfundacoesprofundastubuloes 422 Estaca Estaca é o elemento de fundação profunda executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas sem que em qualquer fase de sua execução haja descida de operário Os materiais empregados podem ser madeira aço concreto prémoldado concreto moldado in situ ou mistos NBR 6122 2019 As estacas geralmente são empregadas em grupo por pilar exigindo a concretagem de um bloco de capeamento ou bloco de transição que faz a transferência de carga do pilar para o grupo de estacas Três grandes famílias de estacas podem ser caracterizadas as cravadas as escavadas e as estacas especiais 4221 Estaca Cravada Estacas cravadas são um tipo de fundação profunda em que a própria estaca é introduzida no terreno por meio de golpes de martelo podendo ocorrer por gravidade por explosão vapor ar comprimido ou vibratório Existe ainda a possibilidade dessa cravação ser feita por meio de prensagem com o auxílio de macaco hidráulico As estacas cravadas podem ser de concreto prémoldado perfil metálico ou madeira FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 32 De acordo com Tsuha e Cintra 2021 as estacas cravadas são préfabricadas em diferentes diâmetros e formatos e transportadas para o canteiro de obras onde são cravadas por um equipamento denominado bateestacas Através de um martelo caindo de uma altura fixa aplicamse golpes na cabeça da estaca para a sua cravação no terreno O peso do martelo deve ser pelo menos igual ao peso da estaca e a altura de queda tal que não resulte uma energia excessiva o que causaria a quebra da estaca A cabeça da estaca é protegida por um capacete para amortecer o impacto do martelo na estaca e evitar danos à estrutura do elemento A estaca é cravada até atingir a néga que normalmente é especificada de 10 a 20 mm para 10 golpes ao final da cravação para uma determinada energia de cravação altura de queda vezes o peso do martelo Caso a néga resulte superior ao valor especificado devese prosseguir a cravação Estacas Prémoldada de Concreto As estacas de concreto prémoldada têm seção quadrada ou circular podendo ser vazada ou cheia O concreto empregado pode ser vibrado centrifugado ou protendido Cada fábrica de estacas prémoldadas ou préfabricadas de concreto produz a sua tabela de carga de catálogo em função dos diâmetros fabricados e resistência do concreto utilizado TSUHA CINTRA 2021 Para posicionar a estaca para cravação no bateestaca a estaca prémoldada de concreto deve ser içada por apoios localizados a 13 do seu comprimento de modo a não quebrar a estaca nesse procedimento Na figura a seguir é apresentado um exemplo de cravação de estaca com utilização de bateestaca Figura 20 Cravação de estacas prémoldadas de concreto Fonte httpwwwtecgeocombrservicosestacasprmoldadasdeconcreto3 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 33 Estacas de Aço As estacas de aço são na sua grande maioria de laminados tubos metálicos e trilhos Possuem uma cravação mais fácil com baixo nível de vibração devido à reduzida área de seção transversal As estacas de aço podem ser cravadas em terrenos resistentes sem o risco de provocar levantamento de estacas vizinhas e sem risco de quebra TSUHA CINTRA 2021 Na figura a seguir é apresentado um exemplo de estacas de aço cravadas Figura 21 Estacas metálicas cravadas Fonte httpswwwaegrupocombrsinglepostfundacoesestacasdeaco Estacas de Madeira De acordo com a NBR 6122 2019 as estacas de madeira devem ter diâmetros de ponta e topo maiores que 15 cm e 25 cm respectivamente No Brasil o eucalipto é a madeira mais empregada De modo geral as estacas de madeira têm duração praticamente ilimitada quando mantida permanentemente submersa Entretanto quando submetida à variação de nível dágua apodrece por ação de fungos que se desenvolvem no ambiente águaar TSUHA CINTRA 2021 Os topos das estacas devem ser protegidos para não sofrerem danos durante a cravação mas caso esse dano ocorra o trecho danificado deve ser cortado NBR 6122 2019 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 34 4222 Estaca Escavada Estacas escavadas são um tipo de fundação profunda executada por escavação mecânica com uso ou não de lama bentonítica de revestimento total ou parcial e posterior concretagem NBR 6122 2019 Em seu processo de execução não provoca ruído ou vibração Ao término da perfuração fazse a introdução da armadura quando necessária cobrindo o trecho superior da estaca solicitado à flexão TSUHA CINTRA 2021 Estacas Broca Estacas do tipo broca são estacas escavadas com comprimento e diâmetro pequenos com baixa carga de catálogo para o caso de obras de pequeno porte São executadas com trado manual ou mecanizado e são consideradas as estacas mais comuns e simples de serem executadas De acordo com a NBR 6122 2019 recomendase para as estacas tipo broca um diâmetro mínimo de 20 cm e máximo de 50 cm Na figura a seguir é apresentado o processo executivo desse tipo de estaca Figura 22 Esquema de execução de estaca do tipo broca Fonte httpssondarellocombrestacaescavadamecanicamenteeestacatipobroca FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 35 Estaca Strauss No processo de execução da estaca Strauss utilizamse tubos de revestimento camisas que vão sendo introduzidos à medida que o furo vai avançando Através de um tripé introduz se uma sonda ou piteira por dentro do revestimento para se realizar a perfuração e retirada de material Durante a concretagem com um guincho sacase cada camisa e com o outro apiloase o concreto De acordo com a NBR 6122 2019 recomendase que as estacas Strauss tenham o seu diâmetro limitado a 500 mm Na figura a seguir é apresentado o esquema de execução da estaca Strauss Figura 23 Esquema de execução da estaca Strauss Fonte httpswwwtotalconstrucaocombrestacastrauss Estacas tipo Hélice Contínua Tipo de fundação profunda constituída por concreto moldado in loco executada por meio de trado contínuo e injeção de concreto sob pressão controlada através da haste central do trado simultaneamente a sua retirada do terreno NBR 6122 2019 As fases de execução das estacas tipo hélice contínua são Perfuração cravação da hélice no terreno até a cota determinada no projeto sem retirada de solo escavado Concretagem simultânea à extração da hélice do terreno bombeamento do concreto pela haste de forma a preencher completamente o espaço deixado pela hélice que é FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 36 extraída do terreno sem girar ou no caso de terrenos arenosos girandose lentamente no sentido da perfuração Colocação da armadura apesar do método de execução da hélice contínua exigir a colocação da armadura após a sua concretagem se as estacas forem de compressão esta armadura pode ser dispensada segundo a NBR 6122 Dentre as principais vantagens deste tipo de estaca destacamse a elevada produtividade promovida pela versatilidade de equipamento que por sua vez leva à economia devido à redução dos cronogramas de obra pode ser executada na maior parte dos maciços de solo exceto quando ocorrem matacões e rochas não produz distúrbios e vibrações típicos dos equipamentos a percussão controle de qualidade dos serviços executados além de não causar a descompressão do terreno durante a sua execução UFC 2021 As principais desvantagens estão relacionadas ao porte do equipamento que necessita de áreas planas e de fácil movimentação pela sua alta produtividade exige uma grande demanda de concreto fresco em obra e pelo seu custo é necessário um número mínimo de estacas a se executar para compensar o custo com a mobilização do equipamento Na figura a seguir é apresentado um esquema de execução da estaca Hélice Contínua Figura 24 Esquema de execução da estaca Hélice Contínua Fonte httpssitesgooglecomsitefundacoesunianchietacompalavraintroducaoetecnica FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 37 Estaca Escavada com Lama Bentonítica Estacão É uma estaca de grande diâmetro e alta carga de catálogo Por isso não é empregada em grupo apenas uma por pilar TSUHA CINTRA 2021 As estacas escavadas com o uso de lama sejam circulares ou alongadas estacas diafragma ou barretes têm sua carga admissível em grande parte dependente do atrito ao longo do fuste enquanto a resistência de ponta é mobilizada apenas depois de recalques elevados NBR 6122 2019 Não há revestimento mas a lama bentonítica é utilizada para garantir a estabilidade do furo durante a escavação que pode ultrapassar o NA e atingir grandes profundidades A bentonita um tipo de argilomineral é misturada com água no próprio canteiro e armazenada em reservatórios metálicos O equipamento de execução tem uma haste com uma caçamba perfuratriz na sua extremidade inferior acionada hidraulicamente por uma mesa rotativa Cheia a caçamba ela é suspensa e esvaziada ao redor da máquina O furo fica cheio de lama bentonítica durante todo o processo de avanço da perfuração Em consequência o canteiro de obras fica bastante enlameado A concretagem deve ser contínua e feita logo após o término da perfuração sendo tomadas as providências referentes à lama bentonítica e à ferragem NBR 6122 2019 Para que não ocorra a mistura da lama com o concreto que é lançado da superfície colocase uma bola plástica no início a qual é pressionada pelo concreto no interior do tubo garantido a ausência do contato do concreto com a lama dentro do tubo TSUHA CINTRA 2021 Na figura a seguir é apresentada a execução de estaca com lama bentonítica Figura 25 Exemplo de execução de estaca escavada com lama bentonítica Fonte httpwwwprfundacoescombrestacaocomlama FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 38 Estacas Barretes As estacas barretes são semelhantes aos estacões mas apresentam seção transversal retangular alongada de grandes dimensões Justapostas várias delas temse a parede diafragma utilizada sobretudo em divisas de terreno como muro de contenção e fundação ao mesmo tempo TSUHA CINTRA 2021 Na figura a seguir é apresentado o esquema de execução da estaca barrete Figura 26 Esquema de execução de estaca barrete Fonte httpwwwbrasfondcombrfundacoesebarretehtml 4223 Estaca Especial Nesse grupo há as estacas que não podem ser consideradas como cravadas nem como escavadas pois apresentam um processo executivo misto ou diferenciado Estacas Apiloadas Também chamadas de estacas pilão ou soquetão o furo é obtido por apiloamento do solo por meio de um pilão ou soquete com peso da ordem de 3 kN caindo em queda livre Pela NBR 6122 2019 essa estaca é tratada como estaca do tipo broca FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 39 O apiloamento do solo provoca a sua densificação melhorando o seu comportamento à semelhança das estacas cravadas mas o elemento estrutural de fundação não é pré fabricado e sim moldado in loco TSUHA CINTRA 2021 Na figura a seguir é apresentado o equipamento para apiloamento do solo e execução da estaca apiloada Figura 27 Exemplo de execução de estaca apiloada Fonte httpswwwyoutubecomwatchvRrLaobS4zbwabchannelDimensC3A3oProjetos Estacas Franki As estacas tipo Franki são executadas enchendose de concreto perfurações previamente executadas no terreno através da cravação de tubo de ponta fechada recuperado e possuindo base alargada NBR 6122 2019 Para a execução utilizase um equipamento pesado com uma torre e um tubo de grande comprimento No interior do tubo junto à extremidade inferior é formada uma bucha de areia pedra e cimento Um soquete com peso de 10 a 46 kN caindo em queda livre por dentro desse tubo apiloa a bucha arrastando consigo o tubo para baixo até se atingir a profundidade desejada TSUHA CINTRA 2021 Esse processo constitui um fechamento artificial da ponta do tubo o que permite a execução desse tipo de estaca abaixo do NA Atingida a profundidade final prendese o tubo à torre para a expulsão da bucha e realização do alargamento da base através do apiloamento de pequenas e sucessivas quantidades de concreto com slump zero quase seco FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 40 Terminado o alargamento da base instalase a armadura no trecho superior e iniciase a concretagem do fuste em volumes sucessivos simultaneamente à retirada do tubo Ruídos e vibrações são elevados na cravação do tubo à semelhança das estacas cravadas de concreto prémoldado mas que se tornam superiores no momento do alargamento da base O solo não é retirado e é melhorado pela cravação do tubo mas o elemento estrutural de fundação é moldado in loco TSUHA CINTRA 2021 por isso é classificada como uma estaca especial Na figura a seguir é apresentado o esquema de execução de estaca do tipo Franki Figura 28 Esquema de execução da estaca Franki Fonte httpsnelsoschneidercombrexecucaodeestacasfranki Estaca Raiz Estacas Raiz são elementos de fundação esbeltos e armados ao longo de todo o seu comprimento cargas de catálogo são altas relativamente aos seus diâmetros nominais Em vez de se utilizar concreto é utilizada uma nata de cimento e pedrisco injetada sob pressão inferior a 05 MPa o que gera uma superfície irregular ao longo do fuste da estaca aumentando o atrito estacasolo TSUHA CINTRA 2021 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 41 A estaca Raiz foi desenvolvida para reforço de fundação e por isso o equipamento utilizado para sua execução tem altura de aproximadamente 20 m para operar no interior das edificações O solo é escavado por meio de uma perfuratriz rotativa eou percussiva com a utilização de tubos de revestimento instalados à medida que a perfuração avança O tubo inferior tem uma coroa diamantada ou de vídea na sua extremidade o que permite cortar rocha e concreto TSUHA CINTRA 2021 No processo executivo introduzse água com grande consumo a qual retorna à superfície carreando os detritos oriundos da perfuração Os tubos de revestimento são retirados com a aplicação de golpes de pressão de ar comprimido Na figura a seguir é apresentado o esquema de execução de estaca Raiz Figura 29 Esquema executivo de estaca raiz Fonte httpsnelsoschneidercombrestacasraiz Estacas Ômega As estacas Ômega possuem equipamento semelhante ao da hélice contínua efetuando os mesmos tipos de monitoramento apenas com a ferramenta de corte do solo diferente FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 42 A ferramenta de corte é um parafuso troncocônico provido de filetes ou hélices apropriadas para penetrar como um parafuso de ponta cônica e logo em seguida empurrar para baixo e para os lados o solo TSUHA CINTRA 2021 o que aumenta consideravelmente a resistência lateral do solo ao redor da estaca Na figura a seguir é apresentado o esquema de execução da estaca Ômega Figura 30 Esquema executivo de estaca Ômega Fonte httpswwwgeonecombr2010downloadPalestraGeoNE2010pdf Estacas Mega ou Estacas de Reação As estacas de reação ou estacas Mega são muito empregadas como reforço de fundação São constituídas por elementos prémoldados de concreto ou de aço prensados no terreno através de uma reação e um macaco hidráulico TSUHA CINTRA 2021 Sua cravação é realizada através de um macaco hidráulico acionado por bomba elétrica ou manual que reage frente à carga imposta pela estrutura já existente Esse tipo de estaca garante que a fundação esteja adequada à carga imposta Após a finalização da cravação com a reação à estrutura é posicionado o cabeçote ou berço sobre a estaca para permitir o encunhamento A carga de cravação deve ser especificada em projeto e deve ser de no mínimo 15 vez a carga admissível do solo NBR 6122 2019 Nas figuras a seguir são apresentadas imagens reais de execução de estacas Mega FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 43 Figura 31 Exemplo de estaca de reação realizada Fonte httpsestacamegacomunidadesnet Figura 32 Execução da estaca mega Fonte httpssondarellocombrestacamega FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 44 Isto está na rede Você sabia que a estaca do tipo Mega é a mais utilizada para reforço de fundação Assista ao vídeo a seguir e veja como ela é executada https w w w y o u t u b e c o m w a t c h v c G Y H w r w 7 a g t 5 2 s a b channelTC3A9cnicoemEdificaC3A7C3B5esdeSinop FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 45 AULA 5 CAPACIDADE DE CARGA EM FUNDAÇÃO RASA Considere uma sapata com largura B assente à profundidade h em relação à superfície do terreno figura abaixo Figura 33 Esquema de análise de carga em sapata Fonte Rodrigues 2012 Ao aumentar progressivamente a carga P aplicada à sapata e consequentemente a tensão σ transmitida ao solo será atingida a tensão de ruptura σr ou seja a capacidade de carga do sistema sapatasolo 51 Formulação Teórica de Terzaghi 1943 A Formulação Teórica de Terzaghi parte do pressuposto de dois tipos diferentes de ruptura do maciço de solo conforme figura a seguir Ruptura geral ou global curva C1 Ruptura local curva C2 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 46 Figura 34 Rupturas local e global Fonte Rodrigues 2012 Hipóteses da formulação Pelo Método de Terzaghi algumas hipóteses devem ser atendidas como a A sapata é corrida quando L B e LB 5 a 10 problema bidimensional b Profundidade de assentamento é inferior à largura da sapata h B c O maciço de solo sob a base da sapata é compacto ou rijo ruptura geral ou global Figura 35 Análise de forças sob sapata Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 47 Solo sem peso e sapata à superfície c 0 h 0 e γ 0 σr cNc Solo não coesivo e sem peso c 0 h 0 e γ 0 σr qNq Solo não coesivo e sapata à superfície c 0 h 0 e γ 0 Superposição de Efeitos sapata corrida Pelo efeito da superposição de casos em que o solo pode ser coesivo pode haver sobrecarga e a sapata encontrase em profundidade considerase que Em que Nc Nq e Nγ são fatores de capacidade de carga referentes à coesão à sobrecarga e ao peso do solo respectivamente e variam de acordo com o tipo de solo em que a sapata está inserida Os valores de Nc Nq e Nγ podem ser obtidos por meio do ábaco a seguir que relaciona esses valores com o ângulo de atrito do solo Figura 36 Valores de Nc Nq e Nγ de Terzaghi Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 48 Ruptura Local São utilizados valores reduzidos dos parâmetros de resistência ao cisalhamento Os valores de Nc Nq e Nγ podem ser obtidos diretamente do ângulo de atrito Φem vez de Φ por meio das curvas tracejadas da figura anterior Sapatas Quadradas e Circulares Para Sapata circular com diâmetro B em solo compacto ou rijo considerase Para Sapata quadrada de lado B em solo compacto ou rijo considerase Em que Sc Sq e Sγ são fatores de forma da sapata apresentados na tabela a seguir Forma da Sapata Fatores de Forma Sc Sq Sγ Corrida 10 10 10 Quadrada 13 10 08 Circular 13 10 06 Retangular 11 10 09 Tabela 01 Fatores de forma de Terzaghi Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 49 52 Proposta de Vesic 1975 Pela proposta de Vesic definemse três modos de ruptura do maciço de solo figura a seguir Figura 37 Modos de ruptura de maciços Fonte Rodrigues 2012 Vesic 1975 sugere que na equação geral de Terzaghi Sejam utilizados o fator de capacidade de carga Nγ de CaquotKérisel 1953 e os fatores de forma de De Beer 1967 Nγ 2Nq1tgΦ Portanto Nc Nq e Nγ podem ser tabelados em função do ângulo Φ de atrito interno do solo FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 50 Tabela 02 Fatores de capacidade de carga de Vesic Fonte Rodrigues 2012 Tabela 03 Fatores de forma de Vesic Fonte Rodrigues 2012 53 Método de Skempton 1951 O método de Skempton é empregado para argilas saturadas na condição nãodrenada Φ Φu 0 Neste caso particular Nq 1 e Nγ 0 a expressão de capacidade de carga de Terzaghi simplificase para σr c Nc Sc q FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 51 Em que c cu coesão nãodrenada da argila Para sapatas corridas Sc 1 Nc é dado pela figura abaixo linha cheia em função de hB o embutimento relativo da sapata no solo Para sapatas retangulares de dimensões B e L utilizase o fator Nc de sapata corrida e calculase o fator de forma As sapatas quadradas ou circulares podem ser tratadas como um caso particular de sapata retangular com B L em que Sc 12 Como alternativa podese obter o valor de Nc já corrigido pelo fator de forma diretamente da figura abaixo linha tracejada Figura 38 Valores de Nc no Método de Skempton Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 52 AULA 6 DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÃO RASA O dimensionamento de sapatas varia de acordo com sua classificação podendo ser sapata isolada sapata associada e sapata em pilar de divisa É baseado na NBR 61222019 61 Sapata Isolada Considere a sapata isolada apresentada na figura a seguir Figura 39 Análise de sapata isolada Fonte Rodrigues 2012 Considerando a tensão admissível do solo σa como sendo σs σa A área da sapata pode ser calculada conforme L l 2x FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 53 B b 2x L B l b Algumas considerações devem ser adotadas a CG da sapata deve coincidir com o CC do pilar b B L 060 m c LB 25 d Escolher L e B de modo a obter balanços iguais Para Pilar de seção retangular L B l b Para Pilar de seção quadrada Para Pilar com seção especial Considerar um pilar retangular equivalente Para isso determinase o CG do Pilar Figura 40 Pilar de seção especial Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 54 62 Sapata Associada Quando os pilares estão próximos e não há espaço suficiente para se construir duas sapatas isoladas e há superposição das sapatas adotase o procedimento de cálculo para sapata associada Figura 41 Pilares em sapata associada Fonte Rodrigues 2012 Devese considerar que na viga de rigidez ΣM10 P2 s P1P2 ycg Fazse portanto coincidir o CC com o CG da sapata FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 55 63 Sapata em Pilar de Divisa Adotase para a sapata de divisa a relação L 2B considerado o fator econômico R1 P1ΔP Como R1 depende de e e d e estes são incógnitas o problema é indeterminado devendo fazer algumas considerações para a solução Roteiro de Cálculo 1 Adotar L 2B e ΔP 0 ou seja R1 P1 Então 2 Com o valor de B1 fixado calculase 3 Obtido ΔP calculase R1 e a área A1 4 Verificação A1 B1L1 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 56 5 Cálculo de R2 6 Utilizase o critério de balanços iguais 64 Verificação da Viabilidade para Uso de Sapatas A viabilidade para uso da sapata depende da área total de sapata determinada em relação à área total do projeto Viabilidade do Uso da Sapata Para a utilização de sapata ser viável devese atender Em que Asapata é a área total das sapatas e Atotal é a área total da edificação Sendo que Em que ΣP corresponde à carga total dos pilares FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 57 AULA 7 RECALQUE EM FUNDAÇÃO RASA Definese recalque de uma sapata como sendo o deslocamento vertical para baixo da base da sapata em relação ao indeformável Esse deslocamento é resultado da deformação do solo ρ ρa ρi Em que ρ é o recalque total ρa é o recalque por adensamento ρi é o recalque imediato Podem ser classificados em recalque total ou absoluto ρ e recalque diferencial ou relativo δ entre duas sapatas além da distorção angular ou recalque diferencial específico δl onde l é a distância entre duas sapatas ARAÚJO 2021 Em decorrência dos recalques o edifício pode sofrer movimentos verticais translação acompanhados ou não de inclinação rotação Figura 42 Recalques total e diferencial Fonte Rodrigues 2012 As mesmas definições servem para tubulões Neste caso ao recalque da base devese acrescentar a compressão elástica do fuste para obter o recalque da cabeça do tubulão FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 58 Tolerância a Recalques Distorção Angular δ l 1300 trincas em paredes de edifícios estado limite de utilização δ l 1150 danos estruturais em vigas e colunas de edifícios estado limite último Recalques Totais Limites Areias δmax 25 mm ρmax 40 mm sapatas isoladas Argilas δmax 40 mm ρmax 65 mm sapatas isoladas 71 Recalque Imediato em Argila O recalque em argilas pode ser subdividido em dois métodos Método da Camada Semi Infinita e Método da Camada Finita 711 Método da Camada SemiInfinita Considere uma sapata de largura ou diâmetro B apoiada numa camada argilosa semi infinita homogênea com módulo de deformabilidade Es constante com a profundidade caso típico das argilas sobreadensadas Se σ é a tensão média na superfície de contato da base da sapata com o topo da camada de argila o recalque imediato ρi é dado pela seguinte expressão baseada na teoria da elasticidade Em que v é o coeficiente de Poisson do solo Iρ é o fator de influência que depende da forma e rigidez da sapata ARAÚJO 2021 Considerando um corpo de prova cilíndrico de material elástico submetido a um estado de compressão triaxial o coeficiente de Poisson é definido pela relação entre a deformação radial εr de expansão e a deformação vertical εz de compressão FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 59 Tabela 04 Fator de influência para sapata Fonte Rodrigues 2012 712 Método da Camada Finita Para camadas argilosas compressíveis de espessura finita sobreposta a um material que pode ser considerado rígido ou indeformável rocha por exemplo Os valores de μ0 e μ1 são apresentados na figura a seguir em curvas da relação LB e em função respectivamente de hB e HB Figura 43 Valores de μ0 e μ1 para o método da camada finita Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 60 72 Recalque Imediato em Areia Em areias o módulo de deformabilidade não é constante com a profundidade Portanto devese subdividir a camada considerando o valor médio de Es para cada subcamada Para as areias portanto será adotado o Método de Schmertmann 721 Método de Schmertmann 1970 Dado um carregamento uniforme σ atuando na superfície de um semiespaço elástico isotrópico e homogêneo com módulo de elasticidade Es a deformação vertical εz à profundidade z sob o centro do carregamento pode ser expressa por Em que Iz é o fator de influência na deformação vertical figura a seguir Figura 44 Fator de influência na deformação vertical Fonte Rodrigues 2012 a Embutimento da sapata FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 61 Em que q é a tensão vertical efetiva à cota de apoio da fundação sobrecarga σ é a tensão líquida aplicada pela sapata σ σ q b Efeito do tempo Em que t tempo em anos c Formulação O recalque de sapatas em areia é dado pela integração das deformações ρi z0 εzdz ρi σ 0 2B dz Substituindo a integral por um somatório de recalques de n camadas consideradas homogêneas na profundidade de 0 a 2B e incluindo os efeitos do embutimento e do tempo temse Em que Iz é o fator de influência na deformação à meia altura da iésima camada Es é o módulo de deformabilidade da iésima camada Δz é a espessura da iésima camada ARAÚJO 2021 d Módulo de Deformabilidade Es 2qc Em que qc é a resistência de ponta do ensaio de cone FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 62 Em função do tipo de solo propõese valores de K apresentados na tabela a seguir Tabela 05 Valores de K para diferentes tipos de solo Fonte Rodrigues 2012 e Roteiro de Cálculo ARAÚJO 2021 1 Calcular os valores de q σ C1 e C2 2 A partir da base da sapata desenhar o triângulo para o fator de influência 3 No intervalo de 0 a 2B abaixo da sapata dividir o perfil qc ou NSPT num número conveniente de camadas cada uma com Es constante uma divisão que passe por B2 é recomendável 4 Preparar uma tabela com seis colunas 1 número da camada 2 Δz 3 Iz 4 qc ou NSPT 5 Es e 6 IzΔzEs 5 Encontrar o somatório dos valores da última coluna e multiplicálo por C1 C2 e σ aconselhase o uso das unidades em MPa para q σ e Es e em mm para Δz resultando o recalque final em mm 722 Método de Schmertmann 1978 Em 1978 Schmertmann aperfeiçoou o método incluindo os casos de sapata corrida deformação plana e de sapata quadrada simetria Por isso dois novos diagramas para a distribuição do fator de influência na deformação são propostos ARAÚJO 2021 O valor máximo de Iz ocorre em profundidades diferentes z B2 para sapata quadrada e z B para sapata corrida e deixa de ser constante e igual a 06 passando a ser calculado por FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 63 Em que σv é a tensão vertical efetiva na profundidade correspondente a Izmax Portanto o valor de Izmax aumenta com a tensão líquida aplicada pela sapata Para a relação σσv aumentando de 1 para 10 por exemplo o valor de Izmax passa de 060 para 082 Também se observa que o diagrama vai até 4B para sapata corrida LB 10 e que na profundidade z 0 correspondente à base da sapata o valor de Iz não é nulo mas igual a 01 para sapata quadrada e 02 para sapata corrida Assim o diagrama deixa de ser triangular ARAÚJO 2021 Figura 45 Fator de influência na deformação vertical Fonte Rodrigues 2012 Em relação ao Módulo de Deformabilidade são sugeridas novas correlações baseado no formato da sapata Para sapatas quadradas ou circulares Es 25 qc Para sapatas corridas Es 35 qc FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 64 AULA 8 PROVA DE CARGA EM PLACA Definida pela NBR 64892019 consiste na instalação de uma placa rígida de aço com diâmetro de 080 m na mesma cota de projeto das sapatas e aplicação de carga em estágios até o dobro da provável tensão admissível com medida simultânea de recalques Figura 46 Ensaio de prova de carga em placa Aplicável para solos uniformes em profundidade Fonte httpwwwgeoaxengenhariacombrensaiodeplaca 81 Argila Obtido o recalque ρp numa placa circular de diâmetro Bp o recalque imediato ρs de uma sapata de diâmetro Bs numa determinada tensão será Para sapatas retangulares ou de formas irregulares podese considerar a sapata circular de área equivalente FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 65 82 Areia Exemplo de equação da literatura com B em metros 83 Módulo de Deformabilidade É possível estimar o módulo de deformabilidade por meio da prova de carga sobre placa Coeficiente de reação do solo Aplicandose à fórmula da Teoria da Elasticidade Com B 080 m diâmetro da placa Iρ 079 placa circular rígida e v 035 valor médio para qualquer solo resulta Es 055ks MPa O fator 055 em metros pode ser modificado para cada caso em função do coeficiente de Poisson do solo 84 Realização do Ensaio De acordo com a NBR 64892019 o ensaio de prova de carga em placa consiste no carregamento de uma placa rígida com área superior a 05 m² na mesma cota das fundações rasas de projeto São aplicadas cargas verticais no centro da placa e medidas as deformações durante os estágios de carregamento FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 66 É de fundamental importância destacar que o tamanho da placa depende do tipo de solo tendo em vista que o ensaio é empregado em qualquer tipo de solo As medidas de carga e deformação são aplicadas em um gráfico e interpretadas por meio de duas metodologias Critério de Recalque nesse caso a tensão admissível deve ser menor ou igual à tensão admissível definida em projeto por meio de um método teórico Critério de Ruptura nesse caso a tensão admissível deve ser inferior ou igual a tensão definida no ensaio aplicandose o fator de segurança correspondente No ensaio é utilizado equipamentos de reação macaco hidráulico de transmissão de carga e medidores de deformação relógio comparador Após a instalação do sistema a carga aplicada que deve ser aplicada em estágios sucessivos deve ter no máximo 20 da carga provável definida por meio de métodos teóricos a cada estágio de carregamento Atingida a carga do estágio são feitas leituras de deformações em intervalos de tempo dobrados 1 2 4 8 16 minutos até se atingir a estabilidade Caso se alcance a carga máxima no ensaio e o sistema não rompa essa carga deve ser mantida por no mínimo 12 horas No descarregamento também há a necessidade de estágios sucessivos e leitura das deformações O resultado do ensaio possibilita a obtenção de forma direta de características de resistência e deformação na profundidade de projeto FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 67 AULA 9 CAPACIDADE DE CARGA EM FUNDAÇÃO PROFUNDA Considerase que a capacidade de carga em fundação profunda é dada por R Rp Rl Em que R capacidade de carga resistência total Rl resistência lateral por atrito ou adesão ao longo do fuste Rp resistência de ponta Figura 47 Capacidade de carga em estaca Fonte Rodrigues 2012 A capacidade de carga para fundações profundas pode ser definida por métodos semi empíricos como os de AokiVelloso e DécourtQuaresma 91 Método de AokiVelloso 1975 É considerado o método mais preciso para cálculo de capacidade de carga FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 68 É determinado por Rp rpAp Rl U n 1 rlΔl Em que Rp resistência de ponta rp capacidade de carga do solo na cota de apoio do elemento estrutural de fundação Ap área da seção transversal da ponta Rl resistência lateral ou de fuste rl tensão média de adesão ou de atrito lateral na camada de espessura Δl U perímetro da seção transversal do fuste Δl espessura da camada analisada Em que K parâmetro que varia de acordo com o tipo de solo α parâmetro que varia de acordo com o tipo de solo Np NSPT na cota de apoio da fundação Nl NSPT médio na camada de solo de espessura Δl F1 parâmetro que varia de acordo com o tipo de estaca F2 parâmetro que varia de acordo com o tipo de estaca Capacidade de Carga R Rp Rl R rpAp Un 1rlΔl FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 69 Carga Admissível Para carga admissível assumese um fator de segurança igual a 20 dois portanto Tabela 06 Fator F1 e F2 para método de AokiVelloso Fonte Rodrigues 2012 Tabela 07 Fatores K e α para método de AokiVelloso Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 70 92 Método de DécourtQuaresma 1978 É determinado por Rp rpAp Rl rlSl Em que Rp resistência de ponta rp capacidade de carga do solo na cota de apoio do elemento estrutural de fundação Ap área da seção transversal da ponta rl tensão média de adesão ou de atrito lateral na camada de espessura Δl Sl perímetro da seção transversal do fuste x Δl rp CNp rl 10Nl31 Em que C parâmetro que varia de acordo com o tipo de solo Np NSPT médio na cota de apoio da fundação Nl NSPT médio ao longo de todo o fuste Capacidade de Carga R Rp Rl R rpAp rlSl R CNpAp 10 Sl FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 71 Carga Admissível Para carga admissível assumese um fator de segurança igual a 20 dois portanto Tabela 08 Fator C para método de DécourtQuaresma Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 72 AULA 10 DIMENSIONAMENTO DE ESTACA Para o dimensionamento de fundação profunda com estacas podese seguir metodologias diferenciadas que levam em consideração a capacidade de carga do solo e a carga provinda da superestrutura transmitida ao solo por meio dos pilares 101 Metodologias de Projeto 1ª Metodologia Fixase a carga admissível e com os dados de sondagem calculamse os comprimentos das estacas de modo que para cada furo de sondagem se tenha a capacidade de carga dada por PCs R Em que P carga admissível Cs coeficiente de segurança R capacidade de carga Como as sondagens retratam a variabilidade do maciço de solo de furo para furo as diversas estacas de uma obra terão diferentes comprimentos previstos Às vezes há necessidade de adotar a carga admissível inferior ao valor real por limitações executivas de equipamento Então estas limitações podem impor comprimentos máximos inferiores FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 73 2ª Metodologia Fixase uma profundidade de assentamento para todos os elementos estruturais de fundação e com os dados de cada furo de sondagem calculamse os diferentes valores de capacidade de carga Ri e em seguida o valor médio da capacidade de carga Rmed Em que P carga admissível Cs coeficiente de segurança Rmédio média do valor de capacidade de carga 3ª Metodologia Adotase um critério prévio para limite de profundidade de execução do elemento estrutural de fundação por exemplo o índice de resistência à penetração do SPT adequado para a ponta da estaca e para cada furo de sondagem calculamse a profundidade e a capacidade de carga Li e Ri resultantes para essa condição Neste caso a carga admissível também é dada por Em que P carga admissível Cs coeficiente de segurança Rmédio média do valor de capacidade de carga 102 Procedimento de Dimensionamento Uma vez escolhido o tipo de estaca o número de estacas é calculado por FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 74 Em que n quantidade de estacas Ppilar carga no pilar P carga admissível O cálculo acima só é válido se o centro de carga coincidir com o centro do estaqueamento e se o no bloco forem usadas estacas do mesmo tipo e do mesmo diâmetro A disposição das estacas deve ser feita sempre que possível de modo a conduzir a blocos de menor volume No caso de haver superposição das estacas de dois ou mais pilares podese unir os mesmos por um único bloco Para pilares de divisa devese recorrer ao uso de viga de equilíbrio 103 Valores e Formas Característicos de Estacas As tabelas e figuras apresentadas foram retiradas de Rodrigues 2012 e compõem as principais características para dimensionamento de estacas FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 75 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 76 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 77 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 78 AULA 11 RECALQUE EM FUNDAÇÃO POR ESTACA O recalque da cabeça da estaca é dado por três parcelas ρ ρe ρsp ρsl Em que ρe encurtamento elástico do fuste recalque do elemento estrutural ρsp recalque do solo devido à reação à carga de ponta ρsl recalque do solo devido à reação às cargas laterais 111 Encurtamento Elástico do Fuste Inicialmente constróise o diagrama de transferência de carga ao longo do fuste da estaca supondose que as parcelas de resistência lateral são mobilizadas antes da resistência de ponta a qual só é mobilizada o suficiente para atingir o equilíbrio de forças Figura 48 Diagrama de carga em estaca Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 79 Aplicando a lei de Hooke σEε Em que ρe recalque por encurtamento elástico do fuste A área da seção transversal Pi Li área do diagrama de distribuição de carga Ec módulo de elasticidade do concreto Ec 25 GPa para estacas prémoldadas de concreto Ec 20 GPa para estacas moldadas in loco 112 Recalque do Solo À semelhança da estimativa de recalques de sapatas pela teoria da elasticidade é preciso fazer a pesquisa do indeformável relativo Para isso calculase inicialmente o recalque da camada situada abaixo da ponta da estaca com espessura de 10 m e a seguir novas camadas com espessuras dobradas depois da segunda camada propagada até encontrar uma camada cujo recalque seja inferior a 10 do recalque do solo isto é do recalque da ponta da estaca Para cada camada considerada o seu recalque é obtido pela propagação até o seu ponto médio da reação à carga de ponta e das reações às cargas laterais Exemplificando para o caso de uma camada de solo de espessura H situada sob a ponta da estaca temse a Reação à carga de ponta Figura 49 Reação à carga da ponta para cálculo de recalque Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 80 para estaca de seção circular E finalmente Em que Δσp variação de tensão devido à carga de ponta Pp carga de ponta B largura da estaca H altura da camada analisada ρsp recalque devido à carga de ponta Es módulo de elasticidade do solo Es 6KNSPT para estaca prémoldada Es 3KNSPT para estaca moldada in loco K coeficiente empírico do método AokiVelloso 1975 b Reação às cargas laterais Figura 50 Reação à carga lateral para cálculo de recalque Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 81 E finalmente Em que Δσ1 e Δσ2 variação de tensão devido às cargas laterais Rl1 Rl2 cargas laterais B largura da estaca L1 L2 altura média entre o ponto de aplicação de carga e a base da estaca H altura da camada analisada ρsl recalque devido à carga lateral Es módulo de elasticidade do solo Es 6KNSPT para estaca prémoldada Es 3KNSPT para estaca moldada in loco K coeficiente empírico do método AokiVelloso 1975 113 Recalque de Fundação por Grupo de Estaca Entendese por efeito de grupo de estacas ou tubulões o processo de interação das diversas estacas ou tubulões que constituem uma fundação ou parte de uma fundação ao transmitirem ao solo as cargas que lhes são aplicadas Esta interação acarreta uma superposição de tensões de tal sorte que o recalque do grupo de estacas ou tubulões para a mesma carga por estaca ou tubulão é em geral diferente do recalque da estaca ou tubulão isolado O recalque admissível da estrutura deve ser comparado ao recalque do grupo e não ao do elemento isolado de fundação A metodologia pioneira empregada para a previsão de recalque de um grupo de estacas foi apresentada por Terzaghi e Peck 1948 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 82 O método consiste em calcular o recalque do grupo como se fosse uma fundação direta de dimensões equivalentes virtualmente apoiada numa determinada cota acima da ponta das estacas e perímetro definido pela linha que contorna externamente o grupo CAVALCANTE 2005 Essa abordagem é adotada pela norma brasileira NBR 6122 Neste caso depois de se obter a sapata gigante ou o radier equivalente apoiado a 13 do embutimento das pontas estacas na camada suporte de espessura F o recalque do grupo é calculado geralmente através dos métodos baseados na teoria da elasticidade disponíveis na bibliografia para este tipo de fundação FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 83 AULA 12 PROVA DE CARGA EM ESTACA O ensaio é baseado na NBR 169032020 Solo Prova de carga estática em fundação profunda principal norma para determinação de parâmetros de ensaio 121 Execução Normalmente é realizada após a conclusão de todo o estaqueamento como instrumento de comprovação do dimensionamento realizado Às vezes porém é realizado durante ou até antes da execução do estaqueamento O sistema de reação pode ser obtido através de cargueira tirantes ou estacas de reação Figura 51 Esquema de prova de carga em estaca Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 84 Para aplicação da carga utilizase um macaco hidráulico o qual pode ser acionado por uma bomba elétrica ou manual A medida da carga pode ser realizada com o auxílio de um manômetro instalado na saída da bomba ou por uma célula de carga As leituras de recalque em cada estágio são realizadas empregandose relógios comparadores geralmente quatro instalados nos cantos do bloco de coroamento da estaca A média aritmética representa o recalque da estaca Segundo a Norma o ensaio deve ser conduzido até a ruptura ou ao menos até duas vezes o valor da carga admissível prevista Caso haja a ruptura da estaca o ensaio é chamado de ensaio destrutivo Caso não haja a ruptura da estaca o ensaio é chamado de ensaio não destrutivo O ensaio pode ser realizado com carregamento lento ou rápido Carregamento Lento O carregamento é feito em estágios de carga com incrementos de no máximo 20 da carga admissível prevista no mínimo 10 estágios se não houver ruptura As leituras de recalque em cada estágio devem ser realizadas após a aplicação da carga nos tempos 0 1 2 4 8 15 30 60 90 120 min ou mais até se atingir a estabilização RODRIGUES 2012 Em cada estágio a carga deve ser mantida por no mínimo 30 minutos para estabilização do sistema A estabilização dos recalques é admitida quando a diferença entre as leituras realizadas nos tempos dobrados t e t2 corresponder a no máximo 5 do deslocamento total do estágio O descarregamento deve ser feito em no mínimo 4 estágios Cada estágio deve ser mantido até a estabilização dos deslocamentos seguindo o mesmo critério para a fase de carregamento Carregamento Rápido O carregamento é realizado em estágios de carga com incrementos de no máximo 10 da carga admissível prevista no mínimo 20 estágios se não houver ruptura Em cada estágio a carga deve ser mantida por 5 minutos independente da estabilização dos recalques Os recalques devem ser lidos no início e no final de cada estágio RODRIGUES 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 85 O descarregamento deve ser feito em no mínimo 4 estágios Cada estágio deve ser mantido também por 5 minutos para estabilização 122 Interpretação dos Resultados NBR 6122 a capacidade de carga R deve ser considerada definida na prova de carga quando ocorrer ruptura nítida figura a seguir Figura 52 Ruptura em prova de carga Fonte Rodrigues 2012 Entretanto na maioria dos casos a prova de carga não caracteriza uma ruptura nítida figura a seguir Nesse caso devese definir qual critério pode ser empregado para se determinar a capacidade de carga Figura 53 Ruptura sem nitidez em prova de carga Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 86 Para evitar problemas de interpretação visual a norma recomenda que a curva carga recalque seja representada numa escala tal que a reta ligando a origem ao ponto da curva correspondente à carga admissível prevista apresente uma inclinação de 15º a 25º com o eixo das cargas RODRIGUES 2012 Figura 54 Ruptura analisada por meio das inclinações em prova de carga Fonte Rodrigues 2012 Dentre diversos critérios existentes a seguir serão apresentados os três principais 1 Recalque de 10 do diâmetro da estaca figura seguinte Figura 55 Recalque de 10 do diâmetro da estaca Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 87 2 Intersecção da curva com a reta de equação figura seguinte Figura 56 Intersecção da curva com a reta de equação Fonte Rodrigues 2012 2 Critério de Van der Veen 1953 Figura 57 Critério de Van der Veen Fonte Rodrigues 2012 A partir dos pontos P x ρ obtidos na prova de carga devese encontrar por tentativas o valor de R que conduz à melhor regressão linear pelos pontos A vantagem é que além de definir a ruptura ele permite extrapolar a curva RODRIGUES 2012 Observação a partir da carga de ruptura obtida na prova de carga a NBR 6122 prescreve que para a avaliação da carga admissível deve ser empregado um fator de segurança igual a 20 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 88 AULA 13 DIMENSIONAMENTO DE TUBULÃO O fuste é normalmente de seção circular adotandose 70 cm de diâmetro mínimo quando a base é escavada manualmente e 50 cm de diâmetro quando a base é escavada mecanicamente porém a base poderá ser circular ou em forma de falsa elipse 131 Área da Base do Tubulão Em que Ab área da base do tubulão P carga do pilar σa tensão admissível do solo Observação apesar do peso próprio ser elevado considerase que a resistência lateral é suficiente para resistir logo não se calcula Base de seção circular Em que Db diâmetro da base do tubulão P carga do pilar FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 89 σa tensão admissível do solo Base de seção em forma de uma falsa elipse Em que b largura da base do tubulão x medida linear da base do tubulão P carga do pilar σa tensão admissível do solo 132 Diâmetro do Fuste Fuste de seção circular Em que γc e γf coeficientes de segurança γc 14 γf 16 Af área do fuste fck resistência característica do concreto FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 90 Em que Df diâmetro do fuste P carga do pilar fck resistência característica do concreto Observação quando não houver dados adotase fck 14 MPa 133 Altura da Base O valor da altura da base H pode ser obtido considerando β 60º H 0866Db Df H 0866a Df Quando a base for uma falsa elipse Em que H altura da base Db diâmetro da base Df diâmetro do fuste a comprimento da base no caso de falsa elipse Observação o valor de H deve ser menor ou igual a 18 m para garantir a estabilidade do solo em tubulões à céu aberto e 30 m para tubulões pneumáticos FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 91 Figura 58 Esquema de apresentação das dimensões de tubulão Fonte httpsrepositoriouniscbrjspuibitstream1162420561Aline20Oliveira20Trojahnpdf e http engcivilanchietablogspotcom201404tubulaoceuabertohtml FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 92 AULA 14 ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÃO A escolha de uma fundação só deve ser feita após constatar que a mesma satisfaz às condições técnicas e econômicas da obra Para isso devem ser levantadas as seguintes informações Proximidade dos edifícios vizinhos assim como seus estados de conservação Características do subsolo no local da obra Grandeza das cargas a serem transmitidas Limitações dos tipos de fundações existentes no mercado Tradição local O problema é resolvido por eliminação escolhendose entre os tipos de fundações existentes aqueles que satisfaçam tecnicamente o caso em questão RODRIGUES 2012 Quando não se dispõe do cálculo estrutural é comum estimar a ordem de grandeza das cargas da fundação a partir do porte da obra Para estruturas de concreto armado podese adotar a tensão média de 12 kPaandar estimativa 141 Fundação em Sapata É o primeiro tipo de fundação a ser pesquisada Devem ser apoiadas em cotas mais rasas possível Sempre que possível realizar prova de carga em placa para verificação da carga admissível e do recalque A ordem de grandeza da tensão admissível taxa admissível do solo pode ser obtida pelas equações FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 93 σa σad tensão de préadensamento dos solos argilosos saturados Em que NSPT é o valor médio no bulbo de tensões duas vezes a largura da sapata q é a tensão geostática na cota de apoios e σa é a tensão admissível do solo Em princípio as fundações em sapatas são vantajosas quando a área ocupada pela fundação abranger no máximo 70 da área disponível Segundo Rodrigues 2012 o uso de sapatas não é aplicado nos seguintes casos Aterro não compactado Argila mole Areia fofa e muito fofa Solo colapsível em estado natural não compactado Existência de água onde o rebaixamento do lençol freático não se justifica economicamente 142 Fundação em Estaca Após verificada a possibilidade de utilização de sapata fundação rasa verificase a possibilidade de utilização de estacas para fundação Selecionase então o tipo disponível no mercado Escolha do tipo de estaca em função das cargas O tipo de estaca a ser empregada pode ser definido de acordo com a carga admissível de cada tipo conforme apresentado na tabela a seguir Tabela 09 Carga admissível para cada tipo de estaca com diâmetros de 15 a 25 cm e comprimentos de 3 a 4 m Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 94 Energia de vibração na cravaçãoexecução Outra forma de análise para escolha versa sobre a energia de vibração causada durante a execução da estaca Tabela 10 Energia de execução para cada tipo de estaca Fonte Rodrigues 2012 Observação 1 devese evitar apoiar estacas em solo com NSPT 5 Observação 2 quando a obra for próxima a construções préexistentes evitar estacas que geram muita vibração no solo como prémoldadas e Franki Critérios de parada Outro critério de escolha trata do limite de execução de acordo com a resistência do solo em questão Uma forma de análise é por meio do resultado de ensaios SPT conforme apresentado na tabela a seguir Tabela 11 NSPT indicado para cada tipo de estaca Fonte Rodrigues 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 95 Observação em estacas prémoldadas a cota de apoio pode ser definida para NSPT 80 a 90 acumulado Estacas prémoldadas não penetram no solo com NSPT de 20 a 30 Nega da estaca 20 mm 10 golpes Estaca Franki para com qc 80 a 90 kgfcm² NSPT de 10 a 12 areias 143 Fundação em Tubulão Após verificada a possibilidade de utilização de estaca e constatada sua inviabilidade passase a analisar a utilização de tubulão É o último tipo a ser analisado que cobre qualquer situação de carga e solo possível Seleção de tipo O tipo de tubulão a ser utilizado depende das características do solo e da cota de apoio A tensão admissível também interfere diretamente na escolha do tipo de tubulão a ser empregado Tabela 12 Tensão admissível e carga total para cada tipo de tubulão Fonte Rodrigues 2012 Tubulão a céu aberto Executados acima do NA ou abaixo se o terreno for predominantemente argiloso de modo a permitir o esgotamento de água sem que haja desmoronamento RODRIGUES 2012 Utilizado para qualquer faixa de carga em determinados casos Vibrações nas execuções baixas Diâmetro da base máximo geralmente em torno de 40 m FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 96 O valor de SPT na base do tubulão aberto reduz pela metade diminuindo a resistência do solo Tubulão a ar comprimido Para cargas normalmente acima de 3000 kN 300 tf Executado quando não é possível rebaixar o NA ou esgotar a água por bombeamento Aplicase pressão somente após atingirse o NA Pressões de 05 a 10 kgfcm² FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 97 AULA 15 PATOLOGIA DE FUNDAÇÃO A patologia das construções área específica da engenharia civil nas últimas décadas tem se preocupado não só com o projeto e sua execução mas também com a durabilidade das obras de construção Segundo Helene 1992 a patologia na estrutura é uma área da engenharia voltada ao estudo das causas e dos mecanismos compondo o diagnóstico do meio que se estuda Logo esse estudo ganhou espaço significativo na engenharia devido à grande ocorrência de problemas das construções observadas com o passar dos anos Souza Ripper 1999 introduzem o conceito de patologia das estruturas como sendo um novo campo da Engenharia das Construções que se ocupa do estudo das origens formas de manifestação consequências e mecanismos de ocorrência das falhas e dos sistemas de degradação das estruturas As causas mais frequentes de problemas patológicos nas fundações segundo Cânovas 1988 são excesso de carga movimentação do solo provocando recalque ações de natureza química erros de projeto eou execução alterações das características do solo instabilidade e problemas de deterioração devido à ação da umidade Todas as obras de Engenharia Civil são apoiadas sobre uma estrutura de solo ou rocha que em conjunto com a fundação e a superestrutura definem o seu comportamento As manifestações patológicas mais frequentes apresentadas no projeto e execução das fundações e obras de terra são problemas de deformações do solo recalque problemas relacionados à ruptura de um maciço colapso e ataque ao concreto por agentes agressivos FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 98 Figura 59 Exemplo de patologia de fundação Fonte httpswwwpfebunespbrpbastospremoldadosABCICIVANJOPPERT20Estacaspdf Numerosos acidentes ocorridos com obras de engenharia principalmente relacionados ao solo nos séculos XIX e XX mostram o quão é importante um estudo mais aprofundado da Mecânica dos Solos A maior parte da fundamentação teórica e prática desta ciência foi proposta por Karl Terzaghi no início do século XX e foi considerado um marco significativo para o desenvolvimento de técnicas de análises projeto e construção de sistemas de fundações servindo como base para os modernos estudos e avanços tecnológicos atuais Cânovas 1988 classifica as fundações como inadequadas quando há um aumento nas cargas ou sobrecargas ou quando as dimensões das fundações são inadequadas para as solicitações normais A umidade do solo é outra causa de problemas patológicos ocorrendo geralmente quando há uma mudança nas condições do solo alterando o nível do lençol freático propiciando principalmente o carreamento de materiais que formam a estrutura de fundação e o ataque ao concreto da fundação por sais de magnésio e de cálcio em forma de sulfatos e cloretos o que caracteriza outra anomalia em concreto muito frequente abordada por Cânovas 1988 A incidência de manifestações patológicas em edificações é um problema que afeta várias cidades do Brasil e do mundo e gera conflitos de interesses onde as verdadeiras causas das manifestações acabam muitas vezes desconhecidas FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 99 O resultado deste estudo pode ser utilizado para a difusão de conhecimentos técnicos da área que possam desmistificar alguns aspectos devido a desconhecimentos dos profissionais que tem contato com a área Segundo Logeais 1982 quando se trata de problemas patológicos com ênfase em fundações estudos comprovam que a maior parte das anomalias ocorre devido ao desconhecimento das características do solo Na medida em que o solo é o meio que vai suportar as cargas sua identificação e caracterização são essenciais à previsão do seu comportamento Os problemas patológicos simples para Souza Ripper 1999 são aqueles nos quais o diagnóstico fica bastante evidente e admite padronização dos procedimentos enquanto que os problemas complexos não são diagnosticados com mecanismos convencionais e esquemas rotineiros de inspeção tornando sua terapêutica personalizada e individualizada Figura 60 Estaca prémoldada rompida Fonte httpswwwpfebunespbrpbastospremoldadosABCICIVANJOPPERT20Estacaspdf As manifestações segundo Gotlieb ABMSABEF 2006 indicam o mau desempenho de uma fundação e podem ser caracterizadas por uma peça única com deterioração dos materiais que a compõe ou então por deformações excessivas perda de cobrimento mínimo e oxidação das armaduras esmagamentos rupturas fissuras e outras FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 100 As manifestações podem se apresentar na obra como um todo com recalques e desaprumos Os danos ocasionados por estas manifestações podem ser configurados como danos arquitetônicos funcionais e estruturais Para Gotlieb ABMSABEF 2006 as soluções para os problemas de fundações são muito diversificadas e depende principalmente de tipo de solo urgência do cliente no prazo de entrega interferindo apenas em questões financeiras nível de carregamento espaço físico disponível para instalação de equipamentos e execução do serviço e as fundações já existentes 151 Causas das Anomalias de Fundação As causas para anomalias em fundação são as mais diversas possíveis Logeais 1982 cita algumas em seu trabalho como construção de edificações em aterros mal compactados presença de água principalmente em aterros perturbações devido a novas construções vizinhas profundidade insuficiente das fundações construções em maciços de solos instáveis como encostas As anomalias mais frequentes encontradas em fundação segundo Cânovas 1988 são originadas por Falha ou negligência no processo de investigação geotécnica Fundações Inadequadas Dimensões das fundações inadequadas ou aumento nas cargas ou sobrecargas previstas em projeto Recalques do Solo Que podem provocar um estado de fissuração na estrutura podendo levála ao colapso Ex torre de Pisa Itália e as edificações da cidade de SantosSP Mudanças nas condições do solo Umidade relativa do solo ou alteração no nível do lençol freático com a exploração da água subterrânea O problema com a interação soloestrutura segundo Souza Ripper 1999 é o principal responsável pela instabilidade da estrutura por isso é indispensável conhecer as características do solo Quando a execução de sondagens é deixada em segundo plano ou quando os resultados não são corretamente interpretados a escolha do tipo de fundação fica prejudicada podendo sofrer recalques aparecimento de fissuras na estrutura e outros problemas Vários relatos de acontecimentos demonstram que a maioria dos problemas patológicos encontrados no Brasil são por falta de uma elaboração correta e minuciosa dos projetos de FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 101 engenharia principalmente no que se refere à coleta de informações e parâmetros adequados para cada situação de construção Milititsky et al 2005 afirmam que a investigação do subsolo pode apresentar vários problemas e pode ser a causa da ocorrência de anomalias em fundações Os problemas com a investigação do subsolo podem ser desde a simples ausência de investigação investigação ineficiente investigação com falhas até a interpretação errônea dos resultados das sondagens 1511 Problemas Geotécnicos Observados Os problemas geotécnicos que ocorrem na sua grande maioria são observados por deformações visíveis na estrutura aparente Características como trincas soerguimento de piso rebaixamento de piso ruptura de tubulações são alguns dos exemplos que podem indicar deformações não previstas na fundação Dentre os principais problemas observados as trincas são as mais comuns As trincas ocorrem por deformações diferenciais relativas nas estruturas na grande maioria das vezes ocasionada por recalques de fundação Quando se analisa o solo observase que sua heterogeneidade leva a comportamento mecânicos diferentes em uma mesma área Essa variação de comportamento leva a deformações diferentes que sob ação de cargas provindas da estrutura leva a recalques variados nos pontos de aplicação de carga Essa diferença de deformação entre elementos estruturais é o principal causador das trincas que podem evoluir para rachaduras e para ruína da estrutura caso não haja a estabilização do solo e recuperação do elemento estrutural Agentes externos como acréscimo de tensão e agentes internos ao solo como variação do teor de umidade podem levar a variações de comportamento mecânico Portanto cabe ao engenheiro geotécnico a análise dos motivos e das soluções para os recalques Podese citar portanto algumas das principais causas para a formação de trincas resultado dos recalques do solo Heterogeneidade do Subsolo variações dos tipos de solo levam a comportamentos mecânicos de deformabilidade diferentes Solos Expansíveis e Colapsíveis solo sensíveis à variação de umidade que levam a variações significativas dos índices de vazios FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 102 Tamanho Inadequado das Fundações levam a distribuições inadequadas de tensões Construções Justapostas que levam a acúmulo de tensão nos bulbos de tensão e portanto à maiores deformações Deficiências de Drenagem Superficial e Infiltrações das Redes Hidrossanitárias que leva ao aumento de umidade com redução da tensão efetiva do solo e portanto de sua resistência Figura 61 Exemplos esquemáticos da ocorrência de recalque Fonte httpswwwpfebunespbrpbastospremoldadosABCICIVANJOPPERT20Estacaspdf FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 103 AULA 16 REFORÇO DE FUNDAÇÃO Um projeto adequado de reforço de fundação é essencial e somente aceitável ser feito posteriormente em casos emergenciais De forma similar a um projeto de fundação um projeto de reforço de fundação deve ter no seu escopo básico a caracterização do solo a partir de sondagens ensaios geotécnicos e histórico da obra assim como as características da estrutura que abrangem cargas atuantes e deformações admissíveis e análise da relação custobenefício das hipóteses plausíveis Entretanto um projeto de reforço de fundação diverge de um projeto de fundação por acrescentar um dado de extrema importância o histórico patológico da estrutura e das fundações As deformações numa estrutura são frequentemente imprevisíveis todos esses fatores preconizam a contratação de um projetista experiente Similar e até mais importante que na área das fundações existe a contratação e execução do ATO Acompanhamento Técnico de Obra que efetua os ajustes e correções de obra em tempo real A normatização do reforço de fundação é muito recente Somente em 2010 foram inseridos itens específicos para esta questão na NBR 6122 e em 2019 pontos mais detalhados foram abordados mas que ainda demandam caracterizações adicionais Também foi normatizado um item específico para as estacas mega chamadas academicamente de estacas prensadas ou estacas cravadas à reação Esta normatização na prática copiou literalmente a especificação feita pela ABEF Associação Brasileira das Empresas de Engenharia de Fundações e Geotecnia As soluções para reforço são muito variadas e dependem das características do projeto das fundações que foram executadas do nível de carregamento da estrutura e do espaço disponível para possíveis recuperações Dessa forma todos os itens devem ser analisados conjuntamente GUERRA 2021 Alguns dos principais tipos de reforços de fundações são apresentados nos itens seguintes Cada tipo demanda uma análise específica que varia de acordo com cada situação de obra FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 104 161 Reparo ou Reforço dos Materiais Esse tipo de reforço é amplamente utilizado quando da ocorrência de deterioração dos materiais da estrutura de fundação Essa deterioração pode ocorrer por agressão ao concreto ou à armadura da estaca sapata ou tubulão por ação de microorganismos às estacas de madeira por esmagamento do elemento ou dos blocos de capeamento ou transição GUERRA 2021 Tratase de um problema na estrutura do elemento que demanda recuperação como recobrimento da armadura posterior ao tratamento da corrosão quando tratandose de concreto armado e de tratamento ao ataque de agente microbiológicos em estacas de madeira 162 Enrijecimento da Estrutura As estruturas de fundação são empregadas de forma conjunta de modo a garantir a rigidez da estrutura Pode acontecer em projeto inadequado das estruturas funcionarem de forma isolada o que pode causar recalques diferenciais expressivos tendo em vista que cada estrutura terá uma deformação independente das demais Quando se enrijece a estrutura por meio de vigas de rigidez ou mesmo por vigas baldrame a estrutura comportase como um único elemento levando a deformações totais que quando pequenas causam poucos prejuízos à estrutura 163 Aumento da Área de Apoio No caso do elemento de fundação ter sido mal dimensionado ou seja com área inferior ao mínimo para garantir uma distribuição de tensão ao solo adequada existe a necessidade de se aumentar a área de apoio do elemento já executado Esse tipo de reforço é recomendado para fundações diretas mas se torna viável somente em fundações rasas devido à dificuldade e risco de escavação em profundidade Essa necessidade de correção da área pode ocorrer por aumento das cargas de projeto originais ou redução da tensão admissível por solo GUERRA 2021 É fundamental que ocorra uma adequada ligação entre o elemento préexistente a o novo elemento que normalmente ocorre por meio de armadura de transferência FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 105 Figura 62 Aumento da área de apoio da fundação Fonte httpwwwclubedoconcretocombr201401tiposdesolucoesreforcodefundacoeshtml 164 Estacas Prensadas ou de Reação As estacas prensadas de reação ou Mega são as mais empregadas como reforço de fundação São constituídas por elementos prémoldados de concreto ou de aço prensados no terreno através de uma reação e um macaco hidráulico TSUHA CINTRA 2021 Sua cravação é realizada através de um macaco hidráulico acionado por bomba elétrica ou manual que reage frente à carga imposta pela estrutura já existente Esse tipo de estaca garante que a fundação esteja adequada à carga imposta Após a finalização da cravação com a reação à estrutura é posicionado o cabeçote ou berço sobre a estaca para permitir o encunhamento A carga de cravação deve ser especificada em projeto e deve ser de no mínimo 15 vez a carga admissível do solo NBR 6122 2019 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 106 Figura 63 Esquema de execução de estaca de reação Fonte httpsnelsoschneidercombrestacamegareforcodefundacoes 165 Estacas Injetadas ou Microestacas Estacas Raiz são elementos de fundação esbeltos e armados ao longo de todo o seu comprimento cargas de catálogo são altas relativamente aos seus diâmetros nominais Juntamente às estacas Mega são uns dos elementos mais empregados em reforço de fundação Em vez de se utilizar concreto é utilizada uma nata de cimento e pedrisco injetada sob pressão inferior a 05 MPa o que gera uma superfície irregular ao longo do fuste da estaca aumentando o atrito estacasolo TSUHA CINTRA 2021 O solo é escavado por meio de uma perfuratriz rotativa eou percussiva com a utilização de tubos de revestimento instalados à medida que a perfuração avança O tubo inferior tem uma coroa diamantada ou de vídea na sua extremidade o que permite cortar rocha e concreto TSUHA CINTRA 2021 No processo executivo introduzse água com grande consumo a qual retorna à superfície carreando os detritos oriundos da perfuração Os tubos de revestimento são retirados com a aplicação de golpes de pressão de ar comprimido Podem ser instaladas de forma inclinada ou vertical ao lado das peças ou perfurando as peças a serem reforçadas FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 107 Figura 64 Estaca raiz executada para reforço de fundação Fonte httpswwwinfrasoloengenhariacombrreforcofundacaofundacoesphp 166 Sapatas Tubulões e Estacas Adicionais Quando se verifica que o projeto foi mal executado e os elementos de reforço anteriormente citados não são adequados podese empregar elementos adicionais É uma das principais formas de se compensar o aumento de carga devido aos bulbos de tensões em edifícios sendo o caso de SantosSP um dos mais conhecidos Observação as estacas Mega não são empregadas em edifícios devido à limitação de carga do macaco hidráulico portanto o emprego de elementos adicionais é uma medida muito empregada 167 Melhoria das Condições do Solo Diante de todas as alternativas citadas a melhoria do solo por meio de inserção de material aglutinante que enrijeça o solo é uma medida que pode ser empregada em situações particulares A ideia é que o método melhore as características de resistência e de compressibilidade do solo de apoio da fundação Os tipos mais comuns de melhoria do solo são a injeção de nata de cimento ou gel sob altas pressões ou jet grouting e CCP GUERRA 2021 No Método CCP Cement Churning FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 108 Pile é utilizada apenas uma haste de aço para jateamento da calda de cimento sem emprego de ar comprimido formando colunas de pequenos diâmetros 40 a 80 cm Figura 65 Melhoria do solo por colunas CCP Fonte httpwwwclubedoconcretocombr201401tiposdesolucoesreforcodefundacoeshtml FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 109 CONCLUSÃO A execução da fundação adequada para a estrutura e o conhecimento acerca do tipo de solo em que a fundação é executada é fundamental para a garantia da segurança de uma obra Neste livro você pôde observar que o conhecimento do solo por meio de ensaios de campo especialmente o ensaio SPT aliado à compreensão da resistência do solo por meio da determinação da capacidade de carga é o fator primordial no dimensionamento de uma fundação Somente com a determinação da resistência do solo é possível fazer o dimensionamento adequado da fundação aliando a segurança à economia na obra Esperase que você leitor faça uso das literaturas básicas indicadas de modo a aprofundar o conhecimento acerca das fundações Até a próxima vez FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 110 ELEMENTOS COMPLEMENTARES LIVRO Título Fundações Autor Dirceu de Alencar Velloso e Francisco de Rezende Lopes Editora Oficina de Textos Sinopse Fundações volume completo compila critérios de projeto investigação do subsolo fundações superficiais e profundas Traz aspectos geotécnicos cálculos para dimensionamento capacidade de carga estática dinâmica e recalques além da ampla experiência dos autores com o magistério e a prática profissional LIVRO Título Ensaios de Campo e suas Aplicações à Engenharia de Fundações Autor Fernando Schnaid e Edgar Odebrecht Editora Oficina de Textos Sinopse A investigação geotécnica constituise em prérequisito para projetos seguros e econômicos Ensaios de campo foca os cuidados na programação e execução das principais investigações de campo SPT cone piezocone palheta pressiômetro e dilatômetro enfatizando os aspectos que exigem normalização critérios e procedimentos e a interpretação dos dados obtidos à luz de modelos teóricos Avaliase FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 111 também a melhor ou pior adequação de cada ensaio ao tipo de solo e do problema de Engenharia enfrentado Estudos de casos bem documentados ilustram e enriquecem o livro consolidando o conhecimento geotécnico nacional A grande atualização trazida por esta nova edição é a elevação da qualidade dos resultados das investigações de campo ocorrida nos últimos 15 anos graças à padronização e automatização dos equipamentos e à adoção de rígidos procedimentos para a realização dos ensaios Destinado a projetistas executores pesquisadores e estudantes de graduação e pósgraduação esta obra em nova edição ampliada e atualizada alia sólida fundamentação teórica e rigor matemático com uma leitura objetiva e agradável LIVRO Título Patologia das Fundações Autor Jarbas Milititsky Nilo Cesar Consoli e Fernando Schnaid Editora Oficina de Textos Sinopse Organiza as causas de ruína ou desempenho inadequado em razão de problemas nas etapas de investigação projeto execução e fiscalização e ligados a eventos pós construção e deterioração de materiais FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 112 REFERÊNCIAS ABMSABEF Fundações Teoria e Prática São Paulo PINI 2006 ALMEIDA J G R 2013 Amostragem e Preparação dos Solos NBR 9604 ABNT 1986 NBR 6457 ABNT 1986 Disponível em httpprofessorpucgoiasedubrsitedocente adminarquivosUpload17430materialPUCGEOILAB01AMOSTRAGEM20E20 PREPARAC387C383O20DOS20SOLOSpdf Acesso em 25 abr2021 AOKI N VELLOSO D A An Approximate Method to Estimate the Bearing Capacity of Piles Proceedings of the 5th Pan American Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering Buenos Aires vol 1 1975 ARAÚJO S P M 2021 Capítulo 4 Estimativa de Recalques de Fundações Rasas Disponível em httpsidocpubdocumentscapitulo4estimativaderecalquesde fundacoesrasask6nq3y29k9lw Acesso em 25 abr2021 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 6122 Projeto e execução de fundações Rio de Janeiro p 108 2019 NBR 6484 Solo Sondagens de simples reconhecimentos com SPT Método de ensaio Rio de Janeiro p 28 2020 NBR 6489 Solo Prova de carga estática em fundação direta Rio de Janeiro p 11 2019 NBR 9604 Abertura de poço e trincheira de inspeção em solo com retirada de amostras deformadas e indeformadas Procedimento Rio de Janeiro p 9 2016 NBR 10905 Solo Ensaios de palheta in situ Método de ensaio Rio de Janeiro p 9 1989 NBR 16903 Solo Prova de carga estática em fundação profunda Rio de Janeiro p 11 2020 ISO 2247642012 Geotechnical investigation and testing Field testing Part 4 Ménard pressuremeter test Rio de Janeiro p 51 2012 ASTM AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS ASTM D2573 D2573M18 Standard Test Method for Field Vane Shear Test in Saturated Fine Grained Soils In Annual Book of ASTM Standards p 8 2018 ASTM D4719 07 Standard Test Methods for Prebored Pressuremeter Testing in Soils In Annual Book of ASTM Standards p 10 2016 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 113 BARATA F E Propriedades Mecânicas dos Solos uma introdução ao Projeto de Fundações Rio de Janeiro LTC Livros Técnicos e Científicos 1984 152 p BUDHU M Fundações e estruturas de contenção 1 ed Rio de Janeiro LTC 2017 CAVALCANTE E H 2005 Fundações Profundas Capítulo 7 Capacidade de Carga e Recalque Notas de aula Aracaju Disponível em httpsqdoctipsfundaoesprofundas pdffreehtml Acesso em 25042021 CÁNOVAS M F Patologia e Terapia do Concreto Armado 1 Ed Tradução de M C Marcondes C W F dos Santos B Cannabrava São Paulo Ed Pini 1988 522 p DAMASCO PENNA 2021 Vane Test e Pressiômetro de Ménard Disponível em httpsdamascopennacombrvane e httpsdamascopennacombrpmt Acesso em 25042021 DÉCOURT L QUARESMA A R Capacidade de Carga de Estacas a partir de Valores de SPT Anais do 6º COBRAMSEF Rio de Janeiro vol 1 p 4553 1978 FSP 2013 Resistência ao Cisalhamento dos Solos Notas de aula Disponível em httpsengenhariacivilfspfileswordpresscom201303unidade9e28093 resistc3aanciaaocisalhamentodossolospdf Acesso em 25 abr 2021 GUERRA R S T 2021 Tipos de Soluções Reforço de Fundações Disponível em httpwwwclubedoconcretocombr201401tiposdesolucoesreforcode fundacoeshtml Acesso em 25 abr 2021 HELENE P Manutenção para Reparo Reforço e Proteção de Estruturas de Concreto Pini 2ed São Paulo 1992 LEROUEIL S Natural Slopes and Cuts Movement and Failure Mechanisms Géotechnique 51 Nº 3 2001 LOGEAIS L La Pathologie des Fondations Paris Edition du Moniteur 1982 MASSAD F Obras de terra curso básico de geotecnia Sl sn 2010 MILITITSKY Jarbas CONSOLI Nilo Cesar SCHNAID Fernando Patologia das Fundações São Paulo Oficina de Textos 2005 RODRIGUES R A Notas de aula de Fundações UNESPBauru 2012 FUNDAÇÕES PROF ANA PATRÍCIA ARANHA DE CASTRO FACULDADE CATÓLICA PAULISTA 114 SCHNAID F MILITITSKY J CONSOLI N C Patologia das Fundações São Paulo Ed Oficina de Textos 207 Pag 2006 SOUZA V RIPPER T Patologia Recuperação e Reforço de Estruturas de Concreto São Paulo Pini 1998 TERZAGHI K PECK R B Soil mechanics in engineering practice New York John Willey Sons 1948 TSUHA C CINTRA J C 2021 AULA 2 Tipos de Fundação e Métodos de Execução Notas de aula Disponível em httpsdocplayercombr5727299Universidadede saopauloescoladeengenhariadesaocarlosdepartamentodegeotecniasgs404 fundacoeshtml Acesso em 25 abr 2021 UFC 2021 Capítulo 4 Fundações Profundas Notas de aula Disponível em http wwwlmspufcbrarquivosgraduacaofundacaoapostila04pdf Acesso em 25 abr 2021 UNIP 2021 Mecânica dos Solos II Compressibilidade dos Solos Notas de aula Disponível em httpsengenhariacivilunipweeblycomuploads139913991958 aula4compressibilidadeacrescimodetensesnossolospdf Acesso em 25 abr 2021 VAN DER VEEN C The Bearing Capacity of a Pile Proc Third International Conference Soil Mechanics Foundation Engineering Zurich 1953 Proceedings Zurich 1953 VARGAS M Introdução à Mecânica dos Solos São Paulo McgrawHill do Brasil Ed Da Universidade de São Paulo 1977 FACULDADE CATÓLICA PAULISTA EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA